Eletrônica de Potência: Conversores CA/CC e Retificadores

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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. 
 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa com CT 
 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa com CT 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa com CT 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa em Ponte 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa em Ponte 
 
 
 
Eletrônica de potência 
Retificador de Onda Completa em Ponte 
Eletrônica de potência 
 
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) 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 no diodo. 
 
Eletrônica de potência 
 
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. 
 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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”. 
 
Eletrônica de potência 
 
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 empregodo neutro do sistema de alimentação. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
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. 
 
Eletrônica de potência 
 
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. 
 
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. 
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: 
 
 
Eletrônica de potência 
Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL 
 
Eletrônica de potência 
Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL 
com Roda Livre 
 
Eletrônica de potência 
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 
Eletrônica de potência 
Retificad 
Eletrônica de potência 
Retificad 
Eletrônica de potência 
Retificad 
Eletrônica de potência 
Retificad 
Eletrônica de potência 
 Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda 
Eletrônica de potência 
Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 0º) 
Eletrônica de potência 
 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) 
Eletrônica de potência 
Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa 
Eletrônica de potência 
Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 90º) 
Eletrônica de potência 
Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa (α = 30º) 
Eletrônica de potência