Retificadores Controlados - Apostilas - Engenharia Elétrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
Ronaldinho890
Ronaldinho8904 de Março de 2013

Retificadores Controlados - Apostilas - Engenharia Elétrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia elétrica sobre o estudo dos retificadores controlados, carga resistiva, carga indutiva.
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Retificadores Controlados

A) Retificador Monofásico de Meia Onda

Carga Resistiva

Carga Indutiva

Carga Indutiva e Diodo de Circulação

B) Retificador Monofásico de Onda Completa

Retificador Monofásico de Ponte Médio

Retificador Monofásico Tipo Ponte

Retificador Monofásico Semi – controlado

C) 10 Questões sobre os Itens A e B

Retificadores Controlados de Meia Onda

Com Carga Resistiva

Durante o semiciclo positivo da tensão de alimentação, o SCR estará polarizado e conduzirá se o pulso de acionamento for aplicado à porta. Se o SCR passar para o estado ligado, uma corrente fluirá na carga e a tensão de saída será igual à tensão de entrada. A corrente cai naturalmente à zero, uma vez que o SCR estará inversamente polarizado. Durante o semiciclo negativo, o dispositivo bloqueará o fluxo de corrente e não haverá tensão na carga. O SCR ficará fora até que o sinal seja aplicado novamente na porta. O período que vai de 0 a t0, representa o tempo no semiciclo positivo quando o SCR está desligado. Esse ângulo é denominado ângulo de disparo ou ângulo de retardo. O SCR conduz de t0 a (PI) esse ângulo é denominado ângulo de condução.

V0(avg)= (Vm(1+ cos⁡α))/2π

Onde

Vm = valor máximo da fonte de tensão AC =√2 Vs

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Vs = valor RMS da fonte de tensão AC

De modo semelhante, a corrente média na saída é:

I0(avg)= (Vm(1+ cos⁡α))/2πR

O Valor RMS da corrente na carga é dado por:

IRMS= (Im/2) [1- α/π+sin⁡2α/2π ]^(1/2)

Essas equações indicam que a amplitude da tensão de saída é controlada pelo ângulo de disparo. O aumento de α disparando o SCR posteriormente no ciclo diminuirá a tensão e vice – versa. A máxima tensão de Said, Vdo = Vm/π, ocorre quando α = 0°, o circuito atuará como um diodo. Portanto, se o SCR for disparado em α = 0°, o circuito atuará como um diodo retificador.

A tensão média normalizada é:

Vn = V0(avg)/Vdo = (( Vm(1+cos⁡〖α)〗)⁄2π)/(Vm⁄π)= (1+ cos⁡α)/2

Vn é a função de α, conhecida como característica de controle do retificador é mostrada no gráfico abaixo:

Com Carga Indutiva (RL)

Um retificador de meia – onda com uma carga formada por R e L. Se o SCR for acionado com um ângulo de disparo igual a α, a corrente na carga aumentará devagar, uma vez que a indutância forçará a corrente a se atrasar em relação à tensão. A tensão na carga será positiva e o indutor estará armazenando energia em seu campo magnético. Quando a tensão aplicada se tornar negativa, o SCR ficará inversamente polarizado. Entretanto, a energia armazenada no campo magnético do indutor retornará e manterá uma corrente direta através da carga. A corrente continuará a fluir até o ângulo de avanço, quando então o SCR passará para o estado desligado. A tensão no indutor mudará de polaridade e a tensão na carga ficará negativa. Em conseqüência disso, a tensão média na saída vai se tornar menor do que seria se a carga fosse uma resistência pura.

V0(avg)=(Vm(cos⁡〖α- cos⁡〖β)〗 〗)/2π

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Retificador Monofásico de Onda Completa

Retificador Monofásico de Ponte Médio

Com Carga Resistiva

Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada, SCR1 fica diretamente polarizado. Se for aplicado um sinal na porta em α, SCR1 passará para o estado ligado. A tensão de saída seguirá a tensão de entrada. A corrente na carga tem a mesma forma de onda da tensão na carga. Em π, quando a corrente se tornar nula, o SCR1 passará de maneira natural, para o estado desligado. Durante o semiciclo negativo, o SCR2 ficará diretamente polarizado. A tensão de saída seguirá mais uma vez a tensão de entrada. A corrente pelo SCR1 cairá à zero em 2π e o dispositivo passará para o estado desligado. SCR1 será disparado novamente em (2π + α) e SCR2, em (3π + α). O ciclo se repetirá.

Com carga indutiva (RL)

O SCR1 conduz durante 180°, e a tensão na carga segue a tensão de entrada. SCR2 é disparado em (π + α). SCR1 agora passa para o estado desligado, uma vez que a tensão de alimentação aparece de imediato e aplica uma polaridade inversa. SCR2 conduz durante 180° de (π + α) a (2π + α) e fornece potência à carga.

O Valor Médio da tensão na carga é dado por:

V0(avg)= 2/π Vm cos⁡α

A tensão de saída estará em seu máximo quando α = 0°, será zero quando α = 90° e estará em seu máximo negativo quando α = 180°. A tensão média de saída normalizada é:

Vn= (V0(avg))/Vdo= cos⁡α

Retificador Monofásico Tipo Ponte

Com Carga Resistiva

Nesse circuito, pares de SCRs opostos na diagonal passam juntos para o estado ligado ou para o desligado. A operação é similar à do circuito de onda completa com terminal central. A tensão média de saída de DC controlada vai de zero a um valor máximo positivo, dependendo da variação do ângulo de disparo. O valor médio da tensão é:

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V0(avg)= (Vm(1+ cos⁡α))/π

Os SCRs são controlados e disparam aos pares, com um ângulo de retardo igual a α. As formas de onda de corrente e tensão tornam-se uma onda completa.

Os valores médios para a tensão e corrente são, mais uma vê, o dobro daqueles de meia-onda.

Com carga Indutiva (RL)

A corrente na carga tende a manter-se fluindo, uma vez que o indutor induz uma tensão que se opõe ao aumento ou a diminuição da corrente. Portanto, os SCRs continuam conduzindo, embora a tensão possa ter caído à zero. A corrente mantém a condução no SCR mesmo após a tensão ter sido invertida.

Quando a indutância for pequena ou o ângulo de retardo α for mantido alto, a corrente de saída DC atingirá o valor zero a cada semiciclo. Nesse período, nenhum dos pares de SCRs fica ligado; portanto diz – se que a corrente é não – contínua.

Se a indutância da carga for grande, ou se α se tornar pequeno, a corrente na carga não poderá atingir o valor zero; fluirá de modo continuo. Portanto, um dos pares de SCRs estará sempre conduzindo. Diz – se, então, que a corrente é contínua.

Retificadores semicontrolados em ponte

Sua operação é igual a do retificador completamente controlado em ponte com carga resistiva. Quando a fonte de tensão for positiva, SCR1 e D4 estarão diretamente polarizados. Se acionarmos SCR1 em α a corrente fluirá por D4, pela carga e por SCR1. SCR1 passará para o estado desligado em π quando a fonte se inverter.

Com a carga indutiva, uma comutação ocorre a cada semiciclo para fazer com que a corrente na carga passe através do diodo. Em conseqüência disso, a porção negativa da tensão de saída fica desligada e a forma de onda da tensão de saída se torna a mesma, como se a carga fosse resistiva pura.

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10 Questões sobre os itens A e B, com suas respectivas respostas.

Um retificador controlado de meia – onda é alimentado por uma fonte 120V. Se a resistência de carga for 10 Ω, determine a tensão na carga e a potência entregue à carga para os seguintes ângulos de retardo:

Vm= √2 Vs=1,414 .120=169,7

Questão 1) α = 0°

V0(avg)= (167,7(1+cos⁡〖0°)〗)/2π=54,0 V

Pl= 〖V0(avg)〗^2⁄R= 〖54,0〗^2⁄10=293 W

Questão 2) α = 45°

V0(avg)= (167,7(1+cos⁡〖45°)〗)/2π=46,2 V

Pl= 〖V0(avg)〗^2⁄R= 〖46,2〗^2⁄10=213 W

Questão 3) α = 90°

V0(ave) =27,1 V

Pl = 73,2W

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Questão 4) α = 135°

V0(ave) = 7,92 V

Pl = 6,3 W

Questão 5) Um Retificador controlado de meia – onda ligado a uma fonte de 150 V, 60 Hz está alimentando uma carga resistiva de 10 Ω. Se o ângulo de retardo α for de 30°. Determine a corrente máxima na carga:

Tensão de pico na carga= Vm= √2 Vs=1,414 .150=212 V

Im= Vm/R= 212/10=21,2 A

Questão 6) Utilizando os dados anteriores... calcule a Tensão média na carga.

V0(avg)= (212(1+cos⁡〖30°)〗)/2π=63 V

Questão 7) Um Retificador de onda completa em ponte é alimentado por uma fonte de 150V com resistência de carga de 10 Ω. Se o ângulo de disparo α for de 30°, determine a tensão média na carga.

Tensão de pico na carga= Vm= √2 Vs=1,414 .150=212 V

V0(avg)= (212(1+cos⁡〖30°)〗)/π=126 V

Questão 8) Utilizando os dados anteriores e considerando a corrente RMS na carga = 14,8 A, calcule potencia fornecida à carga.

P=I^2 R=14,8(10)=2182W

Questão 9) Um retificador controlado de onda completa com carga indutiva é ligado a uma fonte de 230 V. A porção resistiva da carga é igual a 0,5 Ω. Determine o ângulo de disparo α se a tensão na carga for de 200 V

V0(avg)= 2/π Vm cos⁡α

V0(avg)= 2/π(√2.230cos⁡α

cos⁡α=0,96

α=15°

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Questão 10) Um retificador de onda completa em ponte com diodo de retorno fornece tensão para uma carga RL. A fonte de tensão é de 120V e a porção resistiva da carga é de 10 Ω. Se o ângulo de retardo α for de 30°, determine a corrente média na carga:

Dados: V0(ave) = 124 v

Vm = 208 V

V0(avg)= (208(1+cos⁡〖30°)〗)/π=124 V

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