Circuitos Retificadores de Eletrônica de Potência

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Engenharia Elétrica
Aula 3: 
Circuitos Fundamentais
da Eletrônica de Potência (Continuação)
Professor Igor Oliveira
NÃO CRIE CAIXAS DE TEXTOS ALÉM DAS DISPONÍVEIS NO SLIDE.
Utilizar imagens livres de direitos autorais e sem marca d’agua. Nesta lista, temos alguns bancos de imagem livre: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1XaeRj8bJCiH-7Ee7nfHiJkf4KX6Avccy/edit#gid=2091753662
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O exemplo anterior também serve para o “nome do professor”, nesse caso, usando o tamanho 12 da fonte.
2
Circuitos Retificadores
Monofásicos
Não controlados
Meia – onda
Onda completa
Tap central
Em ponte de diodos
Controlados
Meia-onda
Onda completa
Tap Central
Em ponte
Unidade 2
Eletrônica de Potência
Trifásicos
Não controlados
3 Pulsos
6 Pulsos
12 pulsos
Controlados
3 Pulsos
6 Pulsos
12 pulsos
*Todos podem alimentar uma carga R, RL ou RC
Unidade 2
Eletrônica de Potência
4
Circuitos Retificadores
Não controlados
Monofásicos
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
NÃO CRIE CAIXAS DE TEXTOS ALÉM DAS DISPONÍVEIS NO SLIDE E NÃO ALTERE O TAMANHO DAS MESMAS.
O design/layout que estão no template são apenas exemplos de slides para utilizar, como uma padronização. O Material é totalmente adaptável ao uso em relação ao conteúdo, à quantidade, disposição, aplicação ou não de todos os exemplos de disposições de texto/imagem. Dica: ao invés de usar textos grandes, recomenda-se o uso de tópicos. 
Ao editar o texto, não altere o tamanho da fonte, pois a mesma precisa seguir o padrão do edit, sendo tamanho 28 para o número da unidade, 24 para o título da disciplina e 16 a 24 para o texto. Em casos de escritas maiores, selecione o texto e diminua de forma que fique equilibrado com o layout. Uma dica é clicar no segundo “A” ao lado do tamanho da fonte.
4
		Meia Onda	Onda Completa
CenterTap	Onda Completa em Ponte
	Tensão média			
	Tensão negativa na carga	Sim (exceto com diodo de roda livre)	Não	Não
	Nº de diodos	1	2	4
	Necessita de Trafo	Não	Sim	Não
	Cc no secundário do Trafo	Sim	Não	Não
	PIV no diodo			
	TUF (carga R)	0,28	0,57	0,81
Retificadores Monofásicos Não controlados 
Tabela Resumo
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Exemplo numérico
Retificador monofásico onda completa
 
 
 
 Diodos ideais
Calcular:
A corrente média na carga RL 
Estime o valor da ondulação pico-a-pico da corrente na carga baseado na série de Fourier.
Determine a Potência absorvida pela carga
(Considere apenas as ordens 2 e 4);
Calcule o Fator de potência
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Exemplo numérico (Solução)
 
 A tensão média na carga é dada por:
A corrente média será
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
 
b) 	 
O valor pico-a-pico será de aproximadamente:
Exemplo numérico (Solução)
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
 
c) Podemos calcular a potência ativa considerando o valor RMS da corrente na carga:
A potência ativa é dissipada apenas na componente resistiva. Logo:
Exemplo numérico (Solução)
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
 
d) O fator de potência é a relação entre a potência Ativa e a potência aparente:
Exemplo numérico (Solução)
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Distorção harmônica total (THD)
Retificador Onda Completa RL
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Distorção harmônica total (THD)
Retificador Meia Onda RL
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
 
 
valor RMS apenas da ondulação!!
Desconsidera-se o valor médio
Exemplo numérico (Solução)
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Distorção harmônica total (THD)
É a razão entre o valor eficaz (RMS) do conteúdo harmônico pelo valor eficaz da componente fundamental, cujo valor é expresso em percentual. Se refere ao fator de distorção em relação a uma senóide.
Considerando uma função periódica , esta pode ser expressa por uma série de Fourier. Uma série formada por senos e cossenos é chamada de série trigonométrica:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Distorção harmônica total (THD)
 e 
E a THD é dada por:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Fator de Potência e o THD
O fator de potência entre duas funções periódicas de mesmo período e é definido como a razão entre a potência ativa (em Watts) e a potência aparente (em VA):
E também pode ser expresso por:
Onde é o fator de deslocamento e é o fator harmônico.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Fator de Potência e o THD
Fator de deslocamento é definido como o cosseno do ângulo entre a componente fundamental da tensão e o ângulo da componente fundamental da corrente :
Fator harmônico é determinado a partir da THD:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
Retificadores trifásicos são comumente usados na indústria para produzir uma tensão e corrente cc para uma carga de alta potência. Quando os comparamos aos monofásicos, destacam-se:
1) Tensão de saída mais alta para uma determinada tensão de entrada;
2) Amplitude mais baixa de ondulação
3) Frequência de ondulação mais alta (facilita filtragem)
4) Eficiência total maior.
São divididos em:
 Retificador de 3 pulsos
 Retificador de 6 pulsos
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
3 Pulsos
3 Retificadores de meia onda
Secundário do 
Transformador (Y)
Primário do 
Transformador (Δ)
R
S
T
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
3 Pulsos
T=1/f
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
3 Pulsos
Onde n é o numero de pulsos (3)
Sendo o valor de pico da tensão de fase.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
3 Pulsos
	Período	Diodo Ligado	Diodos desligados	Tensões no diodo			
							
	0 a 30°		 e 			0	
	30 a 150°		 e 	0			
	150° a 270°		 e 		0		
	270° a 390°		 e 			0	
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
3 Pulsos 
Tensão reversa no diodo D1
Exemplo:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
6 Pulsos
Diodos em série estão conduzindo...
Cada diodo conduz por 120°, ou seja, um terço de cada ciclo.
Um dos diodos é “ímpar” e 
outro é “par”.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
6 Pulsos
O valor médio da tensão na carga:
Onde é a tensão de linha entre as fases A e B.
Valor médio da corrente na carga:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Trifásicos
6 Pulsos
A frequência de ondulação é 6 vezes maior,
O valor Médio da corrente no diodo será:
A tensão de pico inversa para o diodo:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Para obter tensões de saída controladas, são utilizados Tiristores com controle de fase no lugar de diodos.
A tensão de saída dos retificadores é controlada variando-se o ângulo de atraso (disparo) dos Tiristores.
Um tiristor geralmente é disparado pela aplicação de um pulso de curta duração em seu gate e desligado “de forma natural” pela rede.
SCR
SCR
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Modelo do SCR
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Curva do SCR
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Em Ponte com Carga Resistiva
A forma de onda da tensão de saída é mostrada ao lado.
O valor médioda tensão é determinado por:
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Em Ponte com Carga Resistiva
Os SCRs são controlados e disparados aos pares com um ângulo de retardo de ;
O valor médio da corrente na carga é
O valor RMS da corrente na carga é
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Os circuitos de disparo devem fornecer um sinal adequado e no tempo correto para o bom funcionamento dos Tiristores;
– Amplificar o sinal do circuito de controle.
– Isolar as etapas de controle e de potencia.
– Fornecer a corrente necessária para disparo do SCR.
(disparo dos tiritares e determinado por corrente e não tensão)
– Impedir tensões negativas na junção gate-catodo do SCR
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Os circuitos de disparo, geralmente pulsados, podem produzir um pulso ou um trem de pulsos;
Isso reduz a dissipação de potência no gate;
O isolamento reduz a possibilidade do SCR ser disparado por ruídos ou transitórios;
Os circuitos de controle de sinais pulsados podem ser feitos com osciladores de relaxação, com os transistores de unijunção (UJT), com DIAC’s ou ainda com circuitos integrados dedicados como o TCA785.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Oscilador de Relaxação com UJT
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Circuito de Comando com Dente de Serra
– Utilizados para controle de disparo de tiristores.
– Ajuste preciso do angulo de disparo.
– Necessidade de sincronismo com a rede eletrica.
– Uso de onda de referencia dente de serra.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
Sincronismo e geração do dente de serra 
Comparador
Oscilador. Gera o trem de pulsos 
4) Porta lógica “E”
5) Amplificação, isolamento e disparo
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
 Sincronismo com a rede.
– O TCA785 possui um detector de zero interno para sincronismo com a rede.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
 Gerador de Onda Triangular
– O TCA785 possui uma fonte de corrente para geração do sinal de rampa.
O resistor RR controla a corrente I da fonte.
, onde é uma tensão de referência interna, de 3.1 V, gerada pelo CI.
O capacitor controla a taxa de subida da rampa.
 deve estar entre 3 kΩ e 300 kΩ.
 deve estar entre 500 pF e 1 μF.
A máxima tensão possível no pino 10 será 2 V
abaixo da tensão de alimentação.
O circuito de sincronismo interno descarrega o capacitor quando a tensão da rede cruza por 0 V.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
 Circuito comparador
– O TCA785 possui um comparador interno de tensão
O pulso de gatilho é gerado quando a tensão de controle injetada for maior que a tensão do sinal dente de serra gerado
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
 Saídas defasadas.
– O TCA785 possui duas saídas. Uma (Q2) é disparada no semiciclo positivo e outra (Q1) no negativo. – A duração do pulso de gatilho pode ser controlada por um capacitor ligado ao pino 12. Para ligação em curto, o pulso tem duração máxima.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. TCA 785
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
Circuitos de Disparo do Tiristor
Controle pelo C.I. 
TCA 785
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
EXEMPLO NUMÉRICO
Um retificador controlado em ponte tem uma entrada AC de 120 V (RMS), 60 Hz alimentando uma carga de 20 . O ângulo de atraso é de 40°. Determine a corrente média na carga, a potência absorvida pela carga e a potência aparente (S) fornecida pela fonte.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
EXEMPLO NUMÉRICO Solução (1)
Um retificador controlado em ponte tem uma entrada AC de 120 V (RMS), 60 Hz alimentando uma carga de 20 . O ângulo de atraso é de 40°. Determine a corrente média na carga, a potência absorvida pela carga e a potência aparente (S) fornecida pela fonte.
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
EXEMPLO NUMÉRICO Solução (2)
Um retificador controlado em ponte tem uma entrada AC de 120 V (RMS), 60 Hz alimentando uma carga de 20 . O ângulo de atraso é de 40°. Determine a corrente média na carga, a potência absorvida pela carga e a potência aparente (S) fornecida pela fonte.
O fator de potência pode ser encontrado por:
40° em radianos
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Retificadores Controlados
EXEMPLO NUMÉRICO Solução (3)
Unidade 2
Eletrônica de Potência
‹nº›
Aula 3
Eletrônica de Potência