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LISTA DE RETIFICADORES
1. Quais são os tipos básicos de conversores de potência? R.: Existem 4 tipos básicos de conversores de potência: Retificadores: Estes são responsáveis pela transformação de uma tensão AC em uma tensão DC. Inversores de Frequência: Estes são responsáveis por transformar DC em AC. Conversor de Frequência (ciclo conversor): Estes são responsáveis pela transformação de um sinal AC em determinada frequência em outro sinal AC em uma outra determinada frequência. Reguladores de tensão: Estes são responsáveis por converter um sinal com uma amplitude em DC para outro sinal DC com amplitude diferente. Pode ser aumentador ou diminuidor de tensão. 2. Explique a diferença entre retificador de meia onda e onda completa. R.: Os retificadores de meia onda são chamados assim devido ao fato de cada diodo conduzir somente meia onda de cada vez. Logo, para utilizar toda a onda da senoide da entrada, são necessários dois diodos, um conduzindo o semi-ciclo negativo e outro para o semi-ciclo positivo. Já os retificadores de onda completa, possuem esse nome devido ao fato de cada par de diodos conseguir conduzir a onda completa da senoide, hora conduzindo o semi-ciclo positivo, hora conduzindo o negativo. Ademais, nos retificadores de onda completa, a máxima tensão de reversão que os diodos são expostos é exatamente a tensão da fonte, fato que não acontece nos circuitos de meia onda, onde a máxima tensão de reversão é de 2x a tensão da fonte. E ainda, os retificadores de onda completa apresentam quase o dobro de eficiência quando comparados com os circuitos de meia onda. Comparando os retificadores monofásicos de onda completa e meia onda, os de onda completa apresentam aproximadamente 64% do valor médio de entrada na saída e
71% do valor RMS da entrada na saída. Para o de meia onda, são 32% e 50%, dos valores médio e RMS, respectivamente.
3. Quais são as classificações de retificadores? Faça um esquema ilustrativo. R.: Os retificadores podem ser classificados em duas famílias: Meia onda e Onda completa. Na ramificação de meia onda, é possível encontrar 3 tipos diferentes: Monofásico, bifásico e trifásico. Já para a ramificação de Onda completa, só existirão os retificadores Monofásico em ponte e o trifásico. (Esquema vide caderno) Há, ainda, outros tipos de retificadores conhecidos como polifásicos, onde geralmente são aplicados a circuitos específicos onde é necessário a retificação de sistemas com mais de 3 fases. Dentro dessa exceção, há a divisão dos retificadores de meia onda e onda completa. (Esquema vide caderno) 4. Descreva, com suas palavras, o funcionamento e as características de cada tipo de retificador apresentado na questão
R.: Meia Onda: Monofásico: Como o próprio nome diz, é responsável por retificar uma única fase. Seu princípio de funcionamento é baseado em um diodo colocado polarizado diretamente em série com o circuito, onde no semi-ciclo positivo, o Anodo será mais positivo que o Catodo do diodo, desta forma o polarizando e permitindo a passagem da corrente. No semi-ciclo positivo, há a inversão do estado do diodo, sendo o Anodo menos positivo que o Catodo, deixando-o inversamente polarizado, e, portanto, há o corte na onda de saída, conduzindo somente a parte positiva da senoide, por isso se dá o nome de retificador de meia onda, e o ângulo de condução é de 180°. (Meia onda). Apresentam 32% do valor médio de entrada a saída e 50% do valor RMS de entrada a saída. (Onda completa). Apresentam 64% do valor médio de entrada a saída e 71% do valor RMS de entrada a saída. O retificador Bifásico precisa da inserção de um transformador de center tape, o qual fornecerá referência para a saída. Este
tipo necessitar de um transformador center-tape, que acarretará na amplitude de saída ser metade da amplitude da senoide de entrada (considerando diodos ideais). (Meia onda). Apresentam 32% do valor médio de entrada a saída e 35% do valor RMS de entrada a saída.
6. Compare as características do retificador em ponte e do bifásico de meia onda. R.: O retificador em ponte é definido com um circuito que conduz a onda completa, com utilização mínima de 4 diodos. Este circuito apresenta a onda de entrada na saída, quando considerando os diodos ideias e também fornece uma tensão de reversão aos diodos igual a tensão da amplitude, ou seja, não oferece muito esforço no sentido de polarização inversa do diodo. Ainda neste tipo de retificador, os diodos conduzem por um ângulo de 180° cada um. (Onda completa). Apresentam 64% do valor médio de entrada a saída e 71% do valor RMS de entrada a saída. Nos retificadores bifásicos, como explicado no item acima, necessita de um transformador do tipo center-tape. Por esse motivo, esse circuito oferece uma amplitude de tensão de saída igual a metade da entrada. Esse circuito necessita somente de 2 diodos para o funcionamento, no entanto, cada diodo está sujeito a uma tensão de reversão de 2x a tensão da fonte. Esse fato é explicado pois, por exemplo no semi-ciclo negativo, do primeiro diodo, a tensão do diodo
seria 𝑉𝑉𝑑𝑑 = 𝑉𝑉𝑎𝑎 − 𝑉𝑉𝑏𝑏 = −𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 − 𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 = − 2 𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖. (Meia onda). Apresentam 32% do valor médio de entrada a saída e 50% do valor RMS de entrada a saída.
7. Qual a função do reator de interfase em retificadores de múltiplas fases? Em quais casos eles são necessários? R.: O reator de interfase exerce papel de extrema importância quando se deseja ter a máxima eficiência em retificadores polifásicos. Este componente permite que os circuitos retificadores (onda completa ou meia onda) trabalhem paralelamente. Logo, distribuindo melhor entre os circuitos retificadores a energia que será transferida a carga.
No entanto, o reator de interfase somente é necessário se o intuito for realizar a ligação em paralelo dos circuitos. Caso seja necessário o uso de uma conexão do tipo série, ele passa a ser desnecessário. Mas seu ponto negativo é que somente parte do circuito total funcionará por vez, acarretando em uma possível sobrecarga sobre os circuitos retificadores.
8. Defina os conceitos de tensão média e eficaz (RMS). A tensão média é tirada a partir do valor médio de uma onda, onde pode ser calculada através das áreas das funções, ou pela seguinte
equação: (^1) 𝑇𝑇 ∫ 0 𝑇𝑇 f(x)𝑑𝑑𝑑𝑑. Para uma função senoide com offset em 0V, este
valor sempre será zero, devido a senoide ser simétrica no semi-ciclo positivo e negativo, ou seja, suas áreas de [0,π] e [π,2π] se anulam. Já a tensão eficaz RMS, onde seu nome deriva da raiz quadrada do
quadrado do valor médio. Ou matematicamente: �^ 𝑇𝑇^1 ∫ �𝑓𝑓 0 𝑇𝑇 (𝑑𝑑)� 2 𝑑𝑑𝑑𝑑, onde para
a função seno, se torna √2 2 ≅ 0,707. Este tipo de tensão informa o real
trabalho realizado pelo sinal e é uma forma de compararmos as tensões DC com AC. Uma vez que fosse colocada uma carga resistiva em série com uma fonte senoidal e se substituísse a fonte senoidal por uma DC com o valor RMS dessa senoide, a carga resistiva dissiparia o mesmo valor de potência, atestando o fato da comparação das tensões DC e VRMS.
9. Explique as relações gerais existentes entre tensão média, tensão eficaz e eficiência de um retificador. R.: Existem vários tipos e configurações de retificadores e uma forma de escolher o melhor retificador é pela sua eficiência. Em geral, retificadores que fazer a conversão AC->DC de mais fases possuem maior eficiência do que retificadores monofásicos. Ainda, retificadores de onda completa saem na frente, em quesito eficiência, quando comparados aos de meia onda.
conduzindo durante o ciclo negativo do sinal, implicando em um sinal AC na saída. Devido a um motor DC altamente indutivo conectado na saída de um retificador monofásico, meia onda, o impacto no retificador será a diminuição do valor médio da tensão de saída e a condução de parte do ciclo negativo da entrada. Já para o motor DC (carga), o efeito é acentuado devido a sua sensibilidade a tensões médias. Logo, se é um motor muito indutivo, é possível afirmar que com a diminuição da tensão média DC aplicada a ele, o motor passará a necessitar de uma maior corrente para funcionar. Essa sobre corrente pode ser danosa não só para o circuito retificador, bem como para o próprio motor.
12. Como a inserção de um diodo volante afeta um retificador com carga indutiva? R.: O diodo volante soluciona a problema de condução do semi- ciclo negativo em retificadores de meia onda. Essa solução é dada por que o diodo volante é utilizado como um caminho para que a indutância presente na carga se dissipe na sua própria resistência. Sem o diodo volante a tensão ficaria sobre o diodo retificador, permitindo a passagem de parte do semi-ciclo negativo. Com a inserção, essa tensão polariza diretamente o diodo volante, que por sua vez permite a circulação da corrente da indutância até a sua extinção. Uma característica negativa é que a DDP do diodo volante aparece como parte total do semi-ciclo negativo na saída. Ou seja, para todo o ciclo o diodo retificador funcionará corretamente, mas em especial no semi-ciclo negativo, aparecerá uma tensão de -0,7V nos terminais de saída, devido a polarização do diodo volante diretamente. É valido lembrar que para tensões acima de 7V, a DDP do diodo pode ser desprezada, devido as proporções de ordens de grandeza. 13. Todo retificador necessita de diodo volante? R.: Não! Em geral, os retificadores de onda completa em configuração de ponte não necessitam de diodo volante pois a própria
ponte de diodos fornecer o caminho para a corrente da indutância se extinguir com o tempo. Os diodos volante são necessários somente para retificadores de meia onda, onde o problema da DDP sobre o(s) diodo(s) retificador(es) é visto.
