1. RESUMO

Nesta segunda aula pratica teve-se um contato maior com o laboratório de eletrônica de potência, e nesse contato aproveitou-se a oportunidade para simular os circuitos que foram montados no programa Psim, abordou-se conversores retificadores monofásicos de meia onda, e por fim aprendemos usar o diodo de roda livre. Teve-se a oportunidade de medir todas as tensões e corrente na carga e no diodo retificador, assim como também estudar, e deduzir as formulas de queda de tensão na carga. Usando os cálculos podemos perceber que a pratica bate com a teoria. Esta pratica foi essencial para podermos fazer uma analogia do conteúdo teórico com a prática.

2. INTRODUÇÃO

Na eletrônica de potência as entradas de energia das aplicações tem forma de onda senoidal a qual vem da rede nesta forma, devido à facilidade de distribuição e de adaptação de nível de tensão. No entanto, devido à necessidade do uso de aparelhos que utilizam tensão contínua, torna-se necessária a utilização de conversores CA-CC. Essa conversão de CA-CC (corrente alternada em corrente contínua) é realizada pelos conversores. No caso desta prática, serão utilizados os conversores retificadores. Estes se dividem em dois, onde podem ser tanto não controlados que são os feitos a diodos e os controlados que são os a tiristores.

Nesta experiência, será visto e estudado, os retificadores não controlados e feitos a diodo. O funcionamento ocorre da seguinte forma,

ao ser polarizado diretamente (semiciclo positivo), permite a condução de corrente e ao ser polarizado reversamente (semiciclo negativo) ele bloqueia a passagem de corrente, levando a tensão sobre a carga à zero. Serão realizadas medidas e análises de resultados sobre os circuitos com carga R e RL, os quais exemplificam e permitem visualizar o funcionamento do retificador não controlado.

3. OBJETIVOS E MATERIAIS

MATERIAIS

- Osciloscópio;- Resistor 140Ω;- Indutor 0,371H;- Diodos;- Cabos para conexão;

OBJETIVOS

O objetivo desta aula prática é estudar e analisar as tensões na carga e no diodo de um sistema puramente resistivo, depois com um sistema resistivo-indutivo e o próximo foi um circuito resistivo indutivo com um diodo de roda livre.

4. DESCRIÇÃO DA PRÁTICA

Relatório Referente ao Experimento Prático 2 de Eletrônica de Potência – Conversor Retificador Monofásico de Meia onda com carga R e RL.

Matheus Mendes Ribeiro - 26597 Vinicius Bastos - 24669

Professor: Clodualdo Venicio de Sousa

Como pedido montou-se o circuito abaixo, que a principio é composto por um circuito conversor retificador de meia onda não controlado com carga puramente resistiva.

Fig. 1 - Circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga puramente

resistiva.

Obtiveram-se as formas de onda de tensão da rede, as formas tensão e corrente na carga, as deduções, comparações e cálculos de tensão e corrente média na carga serão abordados na discussão.

Depois foram registradas as formas de onda de tensão e corrente no diodo principal. As analises serão feitas na discussão.

Logo após montou-se um circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistiva indutiva, como mostrado na figura abaixo.

Fig. 2 - Conversor retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistivo-indutiva.

Obtiveram-se as formas de ondas da tensão e corrente na carga, as comparações, deduções e cálculos estão nas discussões. Também se registraram as formas de onda da tensão e corrente em cima do diodo principal.

Logo após, montou-se um circuito com carga resistivo-indutivo com um diodo de roda livre em antiparalelo com a carga, como mostrado na figura abaixo.

Fig. 3 - Circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistivo-indutiva

com diodo de roda livre.

Obtiveram-se as formas de onda de tensão e corrente da carga, as comparações, deduções e cálculos estão nas discussões. Logo após registrou-se as formas de onda de tensão e corrente em cima do diodo principal, e o mesmo foi feito com o doido de roda livre. As comparações entre as formas de onda de tensão e corrente dos diodos principal e de roda livre foram feitas na discussão.

5. DISCUSSÕES

Conversor retificador sobre uma carga puramente resistiva:

Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da

carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito:

Fig. 4 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a

forma de onda da corrente do circuito.

A tensão de rede é dada por V rede=V mx×senwt tensão e a corrente média

na carga são V carga=1

2 π∫0π

V mx×senwt d wt,

onde integrando fica V carga=V mx

2π×(−coswt ),

com limites de 0 a π, aplicando os limites na função cosseno wt temos a tensão na carga

V carga=V mx

π e a corrente por sua vez fica

I carga=V cargaR

. Com base nessas formulações

calculou-se a tensão e corrente média:

V carga=V mx

π

V carga=180π

V carga=57,32V

I carga=V cargaR

I carga=57,32280

I carga=V cargaR

I carga=204mA

Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico.Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima do diodo retificador, como mostrado na figura abaixo, onde temos de diferente da ultima imagem a forma de onda laranjada que representa a tensão em cima do diodo.

Fig. 5 - Forma de onda laranja que representa a tensao em cima do diodo.

Em explicação a toda essa parte prática já mostrada, pode-se perceber que tendo uma fonte de tensão senoidal a qual tem um valor máximo e um período, durante seu semi-ciclo positivo a tensão em cima do ânodo é positiva e assim o diodo passa a conduzir, estando então ligado, o que permite existir corrente fluindo através do resistor e uma tensão em cima da carga que se encontra em fase com a meia onda senoidal positiva. Já no semi-ciclo negativo, a tensão no ânodo se torna mais negativa que no cátodo e o diodo passa ao estado desligado, não permitindo o fluxo de corrente para resistência.

Assim, por esses dados, observa-se claramente o diodo como uma chave estática quase ideal, sendo que quando há fluxo de corrente, não há tensão e ao se ter tensão, não há fluxo de corrente, concluindo que não há dissipação de energia nesta chave, vulgo diodo.

Conversor retificador sobre uma carga RL:

Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito:

Fig. 6 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a

forma de onda da corrente do circuito.

A tensão e corrente média na carga RL podem ser deduzidas da seguinte maneira:

V med=1T ∫

0

5T8

V P sin (ωt )dt=V p

ωT (−cos 5ωT8

+cos0)=V p

2 π (−cos 5π4

+cos0)V med=

1,707V p

2π=1,707∗180

2π=48,9V

Já a corrente média pode ser calculada da mesma maneira feita anteriormente, ou seja,

I carga=V cargaR

=48,9140

=349,3mA

Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico.Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima do diodo principal, como mostrado na figura abaixo, onde temos de

diferente da ultima imagem a forma de onda laranjada que representa a tensão em cima do diodo.

Fig. 7 - Forma de onda laranja que representa a tensao em cima do diodo principal.

Pode-se dizer que o princípio de funcionamento do retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga RL é praticamente o mesmo de um retificador alimentando uma carga resistiva. A diferença é que, devido ao defasamento causado pela presença de elemento indutivo, a corrente é ceifada no momento em que o diodo entra em polarização reversa. Nesse instante, ao contrário de uma situação de carga puramente resistiva, o ciclo da corrente ainda não terminou, pois está atrasado. Por isso pode-se observar a forma de onda da corrente na figura anterior. A corrente vai para zero antes de a senoide estar completa.

Conversor retificador com diodo de roda livre sobre uma carga RL:

Para corrigir a característica do ceifamento mostrado anteriormente, é necessário que se instale um diodo de roda livre em antiparalelo com o diodo principal. Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito:

Fig. 8 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a

forma de onda da corrente do circuito.

Quando se utiliza diodo de roda livre, as fórmulas para calular tanto a tensão quanto a corrente média são as mesmas utilizadas no retificador de meia onda com carga puramente resistiva. Então,

V carga=V mx

π = 57,29V

I carga=V cargaR

=57,29140

=409,25mA

Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico.Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima tanto do diodo principal quanto do diodo de roda livre, como mostrado nas figuras abaixo.

Fig. 9 - Forma de onda que representa a tensao e corrente em cima do diodo principal.

Fig. 10 - Forma de onda que representa a tensao em cima do diodo de roda livre.

A partir das figuras anteriores, é possível perceber que a carga é influenciada pela condução de ambos os diodos. Enquanto o principal conduz a maior parte da senoide, o diodo de roda livre permite corrigir o ceifamento da corrente causado pela defasagem da carga indutiva. Este diodo é responsável por conduzir apenas a parte da corrente que é cortada pelo diodo principal. Desta forma, é possível ver na figura 8 que a corrente tem forma de onda senoidal novamente e que a condução é caracterizada por “regime contínuo”, o que significa que para qualquer instante, a corrente nunca toca o ponto zero.

Por fim, foram propostos os seguintes exercícios:

Utilizando o software Psim, comparar os resultados obtidos na simulação com os resultados práticos:

Primeiramente, construiu-se o circuito de retificação em meia onda para uma carga puramente resistiva. Nas figuras abaixo, pode-se observar as formas de onda de corrente e tensão, tanto na carga quanto no diodo:

Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima da carga, para o circuito puramente resistivo

Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima do diodo, para o circuito puramente resistivo

Pode-se observar, então, grande semelhança com as formas de onda encontradas durante a realização do experimento.

Já as figuras abaixo mostram as formas de onda de corrente e tensão na carga e também no diodo para o circuito RL, sem adição do diodo de roda livre:

Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima da carga, para o circuito RL

Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima do diodo principal, para o circuito RL sem

adição do diodo de roda livre

Mais uma vez, foi possível observar grande semelhança com as formas de ondas retiradas no dia da medição e mostradas acima.Por fim, a figura abaixo mostram as formas de onda na carga RL e também no diodo de roda livre, que é adicionado para corrigir o ceifamento causado pelo diodo principal:

Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão na carga RL (primeiro gráfico) e também no diodo de roda livre (segundo gráfico). O ceifamento na carga

é corrigido.

Foi possível confirmar, então, através da simulação, que os resultados obtidos na medição estavam corretos, pois os gráficos obtidos no osciloscópio possuem exatamente a mesma forma de onda e valores obtidos.

Faça uma análise comparativa do retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga RL sem diodo de roda e com diodo de roda livre:

Como se sabe, uma carga RL possui como sua principal característica o defasamento de corrente em relação à tensão. Esta característica dita toda a diferença entre um retificador sem e com diodo de roda livre. O retificador de meia onda sem roda livre ceifa uma pequena parcela da corrente que está atrasada. Em outras palavras, quando o diodo entra em polarização reversa, a corrente ainda está terminando de completar um semiciclo. Esta parcela, a partir do instante da polarização reversa, não é conduzida. Para solucionar esta situação, é inserido um diodo de roda livre em antiparalelo com o principal. O diodo de roda livre irá conduzir apenas a

parcela da corrente que foi cortada pelo diodo principal, fazendo com que o regime de condução seja contínua.

Calcule para o retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga puramente resistiva:a) Corrente média no diodo;

I diodomed=V p

π∙ 1R

=180π∙ 1140

=409,26mA

b) Corrente de pico no diodo;

I diodopico=409,26m ∙π=1,28 A

c) Tensão de pico inversa no diodo;

V pico inversa=V p=180V

d) Corrente eficaz no diodo;

I diodorms=0,5∗Idiodo pico=0,5∗1,28=0,65 A

e) Corrente eficaz na carga;

I cargarms=I diodorms=0,65 A

f) Tensão eficaz na carga;

V cargarms=0,5∗V cargapico=0,5∗180=90V

g) Fator de forma;

FF=V cargarmsV cargamed

=V c argarmsV p/ π

= 90180 /π

=1,56

h) Fator de ripple.

FR=√ (V cargarms )2−(V cargamed)

2

V cargamed=√902−(180 /π ) ²

180/π=1,2

Explique o que é condução contínua e descontínua de um conversor e identifique o regime de condução do retificador montado no exercício 8:

Em poucas palavras, um regime de condução contínuo é aquele em que a corrente do circuito, para qualquer instante de tempo, nunca atinge o valor de zero. Analogamente, em um regime descontínuo a corrente do circuito atinge o valor de zero por um determinado tempo. Existe ainda um terceiro tipo de regime de condução. É chamado de regime crítico, e se caracteriza pelo fato de, em algum instante de tempo, a tensão e a corrente atingirem o valor de zero ao mesmo tempo. Temos então, para o retificar de meia onda com diodo de roda livre, uma condução do tipo contínua.

6. CONCLUSAO

7. BIBLIOGRAFIA

Introdução à análise de circuitos. Robert Boylestad, 10ª Edição, Prentice Hall do Brasil.

Retificadores a diodo: monofásico de meia onda não controlado. Unesp. http://www.feis.unesp.br/Home/depart

amentos/engenhariaeletrica/lepnovo/curso2002/cap21.pdf