Pontifícia Universidade Católica do RS Faculdade de Engenharia

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1 Pontifícia Universidade Católica do S Faculdade de Engenharia LABOATÓIO DE ELETÔNICA DE POTÊNCIA EXPEIÊNCIA 1: ETIFICADO MONOFÁSICO MEIA ONDA A DIODO OBJETIO: erificar quantitativa e qualitativamente o comportamento dos etificadores Monofásicos de Meia Onda a diodo. ESTUDO TEÓICO A estrutura do experimento é composta de um transformador com seu primário conectado à rede e o seu secundário conectado ao circuito retificador, um diodo e a carga como pode se observar na figura1. Figura 1 -etificador Monofásico de meia Onda carga resistiva À carga a ser utilizada pode ser resistiva, capacitiva, indutiva ou mista. Em aplicações de eletrônica de potência, normalmente utiliza-se uma carga L. Teoricamente o retificador monofásico de meia onda é o mais simples das estruturas empregadas em eletrônica de potência. Ele é comumente utilizado para fazer alimentação da armadura de pequenos motores de corrente contínua, alimentação de enrolamentos de excitação de máquinas elétricas, carregamento de baterias e alimentação de circuitos eletrônicos. esumo da Teoria Funcionamento para carga resistiva O diodo bloqueia o semiciclo negativo da tensão alternada de alimentação v. Deste modo, somente os semiciclos positivos são aplicados à resistência de carga. As formas de ondas relativas à estrutura em questão estão representadas na figura :

2 Figura - Formas de onda relativas à fig 1. A tensão média na carga é calculada pela expressão: Lmed 1 sen( d( [ cos( ω )] Lmed t Lmed, 45 A corrente média na carga é obtida pela expressão: ILmed sen( d( ILmed. sen( d ( ωt I Lmed,45 ILmed Lmed A corrente de pico no diodo, igual à corrente de pico na carga é dada pela expressão: I Lmed o A tensão de pico inversa no diodo é dada pela expressão: Dp Para o dimensionamento correto do diodo também é importante conhecer o valor eficaz da corrente que circula pelo semicondutor, assim: ILef 1 sen ( d( ILef sen ( d (

3 CAGA L A estrutura do retificador monofásico de meia onda alimentado uma carga L está representada na figura 3: Figura 3 - etificador monofásico de meia onda alimentando carga L As formas de onda relativas à carga L estão representadas na figura 4. Devido à presença da indutância, o diodo não se bloqueia quando ωt. O bloqueio ocorre no ângulo β, que é superior a. Enquanto a corrente de carga não se anula, o diodo se mantém em condução e a tensão de carga, para ângulos superiores a, torna-se instantaneamente negativa. A corrente de carga é obtida pela solução da equação diferencial: dil( sen( ω t) L + il( dt Figura 4 - Formas de onda relativas à fig 3.

4 A solução da equação diferencial é representada pela expressão: il ( sen( ωt φ ) I 1() + X t τ e Onde: X L φ arctg ; X ωl; τ A corrente da carga é composta de duas componentes distintas, representadas pelas expressões: i ( sen( ωt φ ) 1 + X i ( I 1() e t / τ As duas componentes estão representadas graficamente na figura 5. Para ωt, tem-se il (. Assim: i () sen( φ ) 1 Portanto: il ( + X + X sen( ωt φ) sen( φ ) e t / τ Figura 5 - Corrente de carga relativa à fig 3. A componente i( representa a parcela transitória da corrente; a componente i1( representa a resposta em regime permanente da carga L submetida à tensão alternada da rede. Para que se possa estabelecer o valor médio da tensão na carga, é necessário que se conheça o angulo β. De acordo com a figura 4, i( quando ωt β. Carga L com Diodo de oda-livre Para evitar que a tensão de carga torne-se instantaneamente negativa devido à presença da indutância, emprega-se o diodo de roda-livre (DL). A estrutura adquire assim a forma apresentada na figura 6:

5 Figura 6 - etificador de meia onda com diodo de oda-livre As formas de onda relativas ao retificador de meia onda com diodo de roda-livre estão representadas na figura 7: Figura 7 - Forma de onda para a estrutura da fig 6. POCEDIMENTO EXPEIMENTAL a) Alimentação de uma carga resistiva: O circuito a ser montado está representado na figura 8. Figura 8 - Esquema do circuito experimental resistivo. Figura 8 - Esquema do Circuito experimental resistivo. Instrumentos a serem empregados. - Multímetro digital para medir a tensão de fase secundária; - Amperímetro (Multímetro digital) para medir a corrente do primário do transformador e a corrente de carga do circuito;

6 - Osciloscópio e duas ponteiras atenuadas de 1 vezes. Material utilizado para medição. - Kit de transformadores; - Kit retificador não controlado; - Banco de cargas. oteiro da experiência. Montar o circuito apresentado na figura anterior; 1 a ) Calcular os valores esperados das correntes e tensões e verificar se as escalas dos instrumentos estão corretas. Fazer uma revisão na montagem e energiza-la; ATENÇÃO: As bancadas estão desligadas. Solicitar ligação para o professor ou monitor. a ) erificar se as tensões e correntes indicadas nos instrumentos estão de acordo com os valores esperados; 3 a ) erificar com osciloscópio as seguintes formas de ondas: - Tensão no secundário do transformador; - Tensão na carga; - Tensão nos terminais do diodo; - Corrente sobre o diodo. 4 a ) Através das leituras dos instrumentos, verificar a validade das expressões teóricas. b) Alimentação com carga L Associar, no banco de cargas, os indutores em série com as resistências. O circuito a ser montado está representado na figura 9. Figura 9- Esquema do circuito experimental resistivo e indutivo. Proceder da mesma forma como descrito para o ítem a. c) Alimentação com diodo de roda-livre carga L. Associar, no banco de cargas, os indutores em série com as resistências. O circuito a ser montado está representado na figura 1. Figura 1- Esquema do circuito experimental com diodo roda-livre.

7 Proceder da mesma forma como descrito para o item a. erificar a forma de onda no diodo de circulação (D L ). Montar o circuito apresentado na figura 1. a 1 ) Calcular os valores esperados das correntes e tensões e verificar se as escalas dos instrumentos estão corretas. Fazer uma revisão na montagem e energiza-la; a ) Simular no programa OCAD9.1 todas as formas de onda obtidas nas etapas anteriores. EFEÊNCIAS BIBLIOGÁFICAS 1 - Barbi, Ivo. Eletrônica de Potência. Florianopolis: Software OCAD versão 9..

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