Experimento 1 – Retificadores Monofásicos não Controlados

Sumário

Experimento 1 – Retificadores Monofásicos não Controlados        2

1.1. Fundamentos Teóricos        2

1.2. Objetivo        4

1.3. Procedimento Experimental        5

1.3.1. Circuito retificador monofásico com carga resistiva        5

1.3.2. Circuito retificador monofásico com carga indutiva        6

1.3.3. Circuito retificador monofásico de ½ onda com diodo de roda livre        7

1.3.4. Circuito retificador monofásico em ponte com carga resistiva        9

1.3.5. Circuito retificador monofásico em ponte com carga indutiva        10

1.4. Conclusão        11

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Experimento 1 – Retificadores Monofásicos não Controlados

1.1. Fundamentos Teóricos

O fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente, a partir de uma rede de distribuição em corrente alternada, devido, principalmente, à facilidade de adaptação do nível de tensão por meio de transformadores. Em muitas aplicações, no entanto, a carga alimentada exige uma tensão contínua. A conversão CA-CC é realizada por conversores chamados retificadores.

Os retificadores podem ser classificados segundo a sua capacidade de ajustar o valor da tensão de saída (controlados x não controlados); de acordo com o número de fases da tensão alternada de entrada (monofásico, trifásico, hexafásico, etc.); em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa).

Os retificadores não-controlados, tema desta experiência, são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação. Os diodos de potência diferem dos diodos de sinal por terem uma capacidade superior em termos de nível de tensão de bloqueio (podendo atingir até alguns kV, num único dispositivo), e poderem conduzir correntes de até alguns kA. Nas aplicações em que a tensão alternada é a da rede, tais diodos não precisam ter seu processo de desligamento muito rápido, uma vez que a freqüência da rede é baixa (50 ou 60 Hz).

 Usualmente topologias em meia ponte não são aplicadas. A principal razão é que, nesta conexão, a corrente média da entrada apresenta um nível médio diferente de zero. Tal nível contínuo pode levar elementos magnéticos presentes no sistema (indutores e transformadores) à saturação, o que é prejudicial ao sistema. Topologias em ponte completa absorvem uma corrente média nula da rede, não afetando, assim, tais elementos magnéticos.

 A figura 1.1 mostra o circuito e as formas de onda com carga resistiva para um retificador monofásico com topologia de meia-ponte, também chamado de meia-onda. A figura 1.2 mostra topologias de onda completa, considerando os 3 tipos básicos de carga: resistiva, capacitiva e indutiva.

Para o retificador com carga indutiva (figura 1.3), a carga se comporta como uma fonte de corrente. Dependendo do valor da indutância, a corrente de entrada pode apresentar-se quase como uma corrente quadrada. Para valores reduzidos de indutância, a corrente tende a uma forma que depende do tipo de componente à sua jusante. Se for apenas uma resistência, tende a uma senóide. Se for um capacitor, tende à forma de pulso, mas apresentando uma taxa de variação (di/dt) reduzida.

[pic 1]

Figura 1.1 - Topologia e formas de onda (com carga resistiva) de retificador monofasico não-controlado de meia onda.

[pic 2]

Figura 1.2 - formas de onda para retificador com carga resistiva.

[pic 3]

Figura 1.3 - Forma de Onda para um retificador monofásico, onda completa e não-controlado, alimentando carga indutiva.

1.2. Objetivo

• Para cada estrutura apresentada determine através de simulação as forma de onda da tensão de saída, corrente de saída, tensão reversa nos diodos, corrente direta nos diodos;
• Através do Cursor do Probe do Pspice verifique os valores das amplitudes encontradas nas simulações;
• Determine através de simulação o valor da indutância crítica para a estrutura mostrada na figura 02. Compare com o resultado teórico esperado;
• Usando a ferramenta de FFT disponível no Pspice, Calcule o fator de potência e taxas de distorção harmônica das estruturas das figuras 01 a 05;
• Apresente suas conclusões.

As estruturas a serem analisadas são:

• Retificador monofásico de ½ onda com carga resistiva, mostrada na figura 01;
• Retificador monofásico de ½ onda com carga indutiva, mostrada na figura 02;
• Retificador monofásico de ½ onda com diodo de roda livre, mostrada na figura 03;
• Retificador monofásico em ponte com carga resistiva, mostrada na figura 04
• Retificador monofásico em ponte com carga indutiva, mostrada na figura 05;

[pic 4]

(a)

(b)

(c)

[pic 5]

(d)

(c)

Figura 1.4 – Circuitos Retificadores Monofásicos não Controlados

1. - Carga Resistiva. (b) – Carga Indutiva. (c) – Com diodo de Roda Livre. (d) – Em ponte com carga resistiva. (e) – Em ponte com carga indutiva.

1.3. Procedimento Experimental

        1.3.1. Circuito retificador monofásico com carga resistiva

Para obter a tensão e corrente de saída desenhamos o seguinte circuito:

[pic 6]

Figura 1.5 - Circuito retificador com carga resistiva e medidores de saída.

Em seguida geramos no software o gráfico de tensão e corrente de saída: