Retificadores monofásicos

Retificadores monofásicos Controlados e semicontrolados Prof. Alexandre Akira Kida, Msc., Eng. Eletrônica de Potência 1

Plano de aula Retificadores controlados monofásicos de ½ onda Retificadores controlados monofásicos de onda completa Retificadores semicontrolados monofásicos de onda completa 2

Introdução Retificadores controlados (ou semicontrolados) conversão AC/DC A tensão AC de entrada possui frequência e amplitude fixas Aa tensão DC de saída (média) é variável 100 V 150 V 50 V 3

Introdução Nos retificados não controlados, não é possível variar a tensão de saída sem alterar a tensão AC de entrada: Vo med = Vpico π Vo med = 2 Vpico π, para o retificador de ½ onda, para o retificador de onda completa No projeto do retificador controlado, substitui-se os diodos do circuito retificador por SCRs Duas condições devem ser satisfeitas para que os SCRs conduzam: 1. Polarização direta 2. Pulso de no gate 4

Introdução Aplicações Controle de velocidade de motores DC Carregadores de baterias Transmissão de energia em DC em alta tensão (HVDC) UPS (Uninterruptible power supply systems) ou No-breaks Processos industriais eletroquímicos e eletrometalúrgicos 5

Introdução Retificadores controlados Vo med pode assumir qualquer polaridade ( + e -) Conversor de dois quadrantes Fluxo de potência Fonte carga (retificação) Carga fonte (inversão) 6

Introdução Retificadores semicontrolados Metade dos SCRs são substituídos por diodos Vo med de polaridade fixa Conversor de um quadrante Fluxo de potência da fonte carga (retificação) 7

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado Durante o semiciclo positivo o SCR estará diretamente polarizado (Vak > 0) O mesmo conduzirá quando aplicado um sinal no gate Conforme α varia Vo med também varia 8

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado 9

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado Tensão média na carga: Vo med V F N pico ( 1 cos ) 2 Corrente RMS na carga: Io I RMS pico I 2 V pico F N pico R 1 α em rad. sen(2 ) 2 Carga resistiva! 10

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado Para carga seja indutiva Corrente se atrasa em relação a tensão Tensão inst. na carga pode assumir valores negativos Io descontínua Cargas industriais são normalmente indutivas Vo med V F N pico ( cos cos ) 2 11

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado Com diodo de roda livre: Tensão inst. na carga sempre positiva Io pode ser contínua se L/R Vo med V F N pico ( 1 cos ) 2 12

Retificador Monofásico de ½ Onda Controlado Com diodo de roda livre: Previne tensões negativas na carga! Circuito equivalente Vs > 0 e < 0, respectivamente 13

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central Durante o semiciclo positivo: SCR1 está diretamente polarizado Durante o semiciclo negativo: SCR2 está diretamente polarizado 14

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central 15

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central O valor médio da tensão de saída é o dobro do retificador de meia onda Vo med V F N pico ( 1 cos ) Corrente RMS na carga: Io RMS I pico 1 α em rad. sen(2 ) 2 16

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central (com carga RL) 17

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central (com carga RL) Os SCRs conduzem por 180º Vo med F N 2 V ( cos ) pico 18

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado α = 0º Considerando carga RL A tensão reversa bloqueada pelos SCRs é de 2xVp 19

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central (com carga RL e FWD) Quando os SCRs estão bloqueados, a corrente flui pelo diodo D 23

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador com tap central (com carga RL e diodo de roda livre) Vo med V F N pico ( 1 cos ) O diodo não permite que a tensão na carga fique negativa A carga pode assumir valores negativos apenas se tiver componentes indutivas! 24

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte Os SCRs disparam em pares (com ângulo α): SCR1 e SCR4 (α) SCR2 e SCR3 (180º + α) 25

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga resistiva) 26

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado O valor médio da tensão de saída é o dobro do retificador de meia onda: Vo med V F N pico ( 1 cos ) A tensão média DC de saída varia de zero a um valor máximo, dependendo de α A corrente RMS na carga é Io RMS I pico sen(2 ) 1 2 2 α em rad. 27

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva) 28

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva) 29

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva) Tensão média na saída Vo med V F N pico (cos cos ) 30

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva) Corrente descontínua β < π + α 31

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva) Corrente contínua 32

Retificador Monofásico de Onda Completa Controlado Retificador em ponte (carga indutiva e FWD) Operação apenas como retificador (1º quadrante) A tensão na carga não assume valores <0V 33

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado Os retificadores semicontrolados são amplamente utilizados em aplicações que demandam que o fluxo de potência seja apenas da fonte para a carga (i.e retificador) Metade dos SCRs são substituídos por diodos Existem duas estruturas básicas: simétrica e assimétrica: Simétrica Assimétrica 34

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado Maior economia: diodos sãos mais baratos que SCRs Conhecido também como ponte mista Funcionamento semelhante ao retificador controlado Diferença principal no instante de bloqueio Retificador de um quadrante Vo med V F N pico ( 1 cos ) 35

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado 36

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado Para cargas indutivas: Ao disparar o SCR em α, a corrente fluirá por SCR1 e D4 Em π + α, a corrente fluirá por SCR 2 e D3 37

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado Para cargas indutivas: Ao disparar o SCR em α a corrente fluirá por SCR1 e D4 Em π + α, a corrente fluirá por SCR 2 e D3 40

Retificador Monofásico de Onda Completa Semicontrolado Arranjo alternativo 42

Exercícios Ex 1) Um retificador controlado de meia onda é alimentado por uma fonte de 120 V. Se a resistência de carga for de 10 Ω, determine a tensão na carga e a potência entregue à carga para os seguintes ângulos de retardo: 43

Exercícios Ex 2) Um retificador controlado de meia onda ligado a uma fonte de 150 Vrms, 60 Hz, está alimentando uma carga resistiva de 10 Ohms. Se o ângulo de retardo a 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 f) o ângulo de condução g) a frequência de ondulação h) o fator de potência (FP = P/S) 44

Exercícios Ex 3) Um retificador de onda completa em ponte é alimentado por uma fonte de 150 V com resistência de carga de 10 Ohms. Se o ângulo de disparo for de 30,determine: a) Tensão média na carga; b) Corrente média na carga; c) Corrente máxima na carga; d) Corrente RMS na carga; e) Potência fornecida à carga; f) Frequência de ondulação; g) Fator de potência 45

Referências 1. Eletrônica Industrial, Análise de dispositivos e suas aplicações - Edna A. Andrade - CEFET-BA 2. Eletrônica de Potência Ashfaq Ahmed Editora Prentice Hall 3. Eletrônica Industrial de Potência-José Luiz Antunes - Livros Érica Editora 4. Eletrônica de Potência Circuitos, dispositivos e aplicações Muhammad H. Rashid. Editora Makron Books 46