Filtros e retificadores trifasicos_tres-pulsos

Prévia do material em texto

Eletrônica de Potência I
PROJETO DE FILTROS
RETIFICADORES NÃO CONTROLADOS TRIFÁSICOS:
Três pulsos
Prof. Breno Brito Miranda
Departamento de Engenharia Elétrica
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 A finalidade dos filtros é a de reduzir a variação, ou ondulação, na tensão 
de saída;
 A figura abaixo apresenta uma carga representada apenas pela 
resistência e o filtro pelo capacitor, o qual é parte do circuito retificador:
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 Supondo o capacitor inicialmente 
descarregado e o circuito 
energizado no instante 𝜔𝜔𝜔𝜔 = 0, os 
diodos 𝐷𝐷1 e 𝐷𝐷2 ficam polarizados 
diretamente;
 O capacitor é carregado pela fonte 
até 𝑉𝑉𝑚𝑚 em 𝜔𝜔𝜔𝜔 = 𝜋𝜋/2, momento em 
que 𝑖𝑖𝐶𝐶 = 0;
 Como a tensão da fonte diminui 
após esse ponto, o capacitor 
começa a fornecer uma corrente 
crescente para a carga, 
descarregando.
𝑖𝑖𝐶𝐶 𝑖𝑖𝑅𝑅
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 Em um ponto 𝜃𝜃 a tensão da fonte 
se torna menor que a tensão de 
saída, polarizando os diodos 𝐷𝐷1 e 
𝐷𝐷2 reversamente;
 Assim, a fonte é isolada da carga e 
o capacitor descarrega sobre a 
resistência;
 Desta forma a tensão da carga 
segue a tensão imposta pelo 
capacitor.
𝑖𝑖𝐶𝐶 𝑖𝑖𝑅𝑅
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 No próximo período, quando a 
tensão de saída se iguala à tensão 
da fonte em 𝜔𝜔𝜔𝜔 = 𝜋𝜋 + 𝛼𝛼, os diodos 
𝐷𝐷3 e 𝐷𝐷4 ficam polarizados 
diretamente, repetindo o processo;
 A ondulação da tensão de saída é 
chamado de Δ𝑉𝑉𝑜𝑜;
 Observe que a saída do retificador 
é a mesma da carga (curva em 
vermelho), logo a curva de tensão 
de dois pulsos de um retificador de 
onda completa sem filtro é utilizado 
aqui para fins de análise.
𝑖𝑖𝑅𝑅
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 A expressão da tensão de saída do retificador é dada por:
 Em circuitos práticos onde a constante RC tem um valor muito alto:
𝜃𝜃 ≈ 𝜋𝜋
2
 e 𝑣𝑣𝑜𝑜 𝜃𝜃 ≈ 𝑉𝑉𝑚𝑚
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 Além disso:
𝛼𝛼 ≈
𝜋𝜋
2
 
Obs: 𝜃𝜃 é medido desde 𝜔𝜔𝜔𝜔 = 0.
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
 Nestas condições, a tensão na saída (mínima) quando todos os diodos 
estão desligados pode ser aproximada por:
𝑣𝑣𝑜𝑜 𝜋𝜋 + 𝛼𝛼 ≈ 𝑉𝑉𝑚𝑚. 𝑒𝑒−
𝜋𝜋
𝜔𝜔.𝑅𝑅.𝐶𝐶𝐹𝐹
 A tensão de ondulação é definida por:
Δ𝑉𝑉𝑜𝑜 = 𝑉𝑉𝑚𝑚 − 𝑣𝑣𝑜𝑜 𝜋𝜋 + 𝛼𝛼 = 𝑉𝑉𝑚𝑚. 1 − 𝑒𝑒−
𝜋𝜋
𝜔𝜔.𝑅𝑅.𝐶𝐶𝐹𝐹
𝑒𝑒−
𝜋𝜋
𝜔𝜔.𝑅𝑅.𝐶𝐶𝐹𝐹 ≈ 1 − (
𝜋𝜋
𝜔𝜔.𝑅𝑅.𝐶𝐶𝐹𝐹
)
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
Conclusões:
 A tensão de ondulação na saída é reduzida pelo aumento no valor da 
capacitância do filtro C;
 Contudo, resulta em uma corrente de pico de valor mais alto sobre os 
diodos;
 A tensão de ondulação na saída do retificador de onda completa é 
aproximadamente a metade da tensão de ondulação do retificador de 
meia onda.
Δ𝑉𝑉𝑜𝑜 =
𝑉𝑉𝑚𝑚.𝜋𝜋
𝜔𝜔.𝑅𝑅.𝐶𝐶𝐹𝐹
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
 O filtro LC produz uma saída próxima de uma tensão puramente CC;
 O capacitor mantém a tensão de saída em um nível constante e o indutor 
amortece a corrente do retificador e reduz substancialmente a corrente de 
pico nos diodos.
 O circuito pode funcionar com o indutor no modo contínuo ou descontínuo 
de corrente dependendo dos parâmetros RL;
 A tensão de saída na carga pode variar de 0,636𝑉𝑉𝑚𝑚 até 1,0𝑉𝑉𝑚𝑚;
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Sintonia entre os 
valores de L e C 
com filtragem de 
harmônicas (filtro 
passa-baixa)
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Caso a frequência de corte 
seja alta, o filtro permitirá a 
passagem das harmônicas e 
a tensão de saída ficará 
oscilatória.
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
 Para que a corrente no indutor esteja sempre no modo contínuo, a 
amplitude do termo CA deve ser menor que o termo CC, desta forma:
3.𝜔𝜔𝑜𝑜. 𝐿𝐿 
𝑅𝑅
> 1
𝐿𝐿 >
𝑅𝑅
3.𝜔𝜔0
𝜔𝜔𝑜𝑜 = frequência angular da fonte de alimentação CA.
𝐶𝐶 =
1
4𝜋𝜋2.𝑓𝑓𝑐𝑐2. 𝐿𝐿
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Exemplo 1:
Para um retificador monofásico de onda completa com uma fonte CA 
240/60 Hz e uma resistência 𝑅𝑅 = 15 𝛺𝛺. Projete:
a) Um filtro capacitivo para garantir um ripple de tensão de 1%;
b) Um filtro LC garantindo que o indutor opere no modo contínuo de corrente;
c) Um filtro LC de modo que a tensão de saída seja contínua com amplitude igual a 
80% do valor de pico da fonte de alimentação CA.
Resposta: a) C = 208,3 mF; b) L > 3,53 mH e C = 44 mF; c) L = 742,7 uH e C = 236,8 mF
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Letra b): Para 𝑓𝑓𝑐𝑐 = 12 𝐻𝐻𝐻𝐻 → 𝐿𝐿 ≈ 4 𝑚𝑚𝐻𝐻; 𝐶𝐶 = 44 𝑚𝑚𝑚𝑚;
Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
Letra c): Para 3𝜔𝜔0𝐿𝐿
𝑅𝑅
≈ 0,21 e 𝑓𝑓𝑐𝑐 = 12 𝐻𝐻𝐻𝐻 → 𝐿𝐿 = 742 𝜇𝜇𝐻𝐻; 𝐶𝐶 = 236 𝑚𝑚𝑚𝑚;
Retificador trifásico não controlado: três pulsos
 Propiciam saída CC com menor ondulação, quando comparados aos 
retificadores monofásicos, facilitando a filtragem na saída;
 Logo, a redução nas dimensões dos componentes de filtragem representa 
uma redução no custo de montagem;
 Em aplicações de alta potência, a maior eficiência dos modelos trifásicos 
é determinante;
 Vantagens:
 Tensão de saída maior para um determinado valor de entrada;
 Menor amplitude de oscilação;
 Maior eficiência total.
 Em aplicações industriais comuns, utilizam três, seis ou doze diodos. O 
uso de mais diodos permite melhor distribuição da carga e o uso de 
dispositivos com valores nominais mais baixos.
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
 Cada diodo está conectado a um terminal de saída da fonte trifásica;
 Para a operação do circuito, a fonte precisa estar conectada em estrela.
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Tensões 
de fase
Tensão de 
referência
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Tensões 
de linha
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Somente um diodo 
permanece ligado 
enquanto a tensão 
de fase for maior 
que as outras.
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Correntes 
iguais
𝒗𝒗𝑫𝑫𝑫𝑫 = 𝒗𝒗𝒂𝒂𝒂𝒂
Forma 
de onda 
de 𝒗𝒗𝒂𝒂𝒂𝒂
Diodo 𝑫𝑫𝑫𝑫 
inversamente 
polarizado
A tensão de saída 𝒗𝒗𝒐𝒐 se 
repete três vezes durante um 
período das tensões da fonte 
CA trifásica. 
Forma 
de onda 
de 𝒗𝒗𝒂𝒂𝒄𝒄
𝒗𝒗𝑫𝑫𝑫𝑫 = 𝒗𝒗𝒂𝒂𝒄𝒄
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
𝒇𝒇𝒗𝒗𝒐𝒐 = 𝟑𝟑.𝒇𝒇𝟑𝟑𝟑𝟑
𝑻𝑻 =
𝟐𝟐𝟐𝟐
𝟑𝟑
𝑽𝑽𝒎𝒎(𝑭𝑭𝑭𝑭) = 𝑽𝑽𝒎𝒎 𝑭𝑭𝑭𝑭
𝟑𝟑
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
Referências
HART, Daniel W., Eletrônica de Potência: Análise e Projetos de Circuitos. 
Porto Alegre: AMGH, 2012.
Danillo Borges Rodrigues. Eletrônica de Potência I: Materiais e notas de aula. 
UFTM.
	Número do slide 1
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtrocapacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro capacitivo
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador monofásico de onda completa: filtro LC
	Retificador trifásico não controlado: três pulsos
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Número do slide 29
	Número do slide 30
	Número do slide 31
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Retificador trifásico de três pulsos – Carga R
	Referências