Aula_03b_-_Conversor_CA-CC_No-Controlado

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Conversor CA-CC Não-
Controlado
EEN502.1
Fundamentos de Eletrônica de Potência
Prof. Rondineli Rodrigues Pereira
1
Introdução
• Os conversores CA-CC ou retificadores não-
controlados são utilizados na conversão de um sinal 
de entrada CA em CC.
• Nos retificadores a diodo a potência flui somente do 
lado CA, da concessionária de energia, para o lado 
CC.
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Potência
Introdução
• A tensão de saída no lado CC deve ser, dentro do 
possível, livre de ondulações ou ripple. Desta forma, 
um capacitor de valor elevado é conectado como 
filtro no lado CC.
• Este tipo de retificador consome uma corrente 
altamente distorcida da concessionária de energia 
elétrica.
3
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
4
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Uma representação comum é a que utiliza uma fonte 
de corrente como carga. Esta é uma aproximação para 
situação em que um indutor de valor elevado está 
conectado em série com a saída CC para filtragem.
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Formas de Onda:
6
sd vtv =)(



−

=
0,
0,
)(
sd
sd
s
vparaI
vparaI
ti
ssdo VVV 9,02
2
==

Retificador Monofásico 
de Onda Completa
7


=
hdeímparesvaloresparahI
hdeparesvalorespara
I
s
sh
,
,0
1
dds III 9,02
2
1 ==

Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Agora, considerando o efeito de uma indutância da 
fonte, Ls, a transição da corrente da fonte, is, do valor 
+Id para o valor –Id não será mais instantânea.
• O tempo necessário para essa transição é denominado 
intervalo de comutação. Este processo de comutação 
ocorre quando a corrente de condução deixa de fluir 
por um diodo (ou conjunto de diodos) passando a 
fluir por outro.
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Consideremos agora o efeito de Ls no retificador 
monofásico de onda completa.
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Antes de ωt = 0, a tensão vs é negativa e a corrente Id
está circulando pelos diodos D3 e D4 com is = −Id. 
• Quando vs torna-se positiva D1 e D2 ficam diretamente 
polarizados e começam a conduzir. 
• Durante o tempo de comutação os quatro diodos 
conduzem, fazendo vd = 0.
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• A corrente de comutação iu cresce de 0 até Id, durante o 
intervalo de comutação.
• Em ωt = u, iD1 = iD2 = Id e is = Id. Durante a comutação, 
a corrente dos diodos 3 e 4 passa para os diodos 1 e 2, a 
corrente sobre o indutor Ls muda de −Id para Id.
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
11
uDD iii == 21
udDD iIii −== 43
uds iIi 2+−=
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• A relação entre o ângulo de comutação e os demais 
elementos do circuito é dada pela equação:
• O efeito do tempo de comutação é a redução do valor 
médio da tensão de saída:
12
s
ds
V
IL
u
2
2
1cos

−=
d
s
sddod I
L
VVVV

2
9,0 −=−=
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Circuito prático:
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Correntes distorcidas consumidas por cargas como pontes 
retificadoras a diodo podem resultar em distorção da forma de 
onda da tensão da concessionária.
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

−





−=−=
1
1
1
11
h
sh
s
s
ss
s
ssPCC
dt
di
L
dt
di
Lv
dt
di
Lvv
fundamental harmônicos
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Forma de onda de tensão distorcida devido a corrente harmônica 
no ponto de acoplamento comum (PCC).
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Industrias, prédios comerciais e de escritórios são alimentados 
por um sistema trifásico. Mas internamente a maioria das cargas 
são monofásicas e ligadas entre uma das três fases e o neutro.
• No caso de cargas lineares se as três fases forem igualmente 
carregadas a corrente no neutro será zero.
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Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Os retificadores monofásicos a diodo também causam um efeito 
nas correntes de neutro em um sistema trifásico a quatro fios. 
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ia
ic
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Considerando a corrente nas três fases:
onde k =1, 2, 3, ....
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( ) ( )

+=

+=
−+−=+=
12
111
12
1 sin2sin2
kh
hhshs
kh
ahaa tItIiii 
( ) ( )

+=
−−+−−=
12
111 120sin2120sin2
kh
hhshsb htItIi 
( ) ( )

+=
−−+−−=
12
111 240sin2240sin2
kh
hhshsc htItIi 
Retificador Monofásico 
de Onda Completa
• Essas correntes são somadas no condutor neutro:
• Resultando na corrente de neutro formada por harmônicos 
triplos:
• Em termos do valor rms:
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cban iiii ++=
( )

−=
−=
)12(3
sin23
kh
hhshn tIi 
3
2/1
)12(3
2 33 s
kh
shn III 







= 

−=
Retificador Trifásico 
• Em aplicações industriais com tensões trifásicas, os retificadores 
trifásicos são uma melhor escolha comparados aos monofásicos. 
Pois possuem menor ripple e tem uma maior capacidade de 
potência.
20
Retificador Trifásico 
• Na análise inicial a indutância Ls é considerada zero e a carga é 
substituída por uma fonte de corrente constante Id.
21NnPnd
Vvv −=
22
Retificador Trifásico 
• A forma de onda da tensão de saída vd é constituída de seis 
segmentos por ciclo da frequência fundamental. Por isto, este 
retificador é denominado de retificador de seis pulsos.
• Cada um dos segmentos pertence a uma das seis combinações da 
tensão fase-fase. Com cada diodo conduzindo por 120°, por 
exemplo: 
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Id quando D1 está conduzindo.
-Id quando D4 está conduzindo.
0 quando nem D1 nem D4 estão conduzindo.
ia =
Retificador Trifásico 
• O valor médio da tensão de saída:
• A corrente rms da fonte se relaciona com Id:
• E o valor rms da corrente fundamental da fonte:
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LLLLdo VVV 35,12
3
==

dds III 816,0
3
2
==
dds III 78,0
6
1 ==

Retificador Trifásico 
• E o valor rms das componentes harmônicas são calculados em 
função da corrente fundamental:
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h
I
I ssh
1=
Retificador Trifásico 
• Considerando a indutância Ls, a comutação da corrente não será 
mais instantânea.
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Retificador Trifásico 
• Considere a comutação da corrente entre os diodos 5 e 1.
27udc
ua
iIi
ii
−=
=
Retificador Trifásico 
• Considere a comutação da corrente entre os diodos 5 e 1.
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Retificador Trifásico
• A relação entre o ângulo de comutação e os demais 
elementos do circuito é dada pela equação:
• O efeito do tempo de comutação é a redução do valor 
médio da tensão de saída:
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LL
ds
V
IL
u
2
2
1cos

−=
dsLLddod ILVVVV 

3
35,1 −=−=
Retificador Trifásico
• Os retificadores trifásicos apresentam menor distorção 
harmônica na corrente da fonte e maior valor de fator 
de potência comparados ao retificadores monofásicos.
• O ripple na corrente CC dos retificadores trifásicos 
também é menor que nos retificadores monofásicos.
• Isto leva a escolha dos retificadores trifásicos como 
melhor solução para conversão CA em CC.
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Exercícios
• Exemplo 01:
Para o retificador monofásico abaixo, considerando Ls = 0 e uma corrente CC 
constante Id = 10 A, calcule a potência média consumida pela carga.
(a) Se vs é uma tensão senoidal com Vs = 120 V em 60 Hz.
(b) Se vs tem o formato apresentado no gráfico abaixo.
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vs
200 V
-200 V
Exercícios
• Exemplo 02:
Para o retificador monofásico abaixo, considerando Ls = 0 e uma corrente CC 
constante Id, obtenha o valor médio e o valor rms da corrente em cada diodo 
como uma razão de Id.
32
Exercícios
• Exemplo 03:
Para o retificador monofásico abaixo, considerando Vs = 120 V, Ls = 1 mH e Id = 
10 A. Calcule u, Vd e Pd. Qual a porcentagem da queda de tensão em Vd devido 
Ls?
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Exercícios
• Exemplo 04:
Para o retificador trifásico abaixo, considerando Ls = 0 e uma corrente CC 
constante Id, obtenha o valor médio e o valor rms da corrente em cada diodo 
como uma razão de Id.
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Exercícios
• Exemplo 04:
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Referências Bibliográficas
• Hart, D. W., “Eletrônica de Potência – Análise e Projetos de 
Circuitos”, McGraw-Hill, 2012.
• Rashid, M. H., “Eletrônica de Potência – Dispositivos, 
Circuitos e Aplicações”,Pearson, 2014.
• Mohan, N., Undeland, T. M. e Robbins, W. P., “Power 
Electronics – Converters, Applications and Design”, Wiley, 
2013. 
• da Silva, V. F., Apostila de Eletrônica de Potência, 2013. 
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