Retificador monofásicos

RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA Nº 02

TÍTULO DA AULA PRÁTICA: Retificador monofásico não controlado: meia–onda.

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

        O fornecimento de energia elétrica é feito 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, cuja conversão (CA-CC) é realizada por conversores chamados retificadores [1].

        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.); e em função do tipo de conexão dos elementos retificadores (meia ponte ou meia–onda x ponte completa) [1].

        Esta prática apresenta a simulação, utilizando um software específico, de um circuito retificador monofásico não controlado de meia–onda, utilizando-se diodo de potência; essa simulação foi feita ora alimentando uma carga puramente resistiva, ora uma carga resistiva–indutiva. Além disso, esta prática apresenta também as formas de onda de cada simulação, bem como a discussão dos resultados obtidos.

        Os retificadores não controlados, simulados nesta prática, são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação, neste caso, diodo de potência [1]. Esses retificadores são encontrados, em geral, como estágio de entrada de fontes de potência, acionamento de máquinas, carregadores de baterias, entre outras aplicações [2].

        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 frequência da rede é baixa (50 ou 60 Hz) [1].

        O circuito retificador monofásico não controlado de meia–onda, com carga puramente resistiva, bem como as principais formas de onda, está representado na Figura 1. No semiciclo positivo da tensão de entrada, o diodo está polarizado diretamente, logo o mesmo conduz e a tensão da fonte é aplicada sobre a carga. No semiciclo negativo o diodo fica polarizado reversamente, logo se bloqueia, levando a tensão sobre a carga a zero [2].

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Figura 1: Retificador monofásico não controlado de meia–onda, alimentando carga puramente resistiva, e principais formas de onda [2].

        O circuito retificador monofásico de meia–onda, com carga RL, bem como as formas de onda, está representado na Figura 2. A presença da indutância provoca um atraso da corrente em relação à tensão, assim, o diodo não se bloqueia quando ωt = π. O bloqueio ocorre no ângulo β (ângulo de extinção), que é superior a π. Enquanto a corrente de carga não se anula, o diodo se mantém em condução e a tensão de carga, para ângulos superiores a π, torna-se instantaneamente negativa.

A presença da indutância causa uma redução na tensão média na carga, sendo que, quanto maior a indutância, maior será o valor do ângulo de extinção, com consequente redução da tensão média de saída [2].

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Figura 2: Retificador monofásico não controlado de meia–onda, alimentando carga RL, e principais formas de onda [2].

1. MATERIAIS E MÉTODOS

                Para a execução desta prática, foi utilizado o software ISIS Proteus, a fim de realizar a simulação dos circuitos monofásicos não controlados de meia–onda (com carga puramente resistiva e carga RL), bem como o datasheet do diodo 1N5404, o qual foi utilizado como ferramenta de consulta. Os circuitos, com carga puramente resistiva e resistiva-indutiva, estão representados nas Figuras 1 e 2, respectivamente.

                Primeiramente, determinou-se o diodo de potência que seria utilizado nos circuitos. Para isso, foi feita uma pesquisa bibliográfica, por meio de datasheet’s de diodos, e, então, foi determinada a utilização do diodo 1N5404.

                Por meio do datasheet do diodo escolhido, mostrado na Figura 3, foi possível obter os dados imprescindíveis para se projetar um circuito monofásico não controlado de meia–onda; são esses: tensão de pico reversa (PIV) do diodo, máxima corrente suportada por ele, quando polarizado diretamente, bem como a queda de tensão sobre o mesmo.

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Figura 3: Parte do datasheet do diodo 1N5404 [3].

Como pode ser verificado na figura acima, o PIV do 1N5404 é de 400 V, ou seja, a máxima tensão que esse diodo pode ser submetido quando polarizado reversamente. Pode-se verificar também que a corrente máxima suportada por esse diodo e a queda de tensão sobre ele, quando polarizado diretamente, são, respectivamente, 3 A e 1 V.

Dessa forma, o valor da tensão de entrada foi determinado respeitando o PIV, sendo escolhido, assim, 200 V. Para se determinar o resistor, utilizou-se, nos cálculos, uma corrente inferior à corrente máxima suportada pelo diodo 1N5404, sendo escolhida 2 A. Assim sendo, depois de escolhidos esses parâmetros e sabendo que a queda sobre o diodo é de 1 V (considerada insignificante devido à alta tensão de entrada), foi calculado o valor da resistência. Os cálculos podem ser visualizados abaixo.

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Como o valor de resistência encontrado não é um valor comercial, foi utilizado um resistor de 100 Ω.

Depois de calcular os principais parâmetros do circuito, simulou-o no software ISIS Proteus, como pode ser visualizado na Figura 4.

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Figura 4: Retificador monofásico não controlado de meia–onda, com carga puramente resistiva, simulado no software ISIS Proteus.

Feito isso, observou-se as formas de onda de entrada e saída do circuito, verificando os resultados.

Posteriormente, adicionou-se, ao circuito, um indutor, assim a carga a ser alimentada passou a ser resistiva–indutiva e não mais puramente resistiva. O valor do indutor foi escolhido de forma que fosse possível visualizar o atraso na corrente, provocado por ele, assim utilizou-se um indutor de 200 mH. O circuito descrito, simulado no software ISIS Proteus, está apresentado na Figura 5.