Eletrônica de Potência. Centro de Formação Profissional Orlando Chiarini - CFP / OC Pouso Alegre MG Inst.: Anderson

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1 Eletrônica de Potência Centro de Formação Profissional Orlando Chiarini - CFP / OC Pouso Alegre MG Inst.: Anderson

2 Conversores CA / CC

3 Conversores CA /CC O fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente, a partir de uma rede de distribuição em corrente alternada, devido, principalmente, à facilidade de adaptação do nível de tensão por meio de transformadores. Em muitas aplicações, no entanto, a carga alimentada exige uma tensão contínua. A conversão CA-CC é realizada por conversores chamados retificadores.

4 Conversores CA / CC Circuitos retificadores, são circuitos cuja finalidade é obter uma tensão contínua a partir de uma tensão ou sinal senoidal.

5 Transformador O transformador, tem a função de reduzir ou elevar a tensão disponível que será enviada ao retificador.

6 Retificador de Meia Onda Chama-se de retificador, o circuito que transforma a CA em CC, ou seja, faz com que a corrente na carga circule em um único sentido. Existem dois tipos de retificadores: Retificador de meia onda e retificador de onda completa. O retificador de meia onda, permite que apenas um semi-ciclo da onda circule pela carga. Neste retificador utiliza-se apenas um diodo que conduz em um semi-ciclo da corrente quando estiver polarizado diretamente.

7 Retificador de meia onda

8 Retificador de meia onda

9 Retificador de meia onda - Exercício Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 20, é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de meia onda que alimenta uma carga resistiva de 5Ω. a) Calcule a tensão e a corrente máximas na carga. b) Calcule a tensão e a corrente eficazes na carga c) Calcule a tensão máxima reversa no diodo. d) Calcule a tensão e a corrente médias na carga.

10 Retificador de Onda Completa com CT Neste circuito temos apenas dois diodos, onde um dos diodos conduz um semi-ciclo da corrente e o outro diodo conduz o outro semi-ciclo da corrente. Isto só é possível porque o transformador possui uma derivação central ou center tape CT. Na realidade é como se fosse um transformador com um primário e dois secundários ligado sem série, sendo o ponto de ligação destes o CT. Desta forma, cada enrolamento irá fornecer corrente para um semi-ciclo da onda.

11 Retificador de Onda Completa com CT

12 Retificador de Onda Completa com CT

13 Retificador de Onda Completa com CT

14 Retificador de Onda Completa com CT - Exercício Um transformador abaixador com tape central e relação de espiras igual a 20 é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de onda completa que alimenta uma carga resistiva de 10Ω. a) Calcule a tensão e a corrente máximas na carga. b) Calcule a tensão máxima reversa no diodo. c) Calcule a tensão e a corrente médias na carga. d) Calcule a corrente média em cada diodo.

15 Retificador de Onda Completa em Ponte Este circuito utiliza quatro diodos ligados em ponte. Este circuito utiliza uma transformador de secundário simples, tendo como vantagem a não utilização de um transformador com tape central ou center tape. Observe que neste circuito o diodo não possui mais como tensão reversa 2.Vmáx, e sim a metade deste valor, que em alguns casos é essencial esta situação, pois quanto maior a tensão reversa do diodo mais oneroso pode se tornar o circuito.

16 Retificador de Onda Completa em Ponte

17 Retificador de Onda Completa em Ponte

18 Retificador de Onda Completa em Ponte

19 Retificador de Onda Completa em Ponte Exercício Um transformador abaixador sem tape central, com relação de espiras igual a 5 é alimentado por uma rede de 120V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de onda completa que alimenta uma carga resistiva de 10Ω. a) Calcule a tensão e a corrente máximas na carga. b) Calcule a tensão máxima reversa no diodo. c) Calcule a tensão e a corrente médias na carga. d) Calcule a corrente média no diodo.

20 Filtro Capacitivo Os elementos reativos, no caso capacitores, possuem a propriedade de armazenar energia em seu interior. Esta propriedade é bem utilizada nos circuitos retificadores, pois esta energia armazenada no capacitor pode ser utilizada para amenizar as ondulações na saída do retificador, deixando assim a tensão de saída mais plana e proporcionando assim um maior valor médio na tensão de saída. Desta forma os retificadores passam a trabalhar com carga capacitiva e não mais puramente resistiva como aconteceu até o momento.

21 Retificador de Meia Onda com Capacitor

22 Retificador de Meia Onda com Capacitor

23 Retificador de Meia Onda com Capacitor - Exercício Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 11, é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de meia onda que alimenta uma carga resistiva de 100Ω com um filtro capacitivo de 1000uF. Determine: a) Tensão mínima na carga; b) Tensão de ondulação; c) Tensão média na carga; d) Máxima tensão reversa no diodo.

24 Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo

25 Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo Exercício Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 11, é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de onda completa em ponte que alimenta uma carga resistiva de 100Ω com um filtro capacitivo de 1000uF. Determine: a) Tensão mínima na carga; b) Tensão de ondulação; c) Tensão média na carga; d) Máxima tensão reversa no diodo.

26 Retificador de Onda Completa com CT com Filtro Capacitivo

27 Retificador de Onda Completa com CT com Filtro Capacitivo Exercício Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 12, é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito retificador de onda completa em ponte que alimenta uma carga resistiva de 180Ω com um filtro capacitivo de 2000uF. Determine: a) Tensão mínima na carga; b) Tensão de ondulação; c) Tensão média na carga; d) Máxima tensão reversa no diodo.

28 Retificador Trifásico de Meia Onda É o mais simples dos retificadores polifásicos; Necessário transformador trifásico na entrada, com secundário em estrela; Obtém-se melhora no fator de ripple e aumento no valor médio da tensão de saída, devido ao aumento do número de pulsos; Pode ser sem controle ou totalmente controlado.

29 Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle A estrutura apresentada a seguir pode ser considerada uma associação de três retificadores monofásicos de meia onda. Cada diodo é associado a uma das fases da rede de alimentação trifásica. Nesse tipo de retificador, também conhecido como retificador com ponto médio, é indispensável o emprego do neutro do sistema de alimentação.

30

31 Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle Diodos ligados em catodo comum; O diodo com anodo mais positivo é que conduz; Cada diodo conduz durante 120º; Pode ser sem controle ou totalmente controlado.

32 Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle Exercício. A saída de um transformador trifásico em estrela, entrega em cada uma de suas fases um valor eficaz de tensão igual a 89,8V. Ligado ao secundário do transformador, temos um retificador trifásico de meia onda sem controle alimentando uma carga resistiva pura de 180Ω. Determine: a) Tensão média na carga; b) Máxima tensão inversa sobre cada diodo; c) Corrente média sobre cada diodo.

33 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle Três componentes ligados em catodo comum (corrente da fonte para a carga) e três componentes ligados em anodo comum (retorno da corrente da carga para a fonte); Pode ser sem controle, semi-controlado ou controlado ; Transformador pode ter o secundário em estrela ou triângulo; A tensão na carga é proveniente de dois retificadores trifásicos de meia onda, referenciados ao ponto de neutro, resultando um valor positivo e outro negativo por fase. A diferença (tensão de linha) é a tensão aplicada na carga.

34 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle O retificador trifásico de onda completa, apresentado a seguir, é conhecido também como ponte trifásica ou como Ponte de Graetz, se tratando de uma das estruturas mais empregadas industrialmente. Este retificador apresenta seis etapas de operação ao longo de um período da rede, sendo que cada etapa é caracterizada por um par de diodos em condução. Em cada instante a corrente da carga flui por um diodo da parte superior (D1, D2 ou D3) e um da parte inferior (D4, D5, ou D6).

35 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle

36 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle A corrente convencional vai sempre do potencial mais positivo para o mais negativo; Para o intervalo de 30º a 90º: VAN é a mais positiva = condução do diodo D1 VBN é a mais negativa = condução do diodo D6 VLINHA = VCARGA = VAN - VBN Cada diodo conduz durante 120º e a cada 60º muda um dos dois diodos que estão conduzindo simultaneamente.

37 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle Entre as vantagens do retificador em ponte de Graetz sobre o retificador de ponto médio, temos: - maior tensão de saída (para uma mesma tensão de entrada); - menor ripple da tensão de saída; - maior frequência da componente fundamental da tensão de saída (isso requer filtros de menor peso e volume). Note que na saída a frequência da componente fundamental da tensão é 6 vezes a frequência das tensões de alimentação. Ou seja, para a rede de 60Hz, na tensão de saída teremos 360Hz.

38 Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle Exercício. A saída de um transformador trifásico em estrela, entrega em cada uma de suas fases um valor eficaz de tensão igual a 89,8V. Ligado ao secundário do transformador, temos um retificador trifásico de onda completa sem controle alimentando uma carga resistiva pura de 180Ω. Determine: a) Tensão média na carga; b) Máxima tensão inversa sobre cada diodo; c) Corrente média sobre cada diodo.

39 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.

40 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.

41 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.

42 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda Exercício Calcule o valor da tensão de saída de um retificador monofásico controlado de meia onda, que recebe em sua entrada uma tensão de 127V, para os seguintes ângulos de disparo: a)30º: b)60º: c)90º: d)120º: e)150º:

43 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL

44 Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL com Roda Livre

45 Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte

46 Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte

47 Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte Exercício Calcule o valor da tensão de saída de um retificador monofásico controlado de onda completa em ponte, com uma tensão de 127V na sua entrada, para os seguintes ângulos de disparo: a)30º: b)60º: c)90º: d)120º: e)150º:

48 Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte com Carga RL

49 Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista

50 Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica

51 Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica

52 Retificad

53 Retificad

54 Retificad

55 Retificad

56 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda

57 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 0º)

58 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 30º)

59 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 60º)

60 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 60º)

61 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa

62 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa

63 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa

64 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 0º)

65 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 30º)

66 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 90º)

67 Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa

68 Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 90º)

69 Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa (α = 30º)

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