Eletrônica de potência Conversores de CA pa CC não controlados UF BA

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Disciplina: Eletrônica de Potência (ENGC48) 
 
Tema: Conversores de Corrente Alternada 
para Corrente Contínua Não Controlados 
 
 
 Prof.: Eduardo Simas 
eduardo.simas@ufba.br 
 
Aula 8 
Universidade Federal da Bahia 
Escola Politécnica 
Departamento de Engenharia Elétrica 
 
DEE 
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Sumário 
 Introdução 
 Retificadores Monofásicos 
 Meia onda 
 Onda completa 
 Retificadores Trifásicos 
 Meia onda (três pulsos) 
 Onda Completa em ponte (seis pulsos) 
 Filtragem em circuitos retificadores 
 
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1. Introdução 
 
DEE 
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Introdução 
 Os conversores de corrente alternada (AC) para corrente contínua (DC) são 
conhecidos como retificadores. 
 Podem ser implementados utilizando diodos ou tiristores (SCR). 
 São utilizados para alimentar cargas de corrente contínua como: 
 carregadores de baterias 
 motores DC 
 computadores 
 Sendo classificados em: 
 Controlados ou não-controlados 
 Monofásicos ou trifásicos 
 
DEE 
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2. Retificadores Monofásicos 
 
DEE 
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Retificadores Não-Controlados 
 São circuitos que utilizam diodos como elementos retificadores. 
 As características da tensão na saída do retificador não podem ser 
modificadas durante a operação. 
 Características da tensão na saída: 
Tensão média Tensão eficaz (RMS) 
 
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Retificador de Meia Onda 
 A carga recebe apenas os ciclos 
positivos da tensão Vs. Vm/R 
 
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Parâmetros do Retificador de Meia Onda 
 Tensão média: 
 
 
 Tensão Eficaz: 
 
 
 Fator de Forma: 
 
 
 
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Parâmetros do Retificador de Meia Onda 
 Fator de Ondulação (ripple): 
 
 
 
 Razão de Retificação 
 
 
DEE 
Componentes Harmônicos no Retificador 
de Meia Onda 
 Um retificador de meia onda com carga resistiva produz harmônicos de corrente 
na fonte AC ou nos transformadores associados. 
 
 
 
 
 A tabela abaixo mostra valores típicos da intensidade destes harmônicos em 
relação à componente fundamental: 
 
THD ≈ 21.7 % 








1
2
1
% 100
h
h
X
X
THD
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Fonte 
CA 
Retificador 
Outro Equipamento 
 
DEE 
Retificador de Meia Onda com Carga Indutiva 
 A tensão na carga é a mesma do caso resistivo 
para o semi-ciclo positivo. 
 Durante esse período a energia da fonte é 
armazenada sobre o indutor. 
 A energia armazenada no indutor mantém a 
corrente positiva mesmo com Vs < 0. 
 Somente após a descarga do indutor (quando 
io = 0) o diodo fica reversamente polarizado. 
 
11/56 
+ 
vIND 
- 
 
vIND 
 
 
DEE 
Retificador de Meia Onda com Carga Indutiva 
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 É possível mostrar que: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 A tensão média na carga é 
dada por: 
 
 
3
0
0
t
INDdtv
  
1 3
10
0
t t
t
INDIND dtvdtv
Então: 
Área A – Área B = 0 
)cos1(
2



Vm
VDC  
Sendo o ângulo de condução 
vIND 
 

 
DEE 
Retificador de Meia Onda com Carga Indutiva e 
Diodo de Retorno 
 Para evitar que a tensão na carga seja 
negativa pode-se utilizar um diodo de 
retorno. 
 A corrente na carga pode fluir durante 
todo o ciclo. 
 A tensão na carga é igual à do caso 
puramente resistivo. 
 
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DEE 
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Retificador de Onda Completa com 
Transformador de Derivação Central: 
 Corrente de ciclo positivo: I+ 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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 Corrente de ciclo negativo: I- 
Retificador de Onda Completa com 
Transformador de Derivação Central: 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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Retificador de Onda 
Completa com 
Transformador de 
Derivação Central: 
 Os ciclos negativos de Vs produzem 
uma tensão positiva na carga. 
Vm/R 
 
DEE 
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Retificador de Onda Completa com Ponte 
de Diodos 
 
 Corrente de ciclo positivo: I+ 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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Retificador de Onda Completa com Ponte 
de Diodos 
 
 Corrente de ciclo negativo: I- 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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Retificador de Onda Completa com Ponte 
de Diodos 
 
Vm/R 
 Comparando com o retificador 
com transf. de derivação central a 
tensão reversa em cada diodo é 
reduzida à metade. 
 
DEE 
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Parâmetros do Retificador de Onda Completa 
 Tensão média: 
 
 Tensão Eficaz: 
 
 Fator de Forma: 
 
 Fator de Ondulação (ripple): 
 
 Razão de Retificação: 
 
 
DEE 
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Comparação entre Retificadores Monofásicos 
 
DEE 
Retificador de Onda 
Completa com Carga Indutiva 
 
 
 As características de tensão e corrente variam. 
 A corrente na carga não é mais uma meia onda senoidal, 
porém seu valor médio ainda pode ser calculado por: 
 
 
 A corrente da fonte (is) não senoidal e se aproxima de uma 
onda quadrada. 
 
 
Para L ≈ R 
 
DEE 
Retificador de Onda 
Completa com Carga Indutiva 
 
 
 Com o aumento da indutância da carga as 
características se acentuam. 
 Para uma indutância infinita a corrente na 
carga é constante e a corrente exigida da fonte 
é uma onda alternada retangular. 
 
Para L >> R 
 
DEE 
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Filtragem em Circuitos Retificadores 
 Filtros são utilizados para suavizar a ondulação da tensão de saída dos 
retificadores; 
 Os filtros podem utilizar capacitores ou indutores; 
 Em aplicações de alta potência são mais utilizados os filtros com indutores, 
pois são mais eficientes na redução do fator de forma da corrente DC. 
Retificador Retificador 
 
DEE 
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Filtragem com Indutor 
 Fator de Ripple: 
fi – freq. do sinal da fonte 
 
DEE 
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Filtragem com Capacitor 
 Tensão média: 
 
 Fator de Ripple: 
fr – freq. do sinal retificado 
 
DEE 
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Efeito da Indutância da Fonte 
 Considerando inicialmente um retificador de meia onda no qual a corrente da carga é 
aproximadamente constante (carga com alta indutância), a corrente da fonte (is) tem a 
característica a seguir: 
 
 
 
 Considerando que a indutância na fonte é 
maior que zero, as transições da corrente 
da fonte não podem ocorrer 
instantaneamente. 
 
DEE 
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Efeito da Indutância da Fonte 
 Assim, é necessário 
considerar o Intervalo de 
Comutação (u): 
 
 
 A tensão média na carga é 
reduzida em: 
m
dS
V
IfL
u 1cos
Vm 
Id 
d
S
DC I
L
V


2

 
DEE 
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Efeito da Indutância da Fonte 
 Processo semelhante ocorre para o retificador de onda completa. 
 
 
 
 
 
 
 Sendo que agora: 
m
dS
V
IL
u
2
1cos 
d
S
DC I
L
V

2

 
DEE 
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3. Retificadores Trifásicos 
 
DEE 
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Retificadores Trifásicos 
 Retificadores monofásicos: 
 Confecção simples; 
 Limitada capacidade de transmissão de potência; 
 Significativa ondulação. 
 Retificadores trifásicos: 
 Tensão de saída mais alta para uma mesma entrada; 
 Menor ondulação; 
 Ondulação de frequência mais alta (facilitando a filtragem). 
 
DEE 
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Filtros para aplicações de alta potência 
Filtro AC Indutor de Suavização 
 
DEE 
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Exemplo: Layout de um sistema HVDC 
Indutor de Suavização 
Filtros AC 
Filtro Ativo DC 
 Transformadores 
Estação de controle 
 Válvulas HVDC 
Capacitores de comutação 
Resfriamento 
das válvulas 
 Filtrospassa-altas 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de Meia Onda 
(Três Pulsos) 
Princípio de operação: 
• Um diodo conectado a cada uma das três fases do secundário. 
 
• Apenas o diodo conectado à fase dominante (de maior amplitude) está conduzindo. 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de Meia Onda 
(Três Pulsos) 
Princípio de operação: 
Quando VB > VR e VB > VY. 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de Meia Onda 
(Três Pulsos) 
Princípio de operação: 
Quando VR > VB e VR > VY. 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de Meia Onda 
(Três Pulsos) 
Princípio de operação: 
Quando VY > VR e VY > VB. 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de Meia Onda 
(Três Pulsos) 
 A carga é alimentada pelos ciclos 
positivos dos sinais de tensão das 
três fases. 
 A ondulação é menor que no 
retificador de onda completa 
monofásico. 
 
DEE 
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Parâmetros do Retificador Trifásico de Meia 
Onda 
 Tensão média: 
 
 Tensão Eficaz: 
 
 
 Fator de Forma: FF = 0,84/0,827 = 1,016 
 Fator de Ondulação (ripple): RF = 0,182 
 Razão de Retificação: σ = 96,88 % 
 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de 3 Pulsos com Carga Indutiva 
 Não há mudanças nas características da 
tensão na carga. 
 A corrente na carga tende a um valor 
constante com o aumento de L. 
 A corrente em cada diodo tende para 
pulsos quadrados. 
 
 
DEE 
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 É um dos conversores AC-DC mais utilizados em aplicações de alta potência; 
 A carga é alimentada pela tensão fase-fase retificada em onda completa; 
 Dois diodos em série estão sempre conduzindo (um ímpar e um par, Ex. D5 e D6 
conduzem quando a tensão dominante for VBY); 
 Cada diodo conduz por 1/3 do ciclo (120o). 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
 
DEE 
42/56 
 VBY é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
43/56 
 VRY é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
44/56 
 VRB é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
45/56 
 VYB é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
46/56 
 VYR é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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 VBR é o sinal dominante (de maior valor instantâneo): 
Retificador Trifásico em Ponte 
 (Seis Pulsos) 
Princípio de operação: 
 
DEE 
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Retificador Trifásico em Ponte 
 
DEE 
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Parâmetros do Retificador Trifásico de Onda 
Completa (Seis Pulsos) 
 Tensão média: 
 
 Tensão Eficaz: 
 
 Fator de Forma: FF = 1,655/1,654 = 1,0006 
 Fator de Ondulação (ripple): RF = 0,042 
 Razão de Retificação: σ = 99,88 % 
 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de 6 Pulsos com Carga Indutiva 
 A tensão na carga permanece a 
mesma do caso puramente resistivo. 
 A corrente na carga tende a se 
tornar constante com o aumento da 
indutância. 
 As correntes nos diodos tendem a 
ondas quadradas com duração de 
120O. 
 
DEE 
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Retificador Trifásico de 12 Pulsos 
 É possível gerar uma tensão na 
saída com características mais 
próximas da tensão DC. 
 Requer o uso de um 
transformador trifásico com 
conexões estrela e triângulo no 
secundário. 
 Parâmetros de desempenho: 
 Fator de Forma = 1,00005 
 Ripple ≈ 1 % 
 Razão de Ret. σ = 99,99 % 
 
 
DEE 
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Comparação entre Retificadores Trifásicos 
Ret. 3Φ de 
3 pulsos 
Ret. 3Φ de 
6 pulsos 
Ret. 3Φ de 
12 pulsos 
 
DEE 
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Comparando os Retificadores: 
 Percebe-se que os retificadores trifásicos apresentam melhor 
desempenho em termos da estabilidade da tensão e da potência 
transmitida para a carga. 
Retificador \ Parâmetro VDC VL FF RF 
Meia onda monofásico 0,318Vm 0,636Vm 1,57 1,210 
Onda completa monofásico 0,636Vm 0,707Vm 1,11 0,482 
Meia onda trifásico 0,827Vm 0,84Vm 1,016 0,182 
Onda completa trifásico 1,654Vm 1,655Vm 1,0006 0,042 
 
DEE 
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4. Exercícios de Fixação 
 
DEE 
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Exercícios de Fixação 
1) Trace utilizando um software apropriado (Ex. Matalb ou Scilab) a 
forma de onda da diferença entre a corrente exigida por um 
retificador de onda completa monofásico quando a carga é 
predominantemente indutiva (L >> R) e quando a carga é 
puramente resistiva (assuma um valor máximo normalizado 
(unitário) para os dois casos. 
2) Para um retificador de meia onda conectado a uma fonte de 120 V 
e uma resistência de 20 Ω determine: 
a) A tensão média na carga 
b) A corrente máxima no diodo 
c) A corrente média no diodo 
d) O valor da tensão de pico inversa (PIV) no diodo 
e) Fator de potência na carga 
3) Um retificador de meia onda com carga indutiva e diodo de retorno 
é conectado a uma fonte de 120 V e tem a carga composta por uma 
resistência igual a 5 Ω e uma indutância de 20 mH. Determine: 
a) A tensão e a corrente médias na carga 
b) Tensão e corrente no diodo retificador 
4) Um transformador 2:1 alimenta um retificador de onda completa 
com terminal central a partir de uma fonte de 400 V. Se a 
resistência de carga for 500 Ω e a indutância 1 H, determine 
1) Tensão e corrente médias na carga 
2) Corrente máxima no diodo 
3) Fator de potência 
 
 
 
5) Para um retificador monofásico de onda completa em ponte Vs=240 V e a resistência 
de carga é 10 Ω . Neste caso, encontre: 
a) A tensão média na carga 
b) A corrente RMS na carga 
c) A potência dissipada em cada diodo nos estados ligado e desligado sabendo 
que Vc=1V , IR=1mA. 
6) Num retificador monofásico de onda completa em ponte com Vs = 300 V e RL = 50 Ω 
estime a perda total produzida pelos diodos nos estados de condução, corte e 
chaveamento. Considere que foram utilizados diodos modelo BYC8-600 (conforme 
datasheet enviado em arquivo em anexo). 
7) Um retificador trifásico de três pulsos é ligado numa fonte de 220 V (Tensão Fase-
Neutro). Se a corrente média na carga for 50 A, determine: 
a) A tensão média na carga 
b) Os valores máximo e médio da corrente em cada diodo 
c) O valor RMS da corrente de linha 
8) Repita o exemplo da questão 07 utilizando agora um retificador trifásico de seis 
pulsos. 
9) Um retificador de seis pulsos é alimentado por uma fonte de 330 V (Tensão Fase-
Neutro) e conectado a uma carga de 20 Ω. Neste caso encontre: 
a) Tensão média na carga 
b) Corrente média na carga 
c) Corrente média no diodo 
d) PIV no diodo 
e) Potência média na carga 
10) Repita o problema da questão 09 acrescentando uma indutência grande em série 
com a resistência de carga. 
11) Para o circuito da questão 04 considere os efeitos da indutância da fonte Ls = 1mH. 
 
 
 
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Referências 
 Rashid, Muhammad H. Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and 
Applications, Segunda Edição, Elsevier, 2007. 
 Ahmed, Ashfak. Eletrônica de Potência, Wiley, 
 Pomilio, José Antenor. Eletrônica de Potência , Faculdade de Engenharia 
Elétrica e de Computação, UNICAMP, 1998, Revisado em 2002. 
 
 Algumas figuras utilizadas nesta apresentação foram retiradas 
das referências citadas acima. 
 
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5. Anexos 
 
DEE 
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Figuras Auxiliares para Exercícios Resolvidos em Sala 
Componentesem Frequência da Onda Quadrada: 
d =1 d =1/3 d =1/5 
d =1/20 d =1/50 d =1/1000 
 
DEE 
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Figuras Auxiliares para Exercícios Resolvidos em Sala 
Sistema Trifásico Desbalanceado 
SX -> 1pu 
SZ -> 0,85pu 
SY -> 1,05pu 
Fase X 
Fase Y 
Fase Z 
Fase X 
Fase Y 
Fase Z