Pontifícia Universidade Católica do RS

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Faculdade de Engenharia
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA 1: RETIFICADOR MONOFÁSICO MEIA ONDA A DIODO
OBJETIVO:
Verificar quantitativa e qualitativamente o comportamento dos Retificadores Monofásicos de
Meia Onda a diodo.
ESTUDO TEÓRICO
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 -Retificador 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 RL.
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.
Resumo 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 R.
As formas de ondas relativas à estrutura em questão estão representadas na figura 2:
Figura 2 - Formas de onda relativas à fig 1.
A tensão média na carga é calculada pela expressão:
VLmed =
1
2π
π
∫
2 V 0 sen(ωt ) d (ωt )
0
= 0 , 45 V
V Lmed
2 V
2π
V Lmed =
0
[− cos( ω t ) ]
π
0
=
2 V
0
π
0
A corrente média na carga é obtida pela expressão:
ILmed
π
1
=
2π
I Lmed =
2 V0
sen(ωt ) d (ωt )
R
∫
0
VLmed
R
ILmed
ILmed
⎡ 1
⎢
⎣ 2π
0,45V 0
=
R
1
=
R
π
∫
0
⎤
2 V 0. sen( ω t ) d (ω t ) ⎥
⎦
A corrente de pico no diodo, igual à corrente de pico na carga é dada pela expressão:
2 Vo
R
I Lmed =
A tensão de pico inversa no diodo é dada pela expressão:
VDp = 2 V 0
Para o dimensionamento correto do diodo também é importante conhecer o valor eficaz da
corrente que circula pelo semicondutor, assim:
ILef =
1
2π
π
∫
0
⎛
⎞
2
⎜ 2 V0⎟2
sen
(ωt ) d (ωt )
⎜ R ⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
V0
2
ILef =
π R
π
2 ∫0
2
sen (ω t ) d (ω t )
CARGA RL
A estrutura do retificador monofásico de meia onda alimentado uma carga RL está
representada na figura 3:
Figura 3 - Retificador monofásico de meia onda alimentando carga RL
As formas de onda relativas à carga RL estão representadas na figura 4.
Devido à presença da indutância, o diodo não se bloqueia quando ωt=π. O bloqueio ocorre
no ângulo β, que é superior a π. Enquanto a corrente de carga não se anula, o diodo se
mantém em condução e a tensão de carga, para ângulos superiores a π, torna-se
instantaneamente negativa.
A corrente de carga é obtida pela solução da equação diferencial:
2 V 0 sen(ωt ) = L
diL (ωt )
+ RiL (ωt )
dt
Figura 4 - Formas de onda relativas à fig 3.
A solução da equação diferencial é representada pela expressão:
iL (ωt ) =
−t τ
2 V0
sen (ωt − φ ) − I 1(0) e
2
2
R +X
Onde:
φ = arctg
X
L
; X = ωL; τ =
R
R
A corrente da carga é composta de duas componentes distintas, representadas pelas
expressões:
2 V0
i1(ωt ) =
2
R +X
i 2(ωt ) = − I 1(0) e
sen(ωt − φ )
2
− t /τ
As duas componentes estão representadas graficamente na figura 5.
Para ωt=0, tem-se iL (ωt) =0. Assim:
2 V0
i1(0) =
2
R +X
sen(−φ )
2
Portanto:
iL (ωt ) =
2 V0
2
R +X
2
− t /τ ⎤
⎡
⎥
⎢sen(ωt − φ ) − sen(−φ ) e
⎦
⎣
Figura 5 - Corrente de carga relativa à fig 3.
A componente i2(ωt) representa a parcela transitória da corrente; a componente i1(ωt)
representa a resposta em regime permanente da carga RL 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(ωt) =0 quando ωt= β.
Carga RL com Diodo de Roda-Livre
Para evitar que a tensão de carga torne-se instantaneamente negativa devido à presença da
indutância, emprega-se o diodo de roda-livre (DRL). A estrutura adquire assim a forma
apresentada na figura 6:
Figura 6 - Retificador de meia onda com diodo de Roda-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.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
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;
- Osciloscópio e duas ponteiras atenuadas de 10 vezes.
Material utilizado para medição.
- Kit de transformadores;
- Kit retificador não controlado;
- Banco de cargas.
Roteiro da experiência.
Montar o circuito apresentado na figura anterior;
1a) 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.
2a) Verificar se as tensões e correntes indicadas nos instrumentos estão de acordo com os
valores esperados;
3a) Verificar com osciloscópio as seguintes formas de ondas:
- Tensão no secundário do transformador;
- Tensão na carga;
- Tensão nos terminais do diodo;
- Corrente sobre o diodo.
4a) Através das leituras dos instrumentos, verificar a validade das expressões teóricas.
b) Alimentação com carga RL
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 RL.
Associar, no banco de cargas, os indutores em série com as resistências.
O circuito a ser montado está representado na figura 10.
Figura 10- Esquema do circuito experimental com diodo roda-livre.
Proceder da mesma forma como descrito para o item “a”.
Verificar a forma de onda no diodo de circulação (DRL).
Montar o circuito apresentado na figura 10.
1a) 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;
2a) Simular no programa ORCAD9.1 todas as formas de onda obtidas nas etapas anteriores.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 - Barbi, Ivo. Eletrônica de Potência. Florianopolis: 1997
2 - Software ORCAD versão 9.0.