Eletrônica de Potência

Eletrônica de Potência
Centro de Formação Profissional
“Orlando Chiarini” - CFP / OC
Pouso Alegre – MG
Inst.: Anderson
Eletrônica de potência
Conversores CA / CC
Eletrônica de potência
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.
Eletrônica de potência
Conversores CA / CC
Circuitos retificadores, são circuitos cuja finalidade é obter uma tensão
contínua a partir de uma tensão ou sinal senoidal.
Eletrônica de potência
Transformador
O transformador, tem a função de reduzir ou elevar a tensão disponível que
será enviada ao retificador.
Eletrônica de potência
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.
Eletrônica de potência
Retificador de meia onda
Eletrônica de potência
Retificador de meia onda
Eletrônica de potência
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.
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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.
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Retificador de Onda Completa com CT
Eletrônica de potência
Retificador de Onda Completa com CT
Eletrônica de potência
Retificador de Onda Completa com CT
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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.
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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.
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Retificador de Onda Completa em Ponte
Eletrônica de potência
Retificador de Onda Completa em Ponte
Eletrônica de potência
Retificador de Onda Completa em Ponte
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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)
b)
c)
d)
Calcule a tensão e a corrente máximas na carga.
Calcule a tensão máxima reversa no diodo.
Calcule a tensão e a corrente médias na carga.
Calcule a corrente média no diodo.
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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.
Eletrônica de potência
Retificador de Meia Onda com Capacitor
Eletrônica de potência
Retificador de Meia Onda com Capacitor
Eletrônica de potência
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.
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Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo
Eletrônica de potência
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.
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Retificador de Onda Completa com CT com Filtro Capacitivo
Eletrônica de potência
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.
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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”.
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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.
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Eletrônica de potência
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.
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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.
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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.
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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).
Eletrônica de potência
Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle
Eletrônica de potência
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.
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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.
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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.
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Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.
Eletrônica de potência
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:
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Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL
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Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL
com Roda Livre
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Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte
Eletrônica de potência
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:
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte
com Carga RL
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica
Eletrônica de potência
Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica
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Retificad
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Retificad
Eletrônica de potência
Retificad
Eletrônica de potência
Retificad
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda
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Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 0º)
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Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 30º)
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 60º)
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 60º)
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 0º)
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 30º)
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 90º)
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Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa
Eletrônica de potência
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 90º)
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Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa (α = 30º)
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