Passo 3

Passo 3 (Equipe)

Detalhar o funcionamento de um retificador, explicar qual é sua função mediante a corrente demandada pelo transformador, suas funcionalidades e mecanismos.

CONVERSORES CA-CC - RETIFICADORES

A conversão CA-CC é realizada por conversores chamados retificadores.

Na geração, sua importância é permitir a integração de geradores CA assíncronos à rede, por meio de uma conversão de CA (em qualquer frequência) para CC. Ao processo de retificação segue uma conversão CC-CA e, então, uma conexão síncrona com a rede.

Na transmissão, a aplicação de retificadores acontece nos sistemas de transmissão em corrente contínua, normalmente de alta tensão (HVDC).

Há ainda a aplicação de retificadores na interligação de sistemas assíncronos como, por exemplo, na subestação de Uruguaiana (RS) que interliga os sistemas brasileiro e argentino (50Hz).

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

Os retificadores não-controlados são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação, enquanto os controlados utilizam tiristores ou transistores.

Usualmente topologias em meia onda 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, ou ainda a uma subutilização do material ferromagnético do núcleo. Topologias em ponte completa absorvem uma corrente média nula da rede, não afetando, assim, tais elementos magnéticos.

Retificadores não controlados

Neste caso não há possibilidade de controlar a tensão de saída devido à ausência de interruptores controláveis.

Têm-se os três tipos básicos de carga: resistiva, capacitiva e indutiva. Um retificador com filtro capacitivo de saída faz com que a tensão do lado CC se apresente alisada, com valor médio próximo ao valor de pico da tensão de entrada. O capacitor se carrega com a tensão de pico da entrada (desprezando a queda nos diodos). Quando Eletrônica de Potência para Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica J. A. Pomilio a tensão de entrada se torna menor do que a tensão no capacitor os diodos ficam bloqueados e a corrente de saída é fornecida exclusivamente pelo capacitor, o qual vai se descarregando, até que, novamente, a tensão de entrada fique maior, recarregando o capacitor.

A forma de onda da corrente de entrada é muito diferente de uma senóide, apresentando pulsos de corrente nos

momentos em que o capacitor é recarregado, como mostrado na figura 1. Esta é a configuração mais comum dos retificadores usados em cargas eletrônicas, devido à boa qualidade da tensão CC obtida e ao custo reduzido do filtro capacitivo.

Para o retificador com filtro indutivo (fig. 1.b), a carga tende se comportar como uma fonte de corrente. Dependendo do valor da indutância, a corrente de entrada pode se apresentar quase como uma corrente quadrada, como mostrado na figura 3.4. 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.

Figura 1 Retificadores monofásicos não-controlados, de onda-completa

Figura 2 Formas de onda para retificador monofásico não-controlado, onda completa, com carga capacitiva.

Figura 3. Formas de onda no lado CA para retificador monofásico, onda-completa, não controlado, alimentando carga indutiva.

Retificadores não-controlados com entrada trifásica

Quando a potência da carga alimentada se eleva, via de regra são utilizados retificadores trifásicos, como mostra a figura 3.5, a fim de, istribuindo a corrente entre as três fases, evitar desequilíbrios que poderiam ocorrer caso a corrente fosse consumida de apenas uma ou duas fases.

Neste caso a corrente é fornecida, a cada intervalo de 60 graus, por apenas duas das três fases. Poderão conduzir aquelas fases que tiverem, em módulo, as duas maiores tensões. Ou seja,a fase que for mais positiva, poderá levar o diodo a ela conectado, na semi-ponte superior, à condução. Na semi-ponte inferior poderá conduzir o diodo conectado às fase com tensão mais negativa. Pela fase com tensão intermediária não haverá corrente.

A figura 4 mostra formas de onda típicas considerando que o lado CC é composto, dominantemente, por uma carga resistiva, indutiva ou capacitiva. No primeiro caso a corrente segue a mesma forma da tensão sobre a carga, ou seja, uma retificação de 6 pulsos. Quando um filtro indutivo é utilizado, tem-se um alisamento da corrente, de modo que a onda apresenta-se praticamente retangular. Já com um filtro capacitivo (mantendo ainda uma pequena indutância série), tem-se os picos de corrente. Com o aumento da indutância tem-se uma redução dos picos e, eventualmente, a corrente não chega a se anular.

Figura 4 Retificador trifásico, onda completa, não controlado.

Figura 5 Formas de onda no lado CA para retificador trifásico, onda-completa, não-controlado, alimentando diferentes tipos de carga.

Fator de Potência

A atual regulamentação brasileira do fator de potência estabelece que o