Eletrônica de potência

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TRABALHO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
 
TEMA : 
 
RETIFIÇÃO TRIFÁSICA MEIA-ONDA E ONDA COMPLETA NÃO CONTROLADA 
 RETIFIÇÃO TRIFÁSICA MEIA-ONDA E ONDA COMPLETA CONTROLADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
 
INTRODUÇÃO 
 
 Os retificadores monofásicos são de confecção relativamente simples, mas têm tem uma 
capacidade de potência limitada e geram uma ondulação significativa na tensão de saída DC. 
Os retificadores trifásicos, por outro lado, propiciam uma saída DC com menos ondulação, o 
que facilita a filtragem na saída. Como os componentes do filtro para retificadores de alta 
potência são grande e caros, a redução ou a liminação desses filtros é importante. Assim, para 
aplicação de alta potência, é desejável o uso de retificadores trifásicos. Todos os circuiros de 
dispositivos monofásicos discutido no Capítulo 5 têm versões trifásicos correspondentes. Os 
circuitos abordados no presente capítulo também podem contar com SCRs em circuitos 
retificadores trifásicos controlados (ver capítulo 8). 
 Os retificadores trifásicos têm as seguintes vantagens, quando comparados aos 
monofásicos: 
1- Tensão de saída mais alta para uma determinada tensão de entrada; 
 2-Amplitude mais baixa da ondulação(embora nunca chegue a zero), isto é, A tensão de 
De saída é mais limpa. 
 3-frequência de ondulações mais alta, o que significa a filtragem; 
 4-eficiência total mais alta. 
 Os retificadores trifásicos usam três, seis ou doze diodos. O uso de mais diodo reduz o 
custo, distribui a carga e permite o uso de dispositivos com valores nominais mais baixos. 
 
RETIFICADORES TRÍFASICOS DE MEIA – ONDA (TRÊS PULSO) 
COM CARGA RESISTIVA. 
 A figura 7.1 mostra um retificador básico de meia- onda com três diodo e uma carga 
positiva. Para analisar o circuito é preciso , em primeiro lugar, determinar os perídos nos quais 
cada diodo está ligado e em seguida aplicar a fonte de tensão apropriada sobre o resistor de 
carga R. cada diodo conduz em intervalos de 120° na sequência D1 ,D2 , D3 ... para produzir 
uma tensão de saída combinada Vo , como mostra a figura 7.2. 
 No momento em que a tensão instantânea for mais positiva, seu respectivo diodo 
passará para o estado ligdo. Seu terminal mais positivo , se ligará aos cátodo dos dois 
outros diodos, mantendo-os desligados. Portanto, apenas um deles permanecerá 
ligado neste momento(deve-se ignorar o instante do chaveamento). O súbito 
chaveamento de um diodo para outro é denominado comutação. 
 A forma de onda da tensão de entrada Vs a figura 7.2 é usada para determinar os 
período em que cada diodo fica ligada. Considere o intervalo entre 0° e 30°. Nesse 
período a tensão de fase Vcn é mais alta do que Van e Vbn.Em conseqüência disso, o 
diodo D3 fica diretamente polarizado e a tensão de saída (V0) se torna igual a Vcn. 
Nesse intervalo, a tensão D1 é Vac e a tensão em D2 , Vbc. Os diodo D2 e D3 ficam, 
portanto,inversamente polarizados. De 30° a150° a tensão mais positiva é Van;ele 
passa o diodo D1 para para estado ligado e aparece nos terminais . 
 O diodo D1 fica inversamente polarizado e passa o estado desligado quando o 
diodo D2 fica diretamente polarizado e começa a conduzir. Isso faz com que seja 
aplicado Vbn em R de 150° a 270°. Em 270°, Vcn torna –se de novo positivo e D3 passa 
para o estado ligado. O diodo D3 liga Vcn em R a partir de 270°. O ciclo é então 
repetido. 
Figura 7.1: Diagra do circuito retificador trifásico de meia onda. 
 
 
 
 
 A tensão de saída na carga Vo segue os picos de tensão de entrada de alimentação e 
varia pulsando entre Vmax e 0,5 Vmax. Esse circuito é denominado reticador de três- 
pulsos uma vez que a saída se repete três vezes em cada ciclo de Vs. A tensão da 
ondulação é menor do que a produzida pelo retificador monofásico. A freqüência de 
ondulação (fr) da tensão de saida é: 
Fr = n . fs 
 Onde : 
n= números de pulsos ou diodos = 3 
e 
fs = freqüência de alimentação AC 
Portanto, 
fr = 3 .60 = 180 HZ 
 A filtragem , assim , torna- se mais fácil, uma vez que o tamanho do filtro se reduz à 
metade que a freqüência de ondulação aumenta. A pressão geral a tensão média na 
carga é: 
V0(avg) = 𝑉𝑚 . 𝑠𝑒𝑛 (
𝜋
𝑛
)𝜋
𝑛 
 Para o caso do retificador de três- pulsos, 
V0(avg) = 0,827 Vm 
Em relação à linha , a tensão média na carga é dada por: 
V0(avg) = 0.477 Vl(m) 
Onde: 
Vm = valor máximo da tensão de fase 
Vlm = valor máximo da tensão de linha 
 𝑈𝑚𝑎 𝑣𝑒𝑟 𝑞𝑢𝑒 𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 é 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑎, 𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑡𝑒𝑚 𝑎 𝑚𝑒𝑠𝑚𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑎 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 
a corrente de cada diodo é igual à corrente na carga durante o período em que um 
diodo conduz em seu intervalo de 120°. Cada corrente ,no diodo, é então igual a zero 
no intervalo de 240° (ver figura 7.3). 
 Em geral, cada diodo conduz por um período de 
2𝜋
𝑛
 . 
 A corrente média na carga é dada por: 
 
Io(avg) = 𝐼𝑚𝜋
𝑛 𝑠𝑒𝑛𝑛
𝜋 
= 0,827Im 
Onde 
Im = Vm/R 
A corrente média em cada diodo é a penas um terço da corrente da carga: 
Id(avg) = I0(avg)/n = I0(avg)/3 
A corrente máxima na carga e a corrente máxima no diodo são as mesmas.E,uma vez 
que a carga é resistiva, 
I0(Max) = Vm/R = 1,21 I0 (avg) 
Figura 7.3 : Forma de onda de corrente. 
O VALOR DE RMS DA CORRENTE NA CARGA É: 
I0(rms) ₁ ⁄ ₂ 
Im 
1
2𝜋 
𝜋
𝑛
 +
1
2
 𝑠𝑒𝑛
2𝜋
𝑛
 
 
 
 ₁ ⁄ ₂ 
Im 
1
2𝜋 
𝜋
3
 +
1
2
 𝑠𝑒𝑛
2𝜋
3
 
 
 
= 0,408 Im 
Em geral , o fator de ondulação é dado por: 
RF = 
√2
𝑛²−1
 = 
√2
3²−1
= 0,177 
E o fator de forma , por: 
FF = √n = √3 = 1,732 
 
A tabela 7.1 mostra a tensão nos diodos em vários intervalos de 120°. A tensão em 
qual quer diodo pode , portanto,plotada depois de plotar a forma de onda para as 
tensões de linha. Em seguida toma-se a tensão apropriada, segundo a tabela 7.1 .As 
formas de onda são mostrada na figura 7.4 .Observa que as tensões de linha são 
apresentadas com suas respectivas tensões de fase adiantadas em 30°. O valor 
nominal da PIV para os diodos deve ser: 
Valor nominal da PIV ≥ Vl(m) ou √6 Vs(m) 
Tabela 7.1 
 
 
 
RETIFICADORES TRIFÁSICOS ONDA COMPLETA EM PONTE 
(SEIS-PULSO) 
 
Com carga positiva 
 
 O retificador trifásico de onda completa em ponte (seis – pulsos) é um dos circuito 
mais importantes em aplicações de alta potência. Pode ser ligado diretamente a 
uma fonte trifásica ou usar um transformador trifásico ligado em conexão ∆ - ᵧ , ᵧ - ∆ 
ou ∆ -∆. Um retificador de seis – pulsos fornece uma saída que tem menos ondulação 
do que que a do retificador de três- pulsos. A figura 7.6 mostra o diagrama do circuito; 
os diodos são numerados na ordem em que conduzem. O retificador em ponte usa 
ambas as metades, positiva e negativa , da tensão de entrada. Os picos negativos são 
passados para o resistor de carga R. portanto , a freqüência de ondulação é seis vezes 
a freqüência da fonte AC. 
 
Figura 7.6 Diagrama do circuito retificador de onda completa em ponte. 
 
 
 
 
OPERAÇÃO DO RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA EM PONTE 
 
 Consideremos as seguintes hipóteses para a análise da operação do retificador em 
ponte: 
1- Dois diodo em série estão sempre conduzindo, enquanto os outros quatro 
permanecem bloquados. 
2- Um dos diodo que conduz tem subscrito ímpar (D1 ,D3,ou D5) enquanto o 
outro tem par (D2,D4 ou D6). 
3-Cada diodo conduz por 120°, ou seja , um terço de cada ciclo. 
4- A corrente flui do terminal mais positivo da fonte através de um diodo impa , da carga, 
de um diodo par e então volta para o terminal mais negativo da fonte. 
 O fluxo de corrente em qualquer instante de tempo,portanto, ser calculado quando 
se determinam os terminais mais positivos e mais negativos da fonte. O terminal mais 
positivo polarizará diretamente seu respectivo diodo ímpar e o fará passar para o 
estado ligado. O terminal mais negativo polarizará diretamente seu respectivo diodo 
par e o fará passar para o estado ligado. 
 Para determinar os terminais da fonte , o mais positivo e o mais negativo, 
pode se plotar duas tensões quaisquer de linha em relação a um terminal de 
referência comum. Escolhemos, de modo arbitrário, o ter B. As duas tensões de 
linha são Vab e Vcb , como mostra a figura 7.7 b. Vcb é na realidade, o inverso 
de Vbc (ver a figura 7.7 a ) 
 
Figura 7.7 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
 Os retificadores monofásicos controlados apresentam grande quantidade 
de ondulação AC em sua tensão de saída DC e são limitado pela capacidade de 
potência da fonte monofásica. Quando se exigem altos níveis de potência, os 
retificadores trifásicos controlados são os preferidos porque fornecem tensão 
média DC aumentada na saída, bem como uma componente AC reduzida de 
ondulação. Quando os diodo nos circuitos retificadores trifásico no capilo 7 são 
substituído por SCRs, esses circuitos passam a ser componente controláveis e a 
tensão média de saída pode controlar por controle do acionamento das 
entradas para as portas do SCR, de maneira apropriada. 
 
RETIFICADORES DE CONTROLADOS DE MEIA-ONDA (TRÊS- PULSO) 
 
COM CARGA RESISTIVA 
 
A Figura 8.1 a mostra um retificador trifásico controla de meia – onda com 
uma carga resistiva. Ele é denominado circuito de três – pulsos porque a 
pulsação da tensão DC é três vezes a freqüência de entrada. Cada SCR recebe 
um pulso de desparo relativo, no tempo, à própria tensão de fase. Os três 
pulsos na porta são defasados em 120° entre si e resultam no mesmo ângulo 
de retardo para cada SCR. 
 Se cada disparo for acionado no instante em que a fonte fizer com que a 
tensão do ângulo fique positivo em relação à do cátodo (isto é 30° após a 
tensão de fase cruzar o eixo zero), então o circuito se comportará como um 
retificador não controlado de meia – onda com diodo. Entretanto, se o disparo 
dos SCRs for atrasado nesses pontos de cruzamento, a forma de onda da 
tensão de saída ficará alterada. 
 As formas de onda das tensões de fase Van, Vbn e Vcn são mostradas na 
figura 8.1b. Durante o intervalo 𝜔 𝑡 = 30° a 150° a tensão mais positiva é Van. 
Portanto SCR1 ficará diretamente polarizado e conduzirá quando 
acionado,enquanto os outros dois se encontrarão inversamente polarizados. 
SCR1, continuará a conduzir até 𝜔 𝑡 = 150° , ponto em que a tensão Vbn 
começa a se tornar mais positivo do que Van. SCR2 agora ficará diretamente 
polarizado e passará para o estado ligado se for aplicado um sinal de disparo. 
Quando SCR2 passar para o estado ligado, fará automaticamente com que 
SCR1 passa par o estado desligado por comutação natural. O mesmo procsso é 
repetido em 𝜔 𝑡 = 270° . Cada SCR conduz por um período de 120° e 
bloqueia a tensão inversa por 240°. Quando um SCR estiver ligado, conectará o 
terminal da tensão de entrada ao terminal da saída. Portanto, a saída será 
igual à correspondente tensão de fase AC. Assim , a forma de onda da tensão 
de saída consiste na forma de onda de porções da tensão de entrada AC. Se o 
ângulo de retardo for zero, a tensão de saída consistirá em picos das tensões de 
fase e ficará em seu valor máximo (ver figura 8.1b). O ângulo de díspar 𝛼 é 
medido apartir dos pontos de interseção, ou cruzamento das tensões de fase 
correspondentes, e não do cruzamento com o zero das ondas da tensão. Se 
cada passagem de SCR para o estado ligado for atrasado por um ângulo α , os 
seguimentos de onda da tensão de saída também serão atrasados pelo ângulo 
α , mas a saída ainda terá três pulsos. As formas de onda da tensão de saída e 
da corrente, em função do tempo para α < 30° , são mostrada na figura 8.1c O 
SCR da fase A permanece conduzindo, até que o dispositivo da fase B passa 
para o estado ligado.A tensão e a corrente de saída não se anulam em 
momento algum; entretanto,a tensão média de saída é diminuída,se 
comparada com o caso de 0°. 
Figura 8.1 Retificador controlado de meia- onda: 
a) Diagrama de circuito 
b) Formas de onda para tensão e corrente com α = 0° 
c) Formas de onda com um pequeno ângulo de retardo. 
 
 
 
RETIFICADOR CONTROLADO DE ONDA COMPLETA EM PONTE (SEIS-
PULSOS) 
 
 O retificador trifásico de onda completa em ponte (ou seis –pulsos) é 
mais usado como conversor de alta potência em eletrônica de potência. 
Como mostra a figura 8.7, ele é projetado com dois retificadores trifásicos 
de três –pulsos, ligado em série. Os SCRs 1,2 e 5 recebe o nome de grupo 
positivo, uma vez que são disparados durante o semiciclo positivo da 
tensão de fases às quais estão ligado. De modo semelhante, os SCRs 2,4 e6 
são disparados durante o ciclos negativos das tensões de fase e formam o 
grupo negativo. Para fornecer um caminho para a corrente, do lado da 
fonte para o lado da carga, é necessário que dois SCRs sejam acionados ao 
mesmo tempo. Portanto, dois pulsos, separados por 60°, são aplicados a 
cada SCRs no ciclo. Quando um elemento do frupo de cima e um do grupo 
de baixo do SCR conduzem, a tensão de linha correspondente é aplicado 
diretamente à carga. Por exemplo, se SCR3 e SCR2 conduzem de maneira 
simultânea, então a tensão de linha Vbc é aplicada a carga. A tensão e a 
corrente médias são controladas pelo ângulo de dispara dos SCRs. 
Figura 8.7: CIRCUITO RETIFICADOR CONTROLADO DE SEIS-PULSOS EM 
PONTE. 
 
 
 
COM CARGA RESISTIVA (OU COM CARGA INDUTIVA E DIODO DE RETORNO) 
 
 Considere o circuito em ponte como dois grupos de três- pulsos em série, 
defasados em 60° um do outro. Um método simplis para analisar as formas 
de onda consistem em obter a saída para cada grupo de três –pulsos e 
então somá-las. Se os SCRs são acionados no momento em que a tensão 
tende a se tornar positiva na direção direta, então o circuito funcionará 
como um retificador em ponte a diodo. 
 O ângulo de retardo de disparo α de cada SCR é medido a partir do 
ponto de cruzamento de sua respectiva tensão de fase. 
 Considere o intervalo de 0° a 120°. No grupo positivo de SCRs conectado 
ao terminal 1, SCR1 está conectado à tensão de fase positiva mais alta, 
Van. Em α = 0°, SCR1 passará para o estado ligado e conectará o ponto 1 a 
A. De modo semelhante, de120° a 240° SCS3 passará para o estado ligado e 
conectará o ponto 1 a B. No intervalo de 240° a 360°, o ponto 1 fica unido a 
C e ciclo se repete. A tensão V1n é , portanto, o pico positivo das tensões 
de fase Van, Vbn e Vcn. 
 No grupo negativo conectado ao terminal 2,SCR4 está conectado a 
tensão de fase negativa durante o intervalo de 180° a 300°. SCR4 conduz e 
conecta o ponto 2 a A. De maneira semelhante, de 300° a 420° ou (60°) 
passará para o estado ligado e conectará o ponto 2 a B. no intervalo de 60° 
a 180°, o ponto 2 ficará unido a C. A tensão V2n é, portanto, o pico negativo 
das tensões de fase Van,Vbn e Vcn. A tensão de saída V0 (=V12) é 
simplesmente V1n-V2n. A tabela 8.1 apresenta um resumo desses 
resultados. 
 
 A forma de onda da tensão de saída (ver figura 8.8) tem menos 
ondulação, consistindo de seis pulsos das tensões de linha de entrada.Afrequência da tensão de ondulação na saída é seis vezes a frequência AC 
na linha, e amplitude é o dobro daquela do retificador de três-pulsos. Cada 
SCR conduz por 120° e bloqueia por 240°de cada ciclo. Ao menos dois SCRs 
conduzem ao mesmo tempo. Estabelecida a sequência de fase como ABC, a 
ordem de disparo dos SCRs é SCRs 2 e 3, SCRs 3 E 4, SCRs 5 e 6 e assim por 
diante. Os sinais de porta para os SCRs ficam defasados em 60° entre si. 
Figura 8.8 : Formas de onda da tensão de saída do circuito com α = 0°. 
 
 
figura 8.8 
 
A tensão nos SCRs é determinada de maneira fá apartir da tabela 8.1.supondo 
que se deseja saber a tensão em SCR1. Primeiro, observe que Vscr1 é 
simplesmente Va1. Logo, de 0° a 120°, Va1=0, uma vez que SCR1 está 
conduzindo. De 120° a 240°, Va1 = Vab, uma vez que 1 está unido a B; e de 240° 
a 360°, Vai =Vac, uma vez que 1 está ligado a C. Os resultados são apresentados 
na tabela 8.2. 
Tabela 8.2 
 
 
 A amostra da tensão em SCR1. Como pode ser observado, a tensão inversa 
máxima em um SCR é igual à amplitude instantânea máxima da tensão de linha 
AC, É importante observar que o SCR deve capaz de bloquar tensões diretas. A 
amplitude dessa tensão depende do ângulo de disparo. Quanto maior ele for, 
maior será a tensão direta que o SCR deve bloquear. 
 A corrente em cada SCR pode também ser determinada a partir da tabela 
8.1. Obtêm-se as correntes das linhas ao aplicar a lei de Kirchhoff das 
correntes (KCL).