UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

Disciplina: Professor:

Turma: Data:

Aluno (a):

Experiência 01: SIMULAÇÃO DE RETIFICADORES NÃO CONTROLADOS

Objetivo Geral

• Conhecer o programa de simulação PSpice;

• Analisar e entender as características quantitativas e qualitativas dos retificadores monofásicos e trifásicos não controlados.

Objetivos Específicos

• Verificar com medições e com a interpretação de gráficos o funcionamento dos retificadores

não controlados.

RESUMO DA TEORIA

1. RETIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA

Os Retificadores não controlados utilizam o diodo como componente de retificação, ou seja,

não é possível o controle de potência na carga;

O retificador monofásico de meia onda não é muito prático devido sua baixa tensão média de

saída, sua reduzida eficiência e alto fator de ondulação;

Os retificadores de onda completa são mais utilizados em virtude das melhoras nesses

parâmetros de performance;

1.1 Retificador monofásico de onda completa em ponte – Carga Resistiva

A estrutura do retificador monofásico de onda completa em ponte alimentando carga

resistiva está representada na figura 1.a. Durante a primeira etapa de funcionamento, representada

pela figura 1b, a tensão da fonte é positiva. Os diodos D1 e D4 são polarizados diretamente e

conduzem a corrente de carga. Os diodos D2 e D3 são polarizados reversamente e permanecem

bloqueados. Durante a segunda etapa de funcionamento, representada pela figura 1.c, os diodos D1 e

D4 permanecem bloqueados, enquanto D2 e D3 conduzem a corrente de carga.

D1 D2

+

vR

-D4D3

RLiv(t)

(a)

D1 D2

+

-

vR

D3 D4

-

+RLiv(t)

(c)

+

D1 D2

+

vR

--D4D3

RLiv(t)

(b)

Figura 1 - Configuração e etapas de funcionamento para o retificador monofásico em ponte.

As formas de onda da tensão e da corrente de carga são apresentadas na figura 2.

Figura 2 - Formas de onda para a figura 1.

Ao adicionar um filtro capacitivo, pode ser obtido as seguintes formas de onda:

Figura 3 - Formas de onda com o filtro capacitivo.

O valor médio da tensão de carga é calculado pela expressão (1).

0

0 )()(21

tdtsenVVLmed (1)

Integrando-se, obtém-se:

09,0 VVLmed (2)

Sendo V0 o valor eficaz da tensão da fonte. A corrente média na carga é dada pela expressão (3).

IV

RLmedo

0 9, (3)

A corrente de pico na carga e nos diodos é dada pela expressão (4).

R

VI p

02 (4)

Com o filtro capacitivo, a variação de tensão, ripple, dependerá da carga e da frequência da onda a ser filtrada. Expressa por (5).

FreqV

IC

L

MED

(5)

PARTE EXPERIMENTAL 1

1) Monte o circuito abaixo:

Fazer a ligação dos componentes conforme esquema da figura 1, utilizando diodo retificador e um

resistor de 161 ohm. Preencher a tabela abaixo de acordo com os resultados obtidos do simulador.

Refaça a análise, agora para uma carga RL série e RC paralelo.

Parâmetro Carga R Carga RL Carga RC Tensão eficaz na entrada Tensão média na saída Corrente média na carga Corrente de pico no diodo Características da carga R = 161 ohm R = 161 ohm / L=15 mH R = 161ohm /C=0,1uF-10uF

a) Utilizando as ferramentas gráficas do simulador, desenhe as formas de onda abaixo para o circuito RL:

Forma de onda da tensão e corrente da fonte Vsin;

Preencha os dados abaixo: Vp (tensão de pico) = ______________________V Vpp (tensão pico a pico) = ______________________V

Vrms (tensão eficaz) = _______________________V

T (período) = _______________________s

f (frequência) = _______________________Hz

Forma de onda de tensão na saída do circuito

Preencha os dados abaixo: Vp (tensão de pico) = ______________________V Vmed (tensão média) = ______________________V

Forma de onda de tensão no diodo D1

Preencha os dados abaixo: Vp (tensão de pico) = ______________________V Vmed (tensão média) = ______________________V

2. RETIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA (PONTE DE GRAETZ)

A ponte de GRAETZ, uma das estruturas mais empregadas industrialmente, encontra-se representada na figura 4.

D1 D2 D3

D5D4 D6

+

-Rv

1v (t)

2v (t)

3v (t)

Ri R

Figura 4 - Ponte de GRAETZ.

Observando-se a figura 5 pode-se estabelecer as seguintes conclusões iniciais.

- cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120o;

- existe sempre dois diodos em condução, um no grupo positivo e outro no grupo negativo do conversor;

- ocorre uma comutação a cada 60o;

- a frequência da componente fundamental da tensão é igual a 6 vezes a frequência das tensões de alimentação.

v2Vo

1

0 t

v2 v3 v1

t

t

t

2Vo

2Vo-

vAN

vBN

vAB

2Vo3

3

D1 D2 D3 D1

D5 D6 D4 D5 D6

D1 D2 D3 D1D1 D2 D3 D1

D5 D6 D4 D5D6 D4 D5 D6

Figura 5 - Formas de onda para a figura 4.

Para o cálculo do valor médio da tensão de carga, será considerada a figura 6.

vL

6

t

6 0

Figura 6 - Observação de 1/6 de período para o cálculo da tensão de carga.

Seja v t V tL o( ) cos ( ) 3 2 (6)

Assim: V V t d tLmed o3

3 2

6

6

cos ( ) ( ) (7)

Consequentemente,

V VLmed o 2 34, (8)

Sendo Vo o valor eficaz da tensão de fase de alimentação.

Para o cálculo das correntes nos diodos será considerada a figura 7.

iD

I Lmed

0 23

2

Figura 7 - Corrente em um dos diodos da Ponte de GRAETZ.

Tendo-se em vista que a corrente de carga, mesmo para resistência pura, é praticamente isenta de harmônicas, o cálculo a seguir não faz distinção quanto a natureza da carga.

A corrente média no diodo é dada pela expressão (9).

I I d tDmed Lmed 1

20

2 3

( ) (9)

Assim: II

DmedLmed

3 (10)

A corrente eficaz é dada pela expressão (11).

I I d tDef Lmed 1

22

0

2 3

( ) (11)

Assim: II

DefLmed

3 (12)

A tensão de pico reversa nos diodos é dada pela expressão (13).

oDp VVV 45,2.23 (13)

PARTE EXPERIMENTAL 2

1) Dado o retificador não-controlado de seis pulsos da figura 4, ligado a uma fonte trifásica, 220V, 60Hz. Se a resistência de carga for 5 ohms, determine:

A tensão máxima na carga: A tensão média na carga: A corrente máxima na carga: A corrente média na carga: A corrente eficaz na carga:

A tensão reversa no diodo: A frequência da ondulação da tensão de saída: O número de pulsos: O ângulo de condução:

2) Determine as vantagens do retificador trifásico com relação aos retificadores monofásicos. 3) Refaça a questão 1 para carga com um filtro capacitivo com ripple de 5%. 4) Refaça a questão 1 para carga com um filtro indutivo com ripple de 5% 5) Qual a vantagem do filtro capacitivo em relação ao indutivo?