Retificadores Industriais

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1 etificadores Industriais Nikolas Libert Aula 7 Manutenção de Sistemas Eletrônicos Industriais ET54A Tecnologia em Automação Industrial

2 etificadores Industriais etificadores Industriais Conversão de CA para CC. V(t) V(t) etificador Sinal AC Sinal CC Ondulação! O sinal retificado nunca será completamente constante. Variações no sinal de saída são quantificadas pela ondulação ou ripple. DAELT Nikolas Libert 2

3 etificadores Industriais Ondulação ou ripple. v(t) v(t)v CC v CC v PP ripple= [v(t) v CC ] MS v CC 100 % v PP /(2 2) v CC 100 % Para medir no osciloscópio basta dividir a tensão MS no modo de acoplamento AC pela tensão média no modo de acoplamento CC. (t) (t) O ripple é dado pela razão entre a tensão eficaz da parte alternada do sinal e o nível CC do sinal. O sinal de saída é subtraído de seu nível médio e é calculado o seu valor eficaz. O resultado é dividido pelo nível médio do sinal original. DAELT Nikolas Libert 3

4 etificadores Industriais Tipos de etificadores. Não Controlados: Formados apenas por diodos. A tensão média na saída é fixa em função da tensão eficaz de entrada. Semicontrolados: Componentes retificadores são diodos e SCs. A tensão média de saída pode ser ajustada numa faixa positiva de valores. Controlados: Componentes retificadores são SCs. A tensão média de saída pode ser ajustada para valores positivos e negativos. DAELT Nikolas Libert 4

5 etificadores Industriais Os retificadores podem ser classificados ainda de acordo com o sinal de entrada. Serão abordados retificadores monofásicos e trifásicos. O tipo de carga que é esperada na saída também altera o projeto dos retificadores. Para cargas indutivas podem ser necessários os diodos de rodalivre. DAELT Nikolas Libert 5

6 etificador de ½ Onda Carga esistiva etificador de ½ Onda com Carga esistiva. v D v E () Semiciclo Positivo (V E > 0) Semiciclo Negativo (V E < 0) v E () v E () =v E =0 DAELT Nikolas Libert 6

7 etificador de ½ Onda Carga esistiva v E () v p v D π 2π 3π 4π v p v E () v E (ω t)=v p sen() ω=2π f v D v p / Apenas o semiciclo positivo é retificado. v p DAELT Nikolas Libert 7

8 etificador de ½ Onda Carga Indutiva etificador de ½ Onda com Carga Indutiva. v E () v D v L v L Condição para um diodo parar de conduzir: Corrente (e não tensão!) fluindo pelo mesmo chega a zero. Com cargas indutivas: Corrente chega a zero depois da tensão. DAELT Nikolas Libert 8

9 etificador de ½ Onda Carga Indutiva v E () v D v E (ω t)=v p sen() v L v L ω=2π f v E () v p v p π 2π 3π 4π Surgem tensões negativas na saída! A tensão média na saída será menor. v D β v p DAELT Nikolas Libert 9

10 et. de ½ Onda Carga L com Diodo odalivre etificador de ½ Onda com Carga Indutiva e Diodo odalivre Semiciclo positivo: Diodo D conduz e magnetiza o indutor. Semiciclo negativo: Corrente na carga não zera imediatamente. O diodo D L gera um caminho alternativo para fluxo da corrente do indutor, permitindo que o diodo D corte. v E () DAELT Nikolas Libert 10 v D D D L v L v L

11 et. de ½ Onda Carga L com Diodo odalivre Semiciclo positivo Semiciclo negativo D L D L v E D L v E D L A fonte polariza o diodo D. Energia é armazenada no indutor. A fonte polariza reversamente o diodo D L. O indutor polariza o diodo D L diretamente. v L = L di(t) dt O indutor perde sua energia. DAELT Nikolas Libert 11

12 et. de ½ Onda Carga L com Diodo odalivre v D v E () v E () D D L v L v L v p v p π 2π 3π 4π Não haverão mais tensões negativas na saída. v D β v p DAELT Nikolas Libert 12

13 etificador em Ponte Carga esistiva etificador de Onda Completa em Ponte com Carga esistiva etificação dos dois semiciclos do sinal de entrada. D 1 v E () D 2 D 3 D 4 DAELT Nikolas Libert 13

14 etificador em Ponte Carga esistiva Semiciclo Positivo Semiciclo Negativo D 1 v E () D 2 I S D 1 v E () D 2 I S D 3 D 4 D 3 D 4 Os diodo D 1 e D 4 estão diretamente polarizados. A tensão na saída será positiva e igual a V E. Os diodos D 2 e D 3 estão diretamente polarizados. A tensão na saída continuará positiva e será igual a V E. DAELT Nikolas Libert 14

15 etificador em Ponte Carga esistiva v E () v p D 1 v E () D 2 π 2π 3π 4π D 3 D 4 v p v p / Em comparação com o retificador de ½ onda, a tensão média na saída será o dobro. V D2,v D3 V D1,v D4 v p DAELT Nikolas Libert 15 v p

16 Filtragem do Sinal etificado Filtragem do sinal retificado Podem ser utilizados filtros para reduzir a ondulação na saída. Uso de capacitor para reduzir ondulação de tensão. Uso de indutor para reduzir ondulação de corrente. Filtro LC D 1 D 2 v E () D 3 D 4 DAELT Nikolas Libert 16

17 Filtragem do Sinal etificado Efeito do capacitor Ponte etificadora Ponte etificadora DAELT Nikolas Libert 17

18 Filtragem do Sinal etificado Efeito do indutor Ponte etificadora / Ponte etificadora DAELT Nikolas Libert 18

19 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L Z etificador Monofásico Semicontrolado (Ponte Mista) com Carga Indutiva Substituindo dois diodos por SCs, é possível controlar a tensão média na saída. v() T 2 D 1 D 2 DAELT Nikolas Libert 19

20 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L Etapa 1: e D 2 conduzindo v() T 2 L v p v D 1 D 2 i G e D 2 estão diretamente polarizados. Um pulso é aplicado na porta de. α D 2 D 2 απ DAELT Nikolas Libert 20

21 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L Etapa 2: e D 1 conduzindo v() T 2 L v p v D 1 D 2 D 1 passa a conduzir no lugar de D 2, pois fica polarizado diretamente. só para de conduzir quando a corrente chega a zero ou quando houver outro caminho para a corrente (disparo de T 2 ) i G α D 1 απ DAELT Nikolas Libert 21

22 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L Etapa 3: T 2 e D 1 conduzindo v() T 2 L v p v D 1 D 2 i G T 2 e D 1 estão diretamente polarizados. Um pulso é aplicado na porta de T 2. α απ T 2 D 1 DAELT Nikolas Libert 22

23 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L Etapa 4: T 2 e D 2 conduzindo v() T 2 L v p v D 1 D 2 D 2 passa a conduzir no lugar de D 1. T 2 só para de conduzir quando a corrente chega a zero ou quando houver outro caminho para a corrente (disparo de ) i G T 2 D 2 α απ T 2 D 2 DAELT Nikolas Libert 23

24 etificador Monofásico Semicontrolado Carga L 0,637 med v p med = v p π [1cos(α)] 0, α 180 ef = v p 2 1 α π sen(2α) 2π DAELT Nikolas Libert 24

25 Exercício Z Determine o ângulo de disparo para que a tensão média seja de 50 V. v() T 2 D 1 D 2 DAELT Nikolas Libert 25

26 etificador Monofásico Controlado Carga L etificador Monofásico Controlado de Onda Completa com Carga Indutiva Adicionando mais dois SCs, é possível gerar tensões médias negativas na saída. v() T 2 L T 3 T 4 DAELT Nikolas Libert 26

27 etificador Monofásico Controlado Carga L Considerando que a indutância é alta e a corrente nunca chega a zero (condução contínua). v() T 2 v p v L v L i L i G T 3 T 4 α T 4 T 2 T 3 απ DAELT Nikolas Libert 27

28 etificador Monofásico Controlado Carga L É possível gerar tensões médias negativas na saída. v v L α απ v() T 2 L etificador T 3 T 4 v v L α απ Inversor DAELT Nikolas Libert 28

29 etificador Monofásico Controlado Carga L 0,637 med v p med =2 v p π cos(α) α 0,637 med >0 med <0 etificador Inversor DAELT Nikolas Libert 29

30 etificador Trifásico de 3 Pulsos etificador Trifásico com Ponto Médio (ou de 3 pulsos) Associação em paralelo de três retificadores monofásicos. Apenas um diodo conduz por vez. O diodo que conduz é o que está ligado a fonte que tem maior tensão num dado instante. N v 1 () i D 1 1 v 2 () i D 2 2 S v 3 () i D 3 3 T DAELT Nikolas Libert 30

31 etificador Trifásico de 3 Pulsos Etapa 1: D 1 conduzindo N v 1 () i D 1 1 v 2 () i D 2 2 S v 3 () i D 3 3 T π/6 v 1 () v 2 () v 3 () 5π/6 9π/6 13π/6 D 1 D 1 D 1 conduz se: v 1 ()>v 2 () e v 1 ()>v 3 () DAELT Nikolas Libert 31

32 etificador Trifásico de 3 Pulsos Etapa 2: D 2 conduzindo N v 1 () i D 1 1 v 2 () i D 2 2 S v 3 () i D 3 3 T π/6 v 1 () v 2 () v 3 () 5π/6 9π/6 13π/6 D 2 D 2 conduz se: v 2 ()>v 1 () e v 2 ()>v 3 () DAELT Nikolas Libert 32

33 etificador Trifásico de 3 Pulsos Etapa 3: D 3 conduzindo N v 1 () i D 1 1 v 1 () v 2 () v 3 () v 2 () i 2 D 2 π/6 5π/6 9π/6 13π/6 S D 3 v 3 () i D 3 3 v D S 3 conduz se: T v 3 ()>v 1 () e v 3 ()>v 2 () DAELT Nikolas Libert 33

34 etificador Trifásico de 3 Pulsos v 1 () i D 1 1 v p v 1 () v 2 () v 3 () N v 2 () i D 2 2 S v 3 () i D 3 3 T V S π/6 5π/6 9π/6 13π/6 D 1 D 2 D 3 D 1 Parte de um semiciclo de cada tensão de fase é retificado. DAELT Nikolas Libert 34

35 etificador Trifásico Controlado de 3 Pulsos etificador trifásico controlado com ponto médio e carga resistiva v 1 () i 1 N v 2 () i T 2 2 S v 3 () i T 3 3 T i v DAELT Nikolas Libert 35

36 etificador Trifásico Controlado de 3 Pulsos T 1 v 1 Para α=0 Circuito se comporta como retificador não controlado. T 2 v 2 T 3 v 3 30 v 3 () v 1 () v 2 () i G T 2 T 3 α=0 DAELT Nikolas Libert 36

37 etificador Trifásico Controlado de 3 Pulsos Para α=30 T 1 v 1 T 2 v 2 T 3 v 3 30 v 3 () v 1 () v 2 () i G T 2 T 3 α=30 DAELT Nikolas Libert 37

38 etificador Trifásico Controlado de 3 Pulsos T 1 v 1 Para α=135 conduz mesmo quando v 2 >v 1. Porém, SCs devem obedecer uma ordem de disparo. T 2 v 2 v 1 () v 2 () v 3 () T 3 v 3 30 i G T 3 T 2 α=135 DAELT Nikolas Libert 38

39 etificador Trifásico Controlado de 3 Pulsos 0,827 p/ 0 α 30 : 0,620 med = 3 3 v p 2 π cos(α) 0,414 0,207 med p/ 30 α 150 : med = 3 v p 2π [ 1cos(α π 6 ) ] v p α DAELT Nikolas Libert 39

40 etificador Trifásico Semicontrolado de 6 Pulsos Z etificador Trifásico Semicontrolado em Ponte de Graetz (6 pulsos) Haverá sempre 1 tiristor e um diodo conduzindo. Para que o tiristor conduza, a tensão de fase ligada ao mesmo deve ser a maior das tensões. Para que o diodo conduza, a tensão de fase ligada ao mesmo deve ser a menor das tensões. v 1 v 2 v 3 T 2 T 3 D 1 D 2 D 3 DAELT Nikolas Libert 40

41 Z etificador Trifásico Semicontrolado de 6 Pulsos v 1 v 2 v 3 T 2 T 3 D 1 D 2 D 3 Para α=0 Circuito se comporta como retificador com diodos. 60 v 12 v 13 v 23 v 21 v 31 v 32 A tensão de saída será sempre a diferença entre duas tensões de fase. α=0 v 3 v 1 v 2 i G13 T 2 T 3 D 2 D 3 D 1 D 2 DAELT Nikolas Libert 41

42 etificador Trifásico Semicontrolado de 6 Pulsos Z Para α=30 A tensão é contínua. T 2 T 3 v 12 v 13 v 23 v 21 v 31 v 32 v 1 v 2 60 v 3 v 3 v 1 v 2 D 1 D 2 D 3 i G13 α=30 T 2 T 3 D 2 D 3 D 1 D 2 DAELT Nikolas Libert 42

43 etificador Trifásico Semicontrolado de 6 Pulsos Z Para α=90 A tensão V S atinge 0 V. T 2 T 3 v v 12 v 13 v 23 v 21 v 31 v 32 v 1 v 2 60 v 3 v 3 v 1 v 2 D 1 D 2 D 3 i G13 T 2 T 3 α=90 D 2 D 3 D 1 D 2 DAELT Nikolas Libert 43

44 etificador Trifásico Semicontrolado de 6 Pulsos 1,654 1,412 med v p 0,827 med = 3 3 v p 2 π [1cos(α)] 0, α DAELT Nikolas Libert 44

45 etificador Trifásico Controlado de 6 Pulsos etificador Trifásico Controlado em Ponte de Graetz com Carga Indutiva Haverá sempre um par de tiristores conduzindo. Um do braço superior e outro do braço inferior. Dependendo do momento de disparo dos tiristores aparecerão tensões negativas na saída. v 1 v 2 v 3 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 L DAELT Nikolas Libert 45

46 etificador Trifásico Controlado de 6 Pulsos Para α=60 A tensão V S atinge 0 V. v 1 T 2 T 3 L v 12 v 13 v 23 v 21 v 31 v 32 v 2 60 v 3 T 4 T 5 T 6 v 3 v 1 v 2 i G13 T 2 T 3 i G46 T 5 α=60 T 6 T 4 T 5 DAELT Nikolas Libert 46

47 etificador Trifásico Controlado de 6 Pulsos Para α=90 A tensão na carga chega a valores negativos. v 1 T 2 T 3 L v 12 v 13 v 23 v 21 v 31 v 32 v 2 60 v 3 T 4 T 5 T 6 v 3 v 1 v 2 i G13 T 2 T 3 i G46 T 5 α=90 T 6 T 4 T 5 DAELT Nikolas Libert 47

48 etificador Trifásico Controlado de 6 Pulsos 1,654 1,432 0,827 med med = 3 3 v p π cos(α) v p 0 0, med >0 med <0 etificador Inversor α DAELT Nikolas Libert 48

49 eferências BABI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência, Prentice Hall, 1ª ed., São Paulo, UBANETZ, Jair Jr., MAIA, José da Silva. Apostila Curso Sistemas de CC e CA, DAELT / UTFP, DAELT Nikolas Libert 49