Atividade Extra-Classe 3 e 4 - Allan Machado

Prévia do material em texto

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais 
Curso de Engenharia Elétrica 
Eletrônica de Potência 
 
Atividade Extra-Classe 3 - Estudo de Conceitos e Problema 
Atividade Extra-Classe 4 - RETIFICADORES E INVERSORES CONTROLADOS 
A FREQUÊNCIA DA REDE 
 
Allan Vinícius Pereira Machado - 201619100355 
 
1- Leia as seções 5.1 a 5.9 da referência [1] e faça um mapa de memória. 
 
5-1 Introdução aos Retificadores 
Objetivo dos Retificadores: Converter corrente alternada (CA) em corrente contínua 
(CC), ajustando as características da tensão e corrente para atender às 
necessidades da carga. 
Estrutura dos Sistemas de Retificação: 
● Entrada: Fornecida pela rede elétrica (CA), com características como tensão 
e frequência variáveis. 
● Controle: Determina a forma da saída por meio do ajuste da comutação e do 
controle dos dispositivos semicondutores. 
● Saída: Consiste em corrente contínua (CC) com características variáveis de 
tensão e corrente. 
● Controle da Saída: Adaptado à demanda da carga, garantindo a estabilização 
da tensão e da corrente. 
● Feedback: O processo de feedback compara a saída com a referência 
desejada, ajustando o sistema para minimizar o erro. 
● Avanços Tecnológicos: Melhoria contínua dos semicondutores e circuitos 
integrados, possibilitando retificadores mais eficientes e compactos. 
5-2 Tipos de Retificadores 
 
Retificadores Monofásicos: 
● Utilizam uma única fase da rede elétrica para gerar corrente contínua. 
● Vantagens: Simples e barato para sistemas de baixa potência. 
● Desvantagens: Maior distorção harmônica e fator de potência baixo, o que 
pode resultar em perda de eficiência. 
Retificadores Trifásicos: 
● Usam três fases de energia para proporcionar uma conversão mais eficiente. 
● Vantagens: Menor distorção nas formas de onda de corrente e maior 
eficiência de conversão. 
● Desvantagens: Mais complexos e custosos devido à necessidade de 
componentes adicionais. 
5-3 Funcionamento dos Retificadores 
Retificadores Monofásicos: 
● A conversão de energia ocorre com a comutação de diodos, resultando em 
uma forma de onda de corrente contínua com ondulação. 
● As formas de onda de tensão e corrente são mais distorcidas, o que leva a 
um fator de potência ruim. 
Retificadores Trifásicos: 
● Funcionam de maneira similar, mas com a vantagem de usar três fases, o 
que resulta em uma onda de corrente mais suave e uma tensão de saída 
mais estável. 
● O controle da corrente de entrada e a regulação da tensão são mais 
eficientes, proporcionando uma melhor performance em sistemas maiores. 
5-4 Desafios e Soluções 
Harmônicas e Baixo Fator de Potência: 
 
● Retificadores introduzem harmônicas na rede elétrica, que afetam a 
qualidade da energia e podem causar problemas em outros dispositivos 
conectados ao mesmo sistema. 
● Para mitigar os efeitos, são usados filtros para reduzir as distorções e 
melhorar o fator de potência. 
Sobretensões e Correntes de Partida: 
● Ao iniciar o funcionamento, os retificadores podem gerar sobretensões e 
correntes de partida altas, o que pode danificar os componentes. 
● Soluções: A utilização de resistores limitadores de corrente e circuitos de 
proteção como tiristores ajuda a suavizar o processo de partida. 
5-5 Comparação entre Retificadores Monofásicos e Trifásicos 
Monofásicos: 
● Menor custo inicial, porém com maior distorção harmônica e menor eficiência. 
● São mais adequados para cargas pequenas e simples, mas não 
recomendados para sistemas com alta demanda de energia. 
Trifásicos: 
● Mais caros, mas oferecem uma conversão de energia mais estável e 
eficiente. 
● Recomendados para sistemas industriais ou para aplicações que exigem alta 
potência e baixa distorção. 
5-6 Retificadores Trifásicos de Ponte Completa: Análise de Funcionamento, 
Parâmetros de Desempenho e Simulação Prática 
Objetivo dos Retificadores Trifásicos: Converter a energia de corrente alternada 
(CA) trifásica em corrente contínua (CC), mantendo alta eficiência e controlando as 
ondulações da corrente. 
Estrutura do Sistema de Retificação: 
 
Entrada: Fornecida por uma rede elétrica trifásica, onde as tensões das três fases 
são combinadas para gerar uma saída contínua. Controle: A regulação da tensão e 
corrente de saída é realizada por dispositivos semicondutores, como diodos, que 
comutam em momentos específicos de acordo com a fase da rede. Saída: Produz 
corrente contínua com características como tensão média estável e baixa 
ondulação. Parâmetros de Desempenho: O retificador trifásico apresenta um fator 
de potência (PF) mais elevado e distorções harmônicas (THD) menores, o que 
resulta em maior eficiência comparado aos sistemas monofásicos. Simulação 
Prática: A análise de circuitos utilizando softwares como PSpice permite a 
verificação das formas de onda de tensão e corrente, ajustando os componentes, 
como o capacitor de filtro, para otimizar o desempenho. 
 
5-7 Comparação de Retificadores Monofásicos e Trifásicos 
Objetivo da Comparação: Avaliar as diferenças entre retificadores monofásicos e 
trifásicos para determinar qual solução é mais adequada em termos de eficiência, 
complexidade e custo. 
Retificadores Monofásicos: 
● Menor Custo Inicial: Ideal para aplicações de baixa potência. 
● Maior Distorção Harmônica: A corrente de entrada apresenta maior distorção, 
resultando em um fator de potência inferior e mais perdas no sistema. 
● Aplicações: Adequados para sistemas pequenos e menos exigentes em 
termos de eficiência. 
Retificadores Trifásicos: 
● Maior Eficiência: Menos distorção na forma de onda de corrente, 
proporcionando um fator de potência mais alto e uma conversão mais 
eficiente de energia. 
● Maior Complexidade e Custo: Exigem mais componentes, mas são 
recomendados para sistemas industriais e de alta potência. 
 
● Aplicações: Indicados para sistemas com alta demanda de energia, como 
indústrias e grandes instalações. 
 
 
5-8 Corrente de Entrada e Sobretensões na Ligação 
Objetivo da Análise: Compreender o comportamento dos retificadores durante a 
ativação, especialmente no que diz respeito às correntes de partida e às 
sobretensões geradas. 
Correntes de Partida e Sobretensões: 
● Problema: Quando a tensão CA é aplicada ao circuito, pode ocorrer uma 
corrente de partida elevada e sobretensões significativas, especialmente se o 
capacitor de filtro estiver descarregado. 
● Consequências: Sobretensões podem danificar componentes sensíveis da 
carga e causar falhas no sistema. 
● Soluções: A utilização de resistores limitadores de corrente e circuitos de 
proteção, como tiristores, ajuda a reduzir as sobretensões e as correntes de 
partida, garantindo uma ativação suave e protegendo os dispositivos 
eletrônicos. 
5-9 Preocupações e Soluções para Harmônicos e Baixo Fator de Potência 
Objetivo da Discussão: Analisar os problemas causados por harmônicas na corrente 
de linha e apresentar soluções para melhorar o fator de potência e reduzir as 
distorções. 
Harmônicas e Baixo Fator de Potência: 
● Problema: Os retificadores geram correntes harmônicas que distorcem a 
forma de onda da tensão CA, afetando a qualidade da energia e causando 
sobrecarga na fiação do circuito. Além disso, a presença de harmônicas pode 
gerar perdas adicionais no sistema e ressonâncias elétricas, aumentando o 
risco de sobretensões. 
 
● Soluções: Para mitigar os efeitos das harmônicas, filtros de harmônicas são 
frequentemente utilizados, ajudando a melhorar o fator de potência e reduzir 
a distorção na corrente de linha. Além disso, a adoção de técnicas de 
controle mais eficientes pode minimizar as perdas e otimizar o desempenho 
do sistema. 
2- Desenhe e explique os retificadores de meia onda a diodo e suas formas de 
onda de tensão e corrente com carga: 
(a) Resistiva, R; 
 
tensão na fonte 
 
tensão no carga já retificada 
 
 
 
tensão no diodo 
 
(b) Indutiva-Resistiva, RL;(c) Tipo Motor c.c., LE; 
 
 
 
3- Explique porque, em Regime Permanente, a tensão média em um indutor é 
nula. Use também, desenhos e equações. 
Em regime permanente, especialmente em circuitos onde a corrente é alternada e 
periódica, a tensão média em um indutor ao longo de um ciclo completo é nula. Isso 
acontece porque a corrente no indutor oscila de forma periódica, retornando ao 
mesmo valor após cada ciclo. 
 
1. Natureza da Corrente Periódica: Em um indutor, a corrente alterna de forma 
cíclica, aumentando e diminuindo ao longo do tempo de maneira repetitiva. 
Após um ciclo completo, a corrente volta ao mesmo valor inicial, sem 
variação líquida. 
2. Tensão no Indutor: A tensão no indutor está relacionada à taxa de variação 
da corrente. Quando a corrente aumenta, a tensão é positiva; quando a 
corrente diminui, a tensão é negativa. 
3. Média da Tensão ao Longo de um Ciclo: Ao longo de um ciclo completo, os 
períodos em que a tensão é positiva e negativa se compensam. Isso significa 
que a soma total das tensões positivas e negativas ao longo de um ciclo 
resulta em zero. 
4. Energia Armazenada: O indutor armazena energia na forma de um campo 
magnético quando a corrente flui através dele. Em regime permanente, a 
quantidade de energia armazenada no início e no fim de um ciclo é a mesma, 
indicando que não houve transferência líquida de energia para o circuito. 
Conclusão: Em um regime permanente e periódico, a tensão média em um indutor 
é nula porque, ao longo de um ciclo completo, as variações de tensão para cima e 
para baixo se anulam. Isso resulta em nenhuma transferência líquida de energia. 
Ainda, temos que: 
 
Isolando iL (t); 
 
 
 
 
Logo; 
 
 
4- Defina e explique o ângulo de comutação u. Obtenha uma expressão para 
seu cálculo. 
O ângulo de comutação uuu, também conhecido como ângulo de condução, é um 
parâmetro importante em circuitos retificadores controlados, como aqueles que 
utilizam tiristores (SCRs). Ele representa o intervalo angular durante o qual o tiristor 
permanece conduzindo corrente em um ciclo de alimentação AC. 
Quando um tiristor é usado em um circuito, ele começa a conduzir após receber um 
pulso de disparo (ou "gate pulse") em um determinado ponto do ciclo de tensão, 
definido pelo ângulo de disparo α\alphaα. O tiristor continua conduzindo até que a 
corrente que passa por ele caia abaixo de um valor mínimo necessário para 
mantê-lo ligado, que ocorre no próximo cruzamento por zero da corrente. 
O ângulo de condução uuu é, portanto, a diferença entre o ângulo em que o tiristor 
começa a conduzir e o ponto onde ele para de conduzir. Em circuitos retificadores, 
controlar esse ângulo permite regular a energia entregue à carga. 
Expressão para o Cálculo do Ângulo de Comutação 
Para um retificador de meia onda controlado: 
● O tiristor começa a conduzir a partir do ângulo de disparo α\alphaα. 
● Ele para de conduzir no próximo cruzamento por zero da corrente, que 
acontece em π radianos (ou 180 graus). 
Portanto, a expressão para o ângulo de comutação uuu é: 
 
u=π−α 
Essa fórmula mostra que o ângulo de condução uuu é inversamente proporcional ao 
ângulo de disparo α. Quanto maior α\alphaα, menor será o intervalo de condução do 
tiristor. 
 
 
5- Explique o termo grupo catodo comum e anodo comum e os correlacione 
com as polaridades da tensão na carga. 
O termo grupo cátodo comum refere-se a uma configuração em circuitos de 
retificação onde os cátodos de todos os dispositivos semicondutores, como diodos 
ou tiristores, estão conectados a um ponto comum. Esse ponto comum geralmente 
é ligado ao terminal negativo da carga ou ao terra, dependendo do circuito. Em uma 
configuração de cátodo comum, durante a condução, os dispositivos permitem que 
a corrente flua do ânodo para o cátodo, resultando em uma tensão positiva aplicada 
à carga. 
Por outro lado, o grupo ânodo comum descreve uma disposição onde os ânodos de 
todos os dispositivos semicondutores estão ligados a um ponto comum. Esse ponto 
comum frequentemente se conecta ao terminal positivo da carga ou a uma fonte de 
tensão. Nesta configuração, quando os dispositivos conduzem, a corrente flui do 
ânodo comum para os cátodos, aplicando uma tensão negativa à carga. 
A polaridade da tensão na carga, portanto, depende da configuração do circuito. No 
cátodo comum, a carga recebe uma tensão positiva durante a condução dos 
dispositivos, enquanto no ânodo comum, a carga recebe uma tensão negativa. Essa 
diferença de polaridade é crucial no design de circuitos retificadores, pois determina 
como a energia é fornecida à carga em cada configuração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6- Para um retificador monofásico a diodos, em ponte conectado à rede de 
tensão, com uma carga é equivalente a uma corrente c.c. e indutância de 
entrada nula, Ls = 0. Pede-se: 
(a) A consequência imediata da operação ideal e Ls = 0; 
Com Ls=0, não há indutância para suavizar as variações de corrente. Isso implica 
que a corrente alternada no circuito será pulsante e terá a mesma forma que a 
tensão retificada, o que pode causar altos picos de corrente e aumentar a distorção 
harmônica. Na operação ideal, os diodos conduzem sem queda de tensão 
significativa, permitindo a condução sempre que a tensão da fonte for positiva. 
(b) As condições que devem ser atendidas para fazer um diodo conduzir; 
Um diodo começará a conduzir quando a tensão anódica for maior que a tensão 
catódica (ou seja, quando a tensão direta aplicada ao diodo for positiva e exceder a 
tensão de condução mínima do diodo). 
(c) As condições para que o diodo pare de conduzir; 
O diodo para de conduzir quando a corrente que passa por ele se torna zero ou a 
tensão anódica é menor ou igual à tensão catódica, resultando em polarização 
reversa. 
(d) O desenho completo da topologia, incluindo fonte e carga; 
 
 
 
(e) A dedução da expressão para a tensão média na carga; 
A tensão na carga (Vd) é a forma retificada da tensão de entrada. Para uma onda 
senoidal de entrada vs(t) = Vp*sen(ωt), a tensão média na carga é: 
Vd = (2*Vp) / π 
Onde Vp é o valor de pico da tensão de entrada. 
(f) A dedução da expressão para o fator de potência de entrada; 
Onde Vp é o valor de pico da tensão de entrada. 
(f) Dedução da expressão para o fator de potência de entrada (FP): 
O fator de potência (FP) é definido como a razão entre a potência ativa (P) e a 
potência aparente (S): 
FP = P / S 
Para o retificador em ponte com Ls = 0, a corrente de entrada é uma onda 
quadrada. A potência ativa é dada por: 
 
P = Vrms*Irms1*cos(θ) 
Onde: 
● Vrms é o valor RMS da tensão de entrada. 
● Irms1 é o valor RMS da componente fundamental da corrente de entrada. 
● θ é o ângulo de fase entre a tensão e a corrente fundamental. 
Como a corrente fundamental está em fase com a tensão (θ = 0), cos(θ) = 1. 
A potência aparente é: 
S = Vrms*Irms 
Onde Irms é o valor RMS da corrente total de entrada. 
Portanto: 
FP = Irms1 / Irms 
(g) Esboce as formas de onda para Vd(t), is(t) e is1(t), e indique quais e 
quando os diodos estão conduzindo; 
 
 
 
 
vS> 0 → D1e D2conduzem (D3 e D4 bloqueados) 
 vS= √(Σ(Ih²/I1²)) para h = 3, 5, 7,... 
 
 
 
(j) Encontre o ângulo de fase entre is1(t) e vs(t). 
O ângulo de fase entre a componente fundamental da corrente de entrada e a 
tensão de entrada é zero (0°), pois a corrente fundamental está em fase com a 
tensão. 
(k) Para funções ímpares, os coeficientes de Fourier são dados para o h'ésimo 
harmônico como: Prove que o fator de potência FP para este retificador de 
diodo monofásico é 0,9. Por que a potência aparente é maior que a potência 
ativa, mesmo quando a corrente fundamental está em fase com a tensão da 
rede? 
O fator de potência para este retificador é de fato aproximadamente 0.9. A 
demonstração exata envolve a relação entre Irms e Irms1 que resulta desse valor. 
A potência aparente é maior que a potência ativa porque a corrente de entrada 
contém harmônicos. Apenas a componente fundamental da corrente contribui para a 
 
potência ativa. Os harmônicos contribuem para a corrente RMS total, aumentando a 
potência aparente, mas não transferem potência ativa para a carga. 
 
(l) Obtenha a expressão da potência ativa, P no lado c.c.; e P no lado c.a.. 
Lado cc: P = Vd*Id, onde Id é a corrente contínua na carga. 
Lado ca: P = Vrms*Irms1 (como θ=0). 
7- Discuta os efeitos da indutância de entrada não nula, Ls ≠ 0, de um o 
retificador de meia onda com corrente de carga constante. Qual e por que, 
adaptação deve ser feita para seu funcionamento? Apresente as formas de 
onda e deduza as expressões que descrevem o funcionamento do circuito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 - Repita a questão 6 para indutância de entrada não nula, Ls ≠ 0. Por que a 
comutação da corrente não é mais instantânea, por exemplo, do diodo D2 para 
o diodo D1? 
A principal diferença introduzida por uma indutância de entrada não nula (Ls ≠ 0) em 
um retificador em ponte é a comutação não instantânea dos diodos. Em vez de a 
corrente pular abruptamente de um par de diodos para outro, há um período de 
sobreposição durante o qual dois pares de diodos conduzem simultaneamente, 
suavizando a forma de onda da corrente de entrada. Isso ocorre porque a indutância 
se opõe a mudanças bruscas na corrente. 
 
 
 
 
 
9 - Discuta o funcionamento de um retificador monofásico a diodos, em ponte 
conectado à rede de tensão, com uma carga é equivalente a uma tensão c.c. e 
indutância de entrada não nula, Ls ≠ 0. Obtenha as expressões para id(), Id e 
os ângulos p, b e f . 
Vamos analisar o funcionamento de um retificador monofásico a diodos em ponte 
com indutância de entrada não nula (Ls ≠ 0) e uma carga equivalente a uma tensão 
CC (Vcc). Essa configuração é comum em aplicações onde se deseja alimentar uma 
carga com uma tensão CC relativamente constante, como em alguns tipos de 
conversores CC-CC. 
Funcionamento: 
A presença da indutância de entrada (Ls) tem um impacto significativo no 
comportamento do retificador. A principal diferença em relação ao caso ideal (Ls = 
0) é a comutação não instantânea dos diodos. A indutância impede mudanças 
abruptas na corrente, resultando em um período de sobreposição (overlap) durante 
o qual dois pares de diodos conduzem simultaneamente. 
Etapas do Funcionamento (considerando vs(θ) = Vp*sen(θ) e θ = ωt): 
1. 0as questões 6 e 8 para um conversor a diodos trifásico em ponte de 
Graetz. Explique porque esta topologia é denominada retificador de 6 pulsos. 
Característica Retificador Monofásico em 
Ponte Retificador Trifásico em Ponte (Graetz) 
Número de 
diodos 4 6 
Número de 
pulsos 2 6 
Tensão de 
saída média 
(Vd) 
(2*Vp)/π (3*√3*Vp)/π ou (3*√2*Vlinha)/π 
Frequência da 
ondulação 
2*f (dobro da frequência da 
rede) 6*f (seis vezes a frequência da rede) 
Corrente de 
entrada Onda quadrada (idealmente) Forma escalonada (mais próxima de uma 
senoide) 
Fator de 
potência ≈ 0.9 (idealmente) Maior que o monofásico (mais próximo de 1) 
Conteúdo 
harmônico Maior Menor 
12- Prove que para uma forma de onda não senoidal, seu valor eficaz é sempre 
maior que seu valor eficaz fundamental. 
Vamos provar que, para uma forma de onda não senoidal, seu valor eficaz (RMS) é 
sempre maior que o valor eficaz de sua componente fundamental. 
Conceitos Importantes: 
● Decomposição em Série de Fourier: Qualquer forma de onda periódica não 
senoidal pode ser decomposta em uma soma de senoides (senos e 
cossenos) com diferentes frequências e amplitudes. Essa decomposição é 
conhecida como Série de Fourier. 
 
● Componente Fundamental: A componente fundamental é a senoide com a 
mesma frequência da forma de onda original. 
 
● Harmônicos: As senoides com frequências múltiplas inteiras da frequência 
fundamental são chamadas de harmônicos. 
 
 
● Valor Eficaz (RMS): O valor eficaz de uma forma de onda é definido como a 
raiz quadrada da média do quadrado da forma de onda ao longo de um 
período. Matematicamente: 
 
 Vrms = sqrt((1/T) * ∫[v(t)]² dt) (integrado de 0 a T) 
 
 Onde: 
 
○ Vrms é o valor eficaz. 
○ T é o período da forma de onda. 
○ v(t) é a função que descreve a forma de onda. 
Prova: 
Vamos considerar uma forma de onda não senoidal v(t) que pode ser representada 
por sua série de Fourier: 
v(t) = V1*cos(ωt + φ1) + V2*cos(2ωt + φ2) + V3*cos(3ωt + φ3) + ... 
Onde: 
● V1 é a amplitude da componente fundamental. 
● ω é a frequência angular fundamental. 
● φ1 é a fase da componente fundamental. 
● V2, V3, ... são as amplitudes dos harmônicos. 
● φ2, φ3, ... são as fases dos harmônicos. 
O valor eficaz da forma de onda v(t) é dado por: 
Vrms² = (1/T) * ∫[v(t)]² dt 
Substituindo a série de Fourier na equação acima e expandindo o quadrado, 
obtemos: 
Vrms² = (1/T) * ∫[(V1*cos(ωt + φ1) + V2*cos(2ωt + φ2) + ... )²] dt 
Ao expandir o quadrado, teremos termos como: 
 
● [V1*cos(ωt + φ1)]² 
● [V2*cos(2ωt + φ2)]² 
● 2*V1*cos(ωt + φ1)*V2*cos(2ωt + φ2) 
● ... 
Ao integrar esses termos ao longo de um período (T), os termos cruzados (como 
2*V1*cos(ωt + φ1)*V2*cos(2ωt + φ2)) resultam em zero, devido à ortogonalidade 
das funções seno e cosseno. Os termos quadrados resultam em: 
(1/T) * ∫[Vk*cos(kωt + φk)]² dt = Vk²/2 
Portanto, a equação para Vrms² se simplifica para: 
Vrms² = V1²/2 + V2²/2 + V3²/2 + ... 
O valor eficaz da componente fundamental (Vrms1) é: 
Vrms1 = V1/√2 
ou 
Vrms1²= V1²/2 
Comparando Vrms² com Vrms1², vemos que: 
Vrms² = Vrms1² + V2²/2 + V3²/2 + ... 
Como V2², V3², ... são sempre positivos (ou zero, se não houver o harmônico 
correspondente), concluímos que: 
Vrms² ≥ Vrms1² 
e, consequentemente: 
Vrms ≥ Vrms1 
Conclusão: 
A equação acima demonstra que o quadrado do valor eficaz da forma de onda não 
senoidal (Vrms²) é igual ao quadrado do valor eficaz da componente fundamental 
 
(Vrms1²) mais a soma dos quadrados dos valores eficazes de todos os harmônicos. 
Como a soma dos quadrados dos harmônicos é sempre um valor positivo (ou zero), 
o valor eficaz da forma de onda não senoidal é sempre maior ou igual ao valor 
eficaz de sua componente fundamental. O sinal de igualdade só se aplica quando 
não há harmônicos presentes, ou seja, quando a forma de onda é puramente 
senoidal. Em qualquer outro caso, Vrms é estritamente maior que Vrms1. 
13- Liste as vantagens de um retificador trifásico em comparação com um 
retificador monofásico? 
Resumidamente, as vantagens de um retificador trifásico sobre um monofásico são: 
● Maior tensão e potência de saída. 
● Menor ondulação na tensão de saída (saída mais "suave"). 
● Maior frequência de ondulação (facilita a filtragem). 
● Melhor fator de potência (maior eficiência). 
● Menor conteúdo harmônico na corrente de entrada (menos interferência). 
Isso os torna mais adequados para aplicações de média e alta potência, como em 
indústrias e acionamentos de motores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade Extra-Classe 4 - RETIFICADORES E INVERSORES CONTROLADOS 
A FREQUÊNCIA DA REDE 
1- Leia as seções 6.1 a 6.5 da referência [1] e faça um mapa de memória. 
6. Princípios dos Conversores Monofásicos Controlados por Fase 
6.1 Princípio Básico de Funcionamento 
● 6.1.1 Controle de Fase: 
○ O controle de fase é a técnica fundamental empregada nesses 
conversores para regular a potência entregue à carga. 
○ Consiste em controlar o instante em que os tiristores são disparados, 
ou seja, quando eles começam a conduzir corrente. 
○ Este instante é determinado pelo ângulo de disparo (α), medido a partir 
do cruzamento por zero da tensão CA de entrada. 
○ Ao variar o ângulo α, modifica-se a forma de onda da tensão aplicada 
à carga, e consequentemente, a tensão média (Vd) e a potência 
entregue. 
○ Um pequeno ângulo de disparo (α próximo de 0°) significa que o tiristor 
é disparado logo após o início do semiciclo positivo, resultando em 
uma maior tensão média na carga e maior potência. 
○ Um grande ângulo de disparo (α próximo de 90° para retificação e 
entre 90° e 180° para inversão) significa que o tiristor é disparado mais 
tarde, resultando em uma menor tensão média e menor potência. 
6.2 Modos de Operação 
● 6.2.1 Modo Retificador (0°representa o intervalo de tempo durante o 
qual a corrente é transferida de um tiristor para outro. μ é diretamente 
proporcional a Ls e à corrente de carga Id. 
 
○ A equação que considera o efeito de Ls na tensão média na carga é: 
Vd ≈ 0,9Vs * cos(α) - (2ωLsId / π), onde Vs é a tensão RMS da fonte 
CA e ω é a sua frequência angular. Esta equação mostra que a 
presença de Ls reduz a tensão média na carga em relação ao caso 
ideal (Ls = 0). 
● 6.3.2 Condução Descontínua: 
○ A condução descontínua ocorre quando a corrente na carga (Id) atinge 
zero durante uma parte do ciclo da tensão CA. Isso significa que a 
corrente não flui continuamente pela carga. 
○ A condução descontínua é mais provável de ocorrer em cargas com 
baixa corrente nominal, com ângulos de disparo altos (próximos de 90° 
no modo retificador e maiores que 90° no modo inversor) ou quando a 
carga apresenta uma grande componente resistiva e pouca indutância. 
○ Quando o conversor opera em condução descontínua, as equações 
simplificadas derivadas para o caso de condução contínua não são 
mais válidas, tornando a análise do circuito mais complexa. 
○ A forma de onda da corrente na carga se torna descontínua, com 
intervalos de tempo onde a corrente é zero. Isso afeta a tensão média 
na carga e aumenta o conteúdo harmônico na corrente de entrada, 
prejudicando o fator de potência. 
6.4 Conversores Trifásicos Controlados por Fase 
Esta seção detalha o funcionamento, as características e os efeitos não ideais dos 
conversores trifásicos controlados por fase, que são usados para controlar a 
transferência de energia entre uma fonte CA trifásica e uma carga CC. 
● 6.4.1-6.4.9: Fundamentos e Operação Idealizada (Ls = 0): 
 
○ Princípio Básico: O controle do ângulo de disparo (α) dos tiristores 
regula a tensão CC de saída (Vd). α representa o atraso no disparo 
dos tiristores em relação ao ponto de cruzamento zero da tensão CA. 
○ Modos de Operação: 
 
■ Retificação (αTensão e corrente positivas. A energia flui da 
fonte CA para a carga CC. 
● 4º Quadrante (Inversão): Tensão negativa e corrente positiva. A energia flui 
da carga CC para a fonte CA. Isso requer uma fonte de tensão CC na carga 
(como uma bateria). 
● 3- Desenhe e explique os retificadores de meia onda a tiristor e suas 
formas de onda operando com carga: (a) Resistiva, R; (b) 
Indutiva-Resistiva, RL; (c) Tipo Motor c.c., LE; 
● Circuito: Um tiristor em série com a carga e a fonte CA. 
● Formas de Onda: 
○ (a) Carga Resistiva (R): A tensão na carga segue a tensão da fonte CA 
durante o período de condução do tiristor (após o disparo). A corrente 
tem o mesmo formato da tensão. 
 
 
○ (b) Carga Indutiva-Resistiva (RL): A corrente continua a fluir após a 
tensão da fonte passar por zero, devido à energia armazenada no 
indutor. A corrente tem um formato mais suave. 
 
○ (c) Carga Tipo Motor CC (LE): Semelhante à carga RL, mas a tensão 
na carga nunca fica negativa, pois a fonte E impede isso. 
 
4- Desenhe e explique o diagrama de blocos do circuito de comando/disparo e 
suas formas de onda para os retificadores e inversores controlados a 
tiristores. 
 
Função: Gerar pulsos para acionar tiristores no momento certo, controlando a 
potência na carga. 
Blocos Principais: 
 
1. Sincronismo: Detecta cruzamentos por zero da tensão CA. 
2. Geração de Sinal (Rampa/Dente de Serra): Sinal que varia com o tempo. 
3. Atraso (Controle α): Atraso do pulso em relação ao cruzamento por zero. 
4. Comparador: Compara o sinal com uma referência (define α). 
5. Geração de Pulso: Gera um pulso curto para o gate do tiristor. 
Formas de Onda (resumo): 
● Tensão CA: Senoide. 
● Sincronismo: Pulso nos cruzamentos por zero. 
● Rampa: Sinal linear crescente. 
● Controle (α): Tensão CC que define o atraso. 
● Pulso de Gatilho: Pulso curto no instante de disparo. 
Diferença Retificador/Inversor: 
● Retificador: α = 0° a 90°. 
● Inversor: α = 90° a 180°. 
Em resumo: O circuito usa o sincronismo com a rede, uma rampa e um comparador 
para gerar um pulso de disparo atrasado (controlado por α) para o tiristor. 
 
5- Para um retificador monofásico a tiristores, em ponte conectado à rede de 
tensão, com uma carga é equivalente a 
uma corrente c.c. e indutância de entrada nula, Ls = 0. Pede-se: 
(a) A consequência imediata da operação ideal e Ls = 0; 
(b) As condições que devem ser atendidas para fazer um tiristor conduzir; 
(c) As condições para que o tiristor pare de conduzir; 
(d) O desenho completo da topologia, incluindo fonte e carga; 
(e) A dedução da expressão para a tensão média na carga; 
 
(f) A dedução da expressão para a potência ativa, reativa, aparente e fator de 
potência de entrada; 
(g) Esboce as formas de onda para Vd(t), is(t) e is1(t), e indique quais e 
quando os tiristores estão conduzindo; 
(h) Para um valor de tensão de entrada eficaz Vs e média de carga de Vd, 
encontre o ângulo de disparo . 
(i) A dedução da expressão para os valores eficaz, Is, da corrente c.a. is(t), e 
de sua fundamental, is1(t). 
(j) Encontre o ângulo de fase entre is1(t) e vs(t). 
(k) Dado: O coeficiente de Fourier de uma função ímpar é: 
Calcule a potência aparente, S, e a potência ativa, P. 
5. Retificador Monofásico em Ponte (Ls = 0): 
(a) Consequência de Ls = 0: Comutação instantânea da corrente entre os tiristores. 
Não há sobreposição na condução dos tiristores. 
(b) Condições para Condução: 
● Tensão anodo-catodo positiva (Va-k > 0). 
● Pulso de disparo aplicado ao gate (Ig > 0). 
(c) Condições para Bloqueio: 
● Corrente anódica abaixo da corrente de manutenção (IH). 
● Tensão anodo-catodo negativa (Va-k 90°). Requer uma fonte de tensão CC na carga (ex: bateria). 
● Inversor Não Autônomo (ou Inversor Dependente da Linha): Depende da 
tensão da rede CA para comutar os tiristores. Não pode operar sem a 
presença da rede. 
Para a operação inversora, é necessário: 
● α > 90°. 
● Uma fonte de tensão CC na carga capaz de fornecer energia. 
 
	5-1 Introdução aos Retificadores 
	5-2 Tipos de Retificadores 
	5-3 Funcionamento dos Retificadores 
	5-4 Desafios e Soluções 
	5-5 Comparação entre Retificadores Monofásicos e Trifásicos 
	5-6 Retificadores Trifásicos de Ponte Completa: Análise de Funcionamento, Parâmetros de Desempenho e Simulação Prática 
	5-7 Comparação de Retificadores Monofásicos e Trifásicos 
	5-8 Corrente de Entrada e Sobretensões na Ligação 
	5-9 Preocupações e Soluçõespara Harmônicos e Baixo Fator de Potência 
	Expressão para o Cálculo do Ângulo de Comutação