Circuitos Retificadores Controlados

3. Circuitos Retificadores Controlados

Utilizando-se uma fonte de tensão alternada de 180V de tensão de pico e 60Hz de frequência, foi realizado um estudo comparativo entre as topologias de circuitos retificadores controlados monofásico de onda completa em ponte, trifásico de meia-onda e de onda completa. Abaixo seguem as topologias detalhadas.

3.1.1 – Circuito retificador monofásico de onda completa em ponte e disparo de 30º

Um retificador monofásico de onda completa não controlado em ponte está conectado a uma fonte de tensão senoidal de frequência 60Hz, com valor de tensão de pico de 180 V, e alimenta uma carga resistiva de 500W em sua saída. A Figura 3.1 abaixo ilustra a topologia do circuito.

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Figura 1::Topologia do circuito retificador monofásico em ponte

O valor da potência ativa dissipada na carga puramente resistiva deve ser de 500W e pode ser calculado a partir do cálculo da tensão eficaz (Vrms) e da corrente eficaz (Irms) na mesma.

Podemos, ainda, para o caso de a tensão de alimentação da fonte ser senoidal, simplificar esta equação, adotando a seguinte expressão para o cálculo na forma simplificada.

Vrms [pic 2]

A partir do valor da tensão eficaz da fonte de alimentação já conhecida, podemos calcular a tensão de pico da mesma por meio da Equação (37) acima. Como não há nenhuma queda de tensão entre a fonte de alimentação e a tensão presente na carga, visto que os diodos utilizados no exemplo são tidos como ideais, os valores de tensão eficaz e de pico da fonte se repetem sobre a mesma. Aplicando-se a expressão mostrada na Equação (37) acima, podemos encontrar o valor de tensão eficaz de 127.3V. A partir desta informação, podemos obter o valor do resistor necessário para que a carga dissipe 500W através da Equação (38) abaixo.

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A partir do valor da tensão de pico podemos calcular o valor da tensão média para um ângulo de disparo de 0° por meio da Equação (39) abaixo.

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Através de simulação computacional do circuito retificador através do software Simulink podemos verificar se os valores calculados estão corretos. O valor da tensão eficaz aplicada sobre o resistor, que será menor para este ângulo de disparo em relação ao disparo em 0º, é mostrado na Figura 50 abaixo.

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Figura 2:Tensão Eficaz sobre o resistor

Por meio da simulação podemos, ainda, verificar o valor da tensão média aplicada sobre o resistor, como mostrado Figura 51 abaixo, que também será menor para este ângulo de disparo.

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Figura 3: Tensão Média sobre o resistor

Como forma de medir a qualidade da energia elétrica contínua fornecida para a carga através do cálculo do Fator de Ripple (FR), que é mostrado na Equação (40) abaixo.

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Ainda como forma de tornar mensurável a qualidade da energia fornecida a carga, podemos utilizar o cálculo do Fator de Forma (FF), dado pela Equação (41) abaixo.

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Outro parâmetro utilizado para medir a qualidade da energia fornecida a carga é a Taxa de Distorção Harmônica (THD), que serve para medir o quanto o sinal de tensão e/ou corrente fornecido pela rede de distribuição foi distorcido devido a retificação e/ou controle exercidos para a carga. A Figura 52 abaixo mostra o valor da THD da tensão de entrada do circuito.

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Figura 4:Valor da THD da tensão de entrada do retificador

Como não existe nenhum elemento que estabeleça atraso ou adianto das correntes da fonte ou da carga em relação a sua respectiva tensão, as formas de onda da tensão e da corrente de entrada do retificador estão em fase, o que nos permite concluir que o fator de potência da fonte de alimentação é unitário. A Figura 54 ilustra o valor da medição do fator de potência de entrada do circuito.

3.1.2 – Circuito retificador monofásico de onda completa em ponte e disparo de 90º

Um retificador monofásico de onda completa não controlado em ponte está conectado a uma fonte de tensão senoidal de frequência 60Hz, com valor de tensão de pico de 180 V, e alimenta uma carga resistiva de 500W em sua saída. O valor da potência ativa dissipada na carga puramente resistiva deve ser de 500W e pode ser calculado a partir do cálculo da tensão eficaz (Vrms) e da corrente eficaz (Irms) na mesma.

Podemos, ainda, para o caso de a tensão de alimentação da fonte ser senoidal, simplificar esta equação, adotando a seguinte expressão para o cálculo na forma simplificada.

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A partir do valor da tensão eficaz da fonte de alimentação já conhecida, podemos calcular a tensão de pico da mesma por meio da Equação (42) acima. Como não há nenhuma queda de tensão entre a fonte de alimentação e a tensão presente na carga, visto que os diodos utilizados no exemplo são tidos como ideais, os valores de tensão eficaz e de pico da fonte se repetem sobre a mesma. Aplicando-se a expressão mostrada na Equação (42) acima, podemos encontrar o valor de tensão eficaz de 127.3V. A partir desta informação, podemos obter o valor da do resistor necessário para que a carga dissipe 500W através da Equação (43) abaixo.

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A partir do valor da tensão de pico podemos calcular o valor da tensão média por meio da Equação (44) abaixo.

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Através de simulação computacional do circuito retificador através do software Simulink podemos verificar se os valores calculados estão corretos. O valor da tensão eficaz aplicada sobre o resistor, que será menor para este ângulo de disparo em relação ao disparo em 0º, é mostrado na Figura 55 abaixo.

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Figura 5: Tensão Eficaz sobre o resistor