Aula15

UNIVERSIDADE FEDERAL DE

SÃO JOÃO DEL-REI

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

RETIFICADORES MONOFÁSICOS

CONTROLADOS

Sumário

1. Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

a) Com carga resistiva

b) Com carga indutiva (RL)

c) Com diodo de retorno

2. Retificador de onda completa com transformador com terminal central (retificador de dois-pulsos)

a) Com carga resistiva

b) Com carga indutiva (RL)

c) Com diodo de retorno

3. Retificador de onda completa em ponte

a) Com carga resistiva

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

3

- Com carga resistiva

A Figura 5.1a mostra o circuito retificador controlado de meia-onda

com carga resistiva.

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

Fig. 5.1a – Formas de onda para o retificador controlado de meia-onda

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

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Durante o semiciclo positivo da tensão de alimentação, o SCR estará

diretamente polarizado e conduzirá se o pulso de acionamento for aplicado à

porta. Durante o semiciclo negativo, o dispositivo bloqueará o fluxo de corrente e não haverá tensão na carga.

O valor médio ou CC da tensão na carga é dado por:

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

O valor RMS da corrente na carga é dado por:

Essas equações indicam que a amplitude da tensão de saída é

controlada pelo ângulo de disparo. O aumento de α disparando o SCR

Exemplo

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Ex. 6.1) Um retificador controlado de meia-onda é alimentado por uma fonte de

120 V_RMS. Se a resistência de carga for de 10 Ω, determine a tensão na carga para os seguintes ângulos de retardo:

a) α = 0°;

b) α = 45°;

c) α = 90°;

d) α = 135°;

Exemplo

Ex. 6.2) Um retificador controlado de meia-onda ligado a uma fonte de 150 V_RMS, 60 Hz, está alimentando uma carga resistiva de 10 Ω. Se o ângulo de retardo α for de 30°, determine:

a) a corrente máxima na carga;

b) a tensão média na carga;

c) a corrente média na carga;

d) a corrente RMS na carga;

e) a potência fornecida à carga;

Exemplo

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Ex. 6.3) Um retificador controlado de meia-onda é ligado a uma fonte de 100 V_RMS. Calcule o ângulo de disparo necessário para fornecer 150 W de potência média a uma carga de 8 Ω.

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

- Com carga indutiva

Um retificador de meia-onda com uma carga formada por R e L é mostrado na Figura 5.3a. Se o SCR for acionado com um ângulo de disparo igual a α, a corrente na carga aumentará devagar, uma vez que a indutância

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

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Fig. 5.3a – Formas de onda para o retificador controlado de meia-onda

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

Quando a tensão aplicada se tornar negativa, o SCR ficará inversamente polarizado. Entretanto, a energia armazenada no campo magnético do indutor retornará e manterá uma corrente direta através da

carga. A corrente continuará a fluir até β (denominado ângulo de avanço),

quando então, o SCR passará para o estado desligado.

A tensão no indutor mudará de polaridade e a tensão na carga ficará negativa. Em consequência disso, a tensão média na saída vai se tornar

menor do que seria se a carga fosse uma resistência pura. As formas de onda

para tensão e corrente de saída contêm uma significativa quantidade de ondulação.

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

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- Com diodo de retorno

Para cortar a porção negativa da tensão de saída instantânea e

amenizar a ondulação da corrente de saída, usa-se um diodo de retorno, como mostra a Figura 5.4. Quando a tensão na carga tender à inversão, o

FWD ficará diretamente polarizado e passará para o estado ligado. A tensão

de saída é a mesma no circuito com carga resistiva.

Retificador de meia-onda (retificador de um-pulso)

Fig. 5.4a – Formas de onda para o retificador controlado de meia-onda

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

- Com carga resistiva

A Figura 5.5 mostra o arranjo básico de um retificador monofásico

controlado com terminal central e carga resistiva. O controle de fase, tanto da

parte positiva como negativa da alimentação CA, agora é possível, o que aumenta a tensão CC e reduz a ondulação quando comparado aos retificadores de meia-onda.

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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Fig. 5.5a – Formas de onda para o retificador controlado com transformador

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada, SCR₁ fica

diretamente polarizado. Se for aplicado um sinal na porta em α, SCR₁ passará

para o estado ligado. Durante o semiciclo negativo, o SCR₂ ficará diretamente

polarizado. SCR₂ será disparado em (π+α). A tensão de saída seguirá, mais

uma vez, a tensão de entrada.

O valor médio da tensão na carga é:

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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- Com carga indutiva (RL)

As Figuras 5.6 a 5.11 mostram as formas de onda para tensão e corrente quando se supõe uma carga indutiva alta, de tal modo que a

corrente na carga seja contínua (isto é, sempre existente).

O valor médio da tensão na carga é dado por:

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Fig. 5.6 – Formas de onda de um retificador de onda completa com

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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Fig. 5.7 – Formas de onda de tensão e de corrente para α = 0º (L>>R).

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Fig. 5.8 – Formas de onda de tensão e de corrente para α = 45º (L>>R).

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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Fig. 5.9 – Formas de onda de tensão e de corrente para α = 90º (L>>R).

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Fig. 5.10 – Formas de onda de tensão e de corrente para α = 135º (L>>R).

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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Fig. 5.11 – Formas de onda de tensão e de corrente para α = 180º (L>>R).

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

- Com diodo de retorno

Um diodo de retorno ligado em paralelo com a carga indutiva (como

Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

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Retificador de onda completa com transformador com

terminal central (retificador de dois-pulsos)

Como a tensão na carga tende a ser negativa, o FWD fica

diretamente polarizado e começa a conduzir. Assim, a tensão na carga fica

grampeada em zero volt. A corrente quase constante na carga é mantida assim pela corrente de retorno que passa pelo diodo. A tensão média na carga é

dada por (mesmo valor do caso resistivo):

O diodo de retorno conduz a corrente na carga durante o período de retardo α, quando os SCRs estão desligados. Portanto, a corrente que passa

Retificador de onda completa em ponte

Retificador de onda completa em ponte

- Com carga resistiva

A Figura 5.13 mostra um retificador controlado de onda completa

em ponte com carga resistiva. Nesse circuito, pares de SCRs opostos na

Retificador de onda completa em ponte

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Fig. 5.13a – Formas de onda para o retificador controlado em ponte

Retificador de onda completa em ponte

A tensão média de saída vai de zero a um valor máximo positivo, dependendo da variação do ângulo de disparo. O valor médio da tensão CC é:

e

Exemplo

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Ex. 6.6) O retificador de onda completa em ponte, mostrado a seguir, é alimentado

por uma fonte de 127 V_RMS com resistência de carga de 15 Ω. Se o ângulo de disparo α for de 40°, determine:

a) a tensão média na carga;

b) a corrente média na carga;

c) a corrente máxima na carga;

d) a corrente RMS na carga;

Retificador de onda completa em ponte

- Com carga indutiva (RL)

A Figura 5.14 mostra o retificador em ponte com o acréscimo de uma

carga indutiva. A corrente na carga tende a manter-se fluindo, uma vez que o

indutor induz uma tensão que se opõe ao aumento ou à diminuição da corrente. Portanto, os SCRs continuam conduzindo, embora a tensão de entrada possa ter caído a zero. A corrente mantém a condução no SCR mesmo após a tensão ter sido invertida.

Retificador de onda completa em ponte

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Fig. 5.15 – Formas de onda de um retificador em ponte com baixa carga

Retificador de onda completa em ponte

Quando a indutância for pequena ou o ângulo de retardo α for mantido alto, a corrente de saída CC atingirá o valor zero a cada semiciclo

em β, como mostra a Figura 5.15. Nesse período, nenhum dos pares de SCRs fica ligado; portanto, diz-se que a corrente é não-contínua.

O valor médio da tensão de saída, nesse caso (Figura 5.15), é:

Se a indutância da carga for grande, ou se α se tornar pequeno, a

Retificador de onda completa em ponte

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Fig. 5.16 – Formas de onda de um retificador em ponte com L >> R.

Retificador de onda completa em ponte

Para essa outra situação, ovalor médio da tensão de saída varia apenas

em função de α:

A tensão de saída RMS é constante, independentemente do ângulo

de disparo, e igual ao valor RMS da tensão de alimentação, se a corrente de

Exemplo

39

Ex. 6.8) Um retificador controlado de onda completa com carga indutiva (L>>R) é ligado a uma fonte de 120 V_RMS. A porção resistiva da carga é igual a 8 Ω. Se o ângulo de retardo α for de 45°, determine:

a) a tensão média na carga;

b) a corrente média na carga;

c) a corrente máxima na carga;

d) a corrente RMS na carga;

Retificador de onda completa em ponte

- Com diodo de retorno

Se um diodo for ligado em paralelo com a carga, o circuito poderá

operar apenas como retificador, porque o diodo não permite que valores

negativos de v_o surjam nos terminais da carga. A Figura 5.17 mostra o circuito

Retificador de onda completa em ponte

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Fig. 5.18 – Formas de onda de tensão e de corrente para a Figura 5.17.

Retificador de onda completa em ponte

A forma de onda de tensão na carga é a mesma da carga resistiva. A

tensão média na carga é:

O valor médio da tensão de saída pode variar de 0 a 2 V_m/π à medida que α aumentar de 0 a π. Essa tensão nunca é negativa. A corrente no FWD é a mesma corrente na carga de 0 a α e de π a (π+α), e se torna nula no

Exemplo

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Ex. 6.9) Um retificador de onda completa em ponte com diodo de retorno fornece

tensão para uma carga RL (L>>R). A fonte de tensão é de 140 V_RMS e a porção resistiva da carga é de 10 Ω. Se o ângulo de retardo α for de 30°, determine:

a) a tensão média na carga;

b) a corrente média na carga;

c) a corrente máxima na carga;

d) a corrente RMS na carga;

e) a corrente média em cada SCR;

Bibliografia

1. Ashfaq Ahmed, Eletrônica de Potência, Prentice Hall, 1ª

edição, 2000.

– Capítulo 6

2. Muhammad H. Rashid, Eletrônica de Potência: Circuitos,

Dispositivos e Aplicações, Prentice Hall, 2ª edição, 1999.

–

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