Eletronica de Potencia UDESC Retificador mono a diodo com filtro capacitivo ATUALIZADO

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1
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I
Retificadores monofásicos 
a diodo com filtro capacitivo
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Prof. Alessandro Luiz Batschauer, Dr. Eng.
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
2
Principais topologias
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Meia-onda Onda completa c/ ponto médio
Onda completa em ponte Onda completa dobrador de tensão
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
2
C
1
v
C
v
C
1
2 i
C
v
1
v
D1
i
CC
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
i
L
v
D1
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
i
L
v
D2
v
1
i
1
i
D2
i
cc
3
Análise qualitativa
Etapas
Retificadores 1Φ onda completa
Etapa 1
q1  wt < q2
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
q2  wt < q3
q3  wt < q4
q4  wt < q1
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
+- +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
C
1
+
-
+- +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
C
1
+
-
+- +
-
+
-
+
- +
-
+
-
C
1
+
-
+ - +
-
+
-+
-
+
-+
-
C
1
+
-
4
Formas de onda:
1 2 3 4
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
q1 q2 q3 q4
1Etapas
5
Formas de onda
R=50W
C=3300mH
Vo=220V
f=50Hz
P~1800W
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
6
Análise quantitativa
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
  
 
 1 1
1
cos
1 cos cos 1 exp 0
2
RC RC
RC
    
w    w     
w  
1 1min minsen sen
2 2 2
C C
p o
V V
V V
 
    
         
  
 1 1tan
2
RC

   w
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Equacionamento:
Tensão de saída
wt
V
p
|v
1
(t)|
v
C
(t)
/2 
V
Cmin
wt/2 
I
1p
 
i
cc
(t)
t
C
tc
7
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Análise quantitativa
min
1
C
p
V
RC f
V
 
w    
 
8
Análise quantitativa
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
CC
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
i
L
wt
V
p
|v
1
(t)|
v
C
(t)
/2 
V
Cmin
wt/2 
I
1p
 
i
cc
(t)
t
C
Corrente do capacitor
9
Tensão na carga
   
    
sen sen
cos cos
2
p
Lmed
V
V

    
  
    

v
L
V
Lm
V
Lef
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa
Valor Médio – Cálculo exato
Valor Médio – Cálculo simplificado
10
I
L
I
Lm
I
Lef
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa Corrente na carga
Médio
Eficaz
Ativa
Potência na carga
11
Esforços no capacitor
Tensão máxima
max 2C pk oV V V 
Corrente eficaz
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
v
C
i
C
I
Cef
Perdas de condução
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa
𝐼𝐶𝑒𝑓 =
𝑉𝐿𝑝𝑘 𝑓 𝜔𝑅𝐶
𝑅
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i
D1p
I
D1m
I
D1ef
v
D1p
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa Esforços nos diodos
Tensão reversa
Corrente média
Corrente eficaz
𝑉𝐷𝑀𝑎𝑥 = 2𝑉𝑜
𝐼𝐷𝑒𝑓 =
𝐼𝑋𝑒𝑓
2
𝐼𝐷𝑚𝑒𝑑 =
𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑
2
13
i
1p
I
1m
I
1ef
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa Corrente na entrada
Médio
Eficaz
Potência na entrada
Ativa
Aparente
𝑃𝑅𝐸𝐷𝐸𝑚𝑒𝑑 = 𝑅𝐼𝐿𝑒𝑓
2 + 4𝑃𝐷
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i
1p
I
1m
I
1ef
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
1
v
C
i
C
Análise quantitativa Fator de Potência
Rendimento
𝜂 =
𝑃𝐿𝑚𝑒𝑑
𝑃𝑅𝐸𝐷𝐸𝑚𝑒𝑑
=
𝑅𝐼𝐿𝑒𝑓
2
𝑅𝐼𝐿𝑒𝑓
2 + 4𝑃𝐷
𝐹𝑃 =
𝑃𝐿𝑚𝑒𝑑
𝑆1𝑓𝑎𝑠𝑒
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EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Exercício:
Vpk = 311 V
VCmin = 250 V
f = 60 Hz
R = 100 Ohms
Calcule a capacitância necessária e a 
sua corrente eficaz
16
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Vpk = 311 V
VCmin = 250 V
f = 60 Hz
R = 100 Ohms
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EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Harmônicas (normalizadas): 0.5 < Vcmin/Vp < 0.85
1
2 p h
h
V c
I
R


minC
h
p
V
c f
V
 
   
 
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EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Harmônicas (normalizadas): 0.8 < Vcmin/Vp < 0.98
1
2 p h
h
V c
I
R


minC
h
p
V
c f
V
 
   
 
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EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Taxa de distorção harmônica (normalizado)
minC
p
V
THD f
V
 
   
 
20
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Fator de deslocamento (normalizado)
min
1
C
p
Vf
V
 
    
 
21
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
Retificadores 1Φ com filtro capacitivo
Fator de potência (normalizado)
minC
p
V
PF f
V
 
   
 
22
Topologia
Etapas
Retificadores 1Φ c/ filtro RC dobrador de tensão
Interruptor
1 – Tensão VL=V1
2 – Tensão VL=2V1
Etapa 1
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
2
C
1
v
C
v
C
1
2 i
C
1
2
+- +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
1
2
+- +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
q1  wt < q2
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
q2  wt < q3
q3  wt < q4
q4  wt < q1
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
1 2
1 2
eq
CC
C
C C


C
1
1
2
+ -
+
- +
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
C
1
1
2
+-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-+
-
+
-
23
Etapas de operação:
1 2 3 4
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
q1 q2 q3 q4
1Etapas
Retificadores 1Φ c/ filtro RC dobrador de tensão
26
EPO I – Aula 10 – Retificadores monofásicos a diodo com filtro capacitivo
V
v
1
D2
i
1
v
D3
D1
D3 D4
v
D1
v
D2
v
D4
i
L
i
D2
i
D4
i
D3
i
D1
v
LR
C
2
C
1
v
C1
v
C2
1
2
i
C1
i
C2
Formas de onda
R=50W
C1=C2=2000mH
Vo=127V
f=50Hz
P~1800W
Retificadores 1Φ c/ filtro RC dobrador de tensão