01- Relatorio_Meia Onda_Carga Resistiva

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, 
CIÊNCIA E TECNOLOGIA FLUMINENSE 
CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
HELLEN FERREIRA BARRETO MIRANDA 
 
 
 
RETIFICADOR DE MEIA ONDA COM CARGA RESISTIVA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Campos dos Goytacazes 
2020 
 
 
 
 
2 
 
Sumário 
1. Introdução .............................................................................................................. 3 
2. Fundamentação Teórica ........................................................................................ 3 
3. Metodologia ........................................................................................................... 5 
4. Resultados e Discussões ....................................................................................... 6 
4.1. Resultados da Simulação ............................................................................... 6 
4.2. Resultado dos Cálculos .................................................................................. 7 
5. Tabela Comparativa .............................................................................................. 7 
6. Tensão na saída do retificador se o diodo D1 não fosse ideal? ............................. 8 
7. Determinação do valor eficaz da tensão e corrente de saída ................................. 8 
8. Conclusões ............................................................................................................ 9 
9. Bibliografia ........................................................................................................... 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1. Introdução 
O processo de conversão da corrente e tensão alternada em corrente e 
tensão contínua é denominada como processo de retificação. Um retificador 
utilizando apenas diodos como elemento de retificação é considerado um 
retificador não-controlado (AHMED, 2000). Desse modo, um circuito retificador 
muito utilizado é um circuito composto por diodo que converte o sinal CA em um 
sinal unidirecional (RASHID, 1999), podendo esse retificar somente meia-onda 
ou onda completa. O presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo de 
comparação entre os resultados obtidos através da simulação e os cálculos 
realizados de um circuito retificador monofásico de meia-onda com carga 
resistiva. 
 
2. Fundamentação Teórica 
O circuito retificador meia-onda de uma carga R é composto por um diodo 
em série com um resistor, como mostrado abaixo na Figura 1. 
 
Figura 1. Circuito retificador meia onda de carga 
 
 
 
 
 
 
Fonte: AHMED, 2000 
 
A tensão da fonte é uma onda senoidal com valor máximo Vm e período T. 
Durante o semi-ciclo positivo, quando a tensão no anodo é positiva em relação ao 
catodo, o diodo passa para o estado ligado. Isso permite que a corrente flua através do 
resistor de carga R. Assim, a tensão na carga (Vo) acompanha a meia-onda senoidal 
positiva. Durante o semi-ciclo negativo, a tensão no anodo torna-se negativa em relação 
à no catodo e o diodo para o estado desligado. Assim, não há fluxo de corrente através 
de R. 
O retificador de meia-onda, dessa maneira, transforma potência AC em DC. A 
tensão de saída é pulsante DC e contém uma grande ondulação. Portanto, circuitos de 
um pulso têm valor prático limitado para aplicações de alta potência. 
 
4 
 
Figura 2. Formas de onda de tensão e corrente de circuito retificador de meia onda com carga 
indutiva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: AHMED, 2000 
 
A partir da figura 2 é possível analisar as formas de onda tanto na carga quanto 
no diodo. No intervalo de 0 a π a fonte de tensão Vs varia de zero até o valor máximo 
positivo, enquanto a tensão no diodo D1 é nula. No semi-ciclo negativo, π a 2π, o diodo 
não conduz devido a sua polaridade e desse modo Vo é igual a 0 e a tensão no diodo é 
igual a -Vm. 
De acordo com Ahmed (2000) a tensão média na carga é obtida através da 
equação (1). 
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
𝑉𝑠√2
𝜋
 Equação (1) 
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
𝑉𝑚
𝜋
 Equação (2) 
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 0,318 𝑉𝑚 Equação (3) 
Sendo Vs o valor RMS da tensão de alimentação. 
5 
 
A forma de onda da corrente tem a mesma forma de onda da tensão. Portanto, 
uma relação similar à da Equação 1 vale também para o valor médio de corrente. 
 
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔)
𝑅
 Equação (4) 
 
Ou ainda, 
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
0,45 𝑉𝑜
𝑅
 Equação (5) 
 
Sendo Vo a tensão eficaz. 
A corrente de pico no diodo, igual à corrente de pico na carga, é dada pela 
equação 6. 
 
 𝐼𝐷𝑝 =
√2 𝑉𝑜
𝑅
 Equação (6) 
 
A finalidade de um retificador é converter a potência Ac em potência DC. Uma 
vez que estamos supondo que os dispositivos são ideais, sem perdas de potência, o 
fluxo resultante de potência AC obtido da média de todo o ciclo completo deve ser igual 
à potência de saída DC. A potência de saída DC (média) entregue à carga é dada por: 
 𝑃𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) . 𝑉𝑂(𝑎𝑣𝑔) Equação (7) 
 𝑃𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
𝑉𝑚²
𝜋2 . 𝑅
 Equação (8) 
 
3. Metodologia 
Para realização das simulações presentes neste relatório utilizou-se o software 
de simulação PSCAD. Com o auxílio do mesmo foi possível realizar simulações do 
circuito retificador de meia onda monofásico com carga R. Foi realizada uma simulação 
para R sendo 20 Ω x 10 W, um diodo ideal e a tensão da fonte de alimentação 20 V de 
pico. Posteriormente foram inseridos os voltímetros Vi e Vo, para analisar a tensão de 
entrada e saída no retificador. Da mesma forma, o amperímetro Io para analisar a 
corrente depois do diodo. Desse modo, foi possível plotar três gráficos para a simulação, 
utilizando os valores encontrados pelos voltímetros e amperímetros. 
 
6 
 
Figura 3. Circuito retificador de meia onda monofásico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Elaborado pelo autor. 
4. Resultados e Discussões 
4.1. Resultados da Simulação 
 
 
 
 
 
7 
 
4.2. Resultado dos Cálculos 
a) Tensão de Média na Carga 
 
𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 
𝑉𝑚 
𝜋
 
𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 
20
𝜋
 
𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 6,366 𝑉 
b) Corrente de Pico na Carga 
 𝐼𝑃𝑘 =
√2 𝑉𝑜
𝑅
 
 𝐼𝑝𝑘 =
𝑉𝑚
𝑅
 
 𝐼𝑝𝑘 =
20
20
 
 𝐼𝑝𝑘 = 1 𝐴 
c) Corrente Média na Carga 
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔)
𝑅
 
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) =
 6,366
20
 
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 0,318 𝐴 
 
d) Potência Média na Carga 
 𝑃𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 𝐼𝑜 . 𝑉𝑂(𝑎𝑣𝑔) 
 𝑃𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 0,318 ∗ 6,366 
 𝑃𝑜(𝑎𝑣𝑔) = 2,024 W 
 
5. Tabela Comparativa 
Para melhor obtermos uma relação e análise entre os valores alcançados 
através dos cálculos anteriores e os obtidos durante a simulação, essas informações 
foram inseridas na tabela a seguir. 
 
8 
 
Variável Descrição Valor calculado Valor Simulado 
Vo(pk) Tensão de pico na carga 20 V 19,999 V 
Vo(avg) Tensão média na carga 6,366 V 6,3630 V 
Io(pk) Corrente de pico na carga 1 A 0,999 A 
Io(avg) Corrente média na carga 0,318 A 0,31815A 
Po Potência média na carga 2,024 W 2,024 W 
 
Através da tabela anterior percebe-se que os valores calculados e os 
valores obtido através da simulação são condizentes, já que apresentaram 
resultados próximos, sendo exatos e precisos. 
6. Tensão na saída do retificador se o diodo D1 não fosse ideal? 
Caso o diodo D1 não fosse ideal, os valores obtidos anteriormente seriam diferentes, já 
que teria uma queda de tensão no diodo por não ser ideal, fazendo com que a tensão 
na saída do retificador fosse menor, já que o diodo possuiria uma pequena barreira de 
potencial, sendo necessário romper esta barreira para que o diodo começasse a 
conduzir. Normalmente, esta queda de tensão é de 0,7 V 
7. Determinação do valor eficaz da tensão e corrente de saída 
Para calcular o valor eficaz da tensão de saída será utilizada uma outra fórmula como 
base: 
 𝑉𝑜(𝑟𝑚𝑠) = √
∫ (𝑉𝑚 . 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))²𝑑𝑡
𝑇
0
𝑇
 Equação (9) 
Entretanto, deve-se levar em consideração que em um circuito de meia-onda 
possui apenas um semi-ciclo, fazendo com que o limite da integral da função anterior 
seja de 0 a π e o período T continua sendo de 2π, pois estamos analisando o 
comportamento durante o período completo. Desse modo, encontraremos que o valor 
de tensão eficaz na carga é de aproximadamente 10 V. 
Para calcular o valor eficaz da corrente saída basta dividir o valor da tensão 
eficaz obtida anteriormente pelo valor da resistência R: 
𝐼𝑟𝑚𝑠 = 
𝑉𝑜(𝑟𝑚𝑠)
𝑅
 
𝐼𝑟𝑚𝑠 = 
10
20
 
𝐼𝑟𝑚𝑠 = 0,5 𝐴 
9 
 
8. Conclusões 
A partir das fórmulas expostas neste relatório, bem como o desenvolvimento dos 
cálculos e das análises feitas a partir da simulação no PSCAD, foi possível obter 
resultados satisfatórios, bem como demonstrar o funcionamento do circuito retificador 
de meia onda com carga puramente resistiva. 
Além disso, deve-se ressaltar a importância desse circuito para atuação de 
equipamentos elétricos e eletrônicos que precisam de uma tensão contínua para seu 
funcionamento correto e ideal. 
Durante a elaboração desse relatório, deparei-me com algumas dificuldades ao utilizar 
o programa PSCAD devido ao não conhecimento pleno desta ferramenta e problemas 
técnicos que meu notebook possui. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
 
9. Bibliografia 
 
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência. São Paulo: Prentice Hall, 2000. 479 p. 
BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência. 6. ed. Florianópolis: Ed. do Autor, 2006. 315 p.