Retificadores
CIRCUITOS RETIFICADORES Retificador é um circuito que faz a conexão entre uma fonte CA e uma Carga CC, isto é, converte uma tensão CA em CC. A tensão direta assim obtida não é pura tal qual a de uma bateria, contém componente de ripple alternada (CA), superposta com um nível médio (CC). Existem vários tipos possíveis de retificadores, e, de acordo com o tipo, obtém-se diferentes ripples , tensão média e eficiência na saída. De acordo to view nut*ge com a natureza da carga, influências sig alimentação. – CIRCUITOS E NOM Os circuitos retificad de meia-onda ou um r na tensão CA de grandes grupos, os aminho, e os de onda completa ou em ponte ou dois caminhos. Os retificadores de meia-onda são aqueles que possuem um diodo por fase da tensão CA de alimentação na entrada. Todos os diodos são ligados em cátodo ou ânodo comum em um terminal de carga, e o outro terminal da carga ligado ao neutro do transformador de alimentação. A expressão meia-onda vem do fato de que, em cada fase na entrada, a corrente é unidirecional; por isso alguns autores preferem a denominação um caminho.
Os retificadores de onda completa correspondem à associação de dois retificadores de meia-onda ligados em série. Um deles leva a corrente até a carga, sentidos, com valor médio nulo. Daí alguns autores preferirem a denominação dois caminhos . Quanto à característica de controle, os retificadores se enquadram em uma das seguintes categorias: sem controle, meio controlado ou híbridos e totalmente controlado. O retificador sem controle contém apenas diodos, fornecendo ? carga uma tensão média fixam que depende da tensão alternada presente na entrada.
O retificador totalmente controlado contém apenas tiristores ou então transistores de potência. Nesses retificadores, utilizando-se circultos de disparo apropriados, o valor édio entregue à carga pode ser controlado, desde um valor positivo até um valor negativo. Esse fato caracteriza esses retificadores como conversores bidirecionais , pois o fluxo de potência ora vai da entrada para a carga, ora da carga para a entrada. O retificador híbrido ou meio controlado contém um misto de diodos e tristores.
O valor médio na carga é controlado, porém sempre positivo, desde um valor médio máximo até zero. Esse fato caracteriza esses retificadores como conversores unidirecionais , pois o fluxo de potência vai sempre da entrada para a carga. Pelo número de pulsos caracteriza-se a tensão de saída de um etificador, e conseqüentemente define-se quantas vezes essa tensão de saída é maior que a tensão de entrada. Por exemplo, retificador de seis pulsos quer dizer que o ripple de saída é seis vezes maior que a frequência da entrada.
Assim, sendo de 60 Hz a freqüência fundamental do ripple da PAGF freqüência fundamental do ripple da saída. 2 – DIODO DE COMUTAÇAO Em muitos retificadores, em particular os bidirecionais, coloca-se um diodo em paralelo com a carga, ilustrado na Fig. 1. Esse diodo, denominado diodo de retorno, de circulação SENA Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 23 u de comutação, evita que a tensão média na carga fique negativa durante o semiciclo negativo da tensão CA na entrada, mantendo a corrente do retificador na carga. Fig. – Posição do diodo de comutação Esse diodo tem, portanto, duas funções básicas: – Evitar a tensão média negativa na carga; — Manter a corrente em circulação na carga, mesmo com os tiristores do conversor bloqueados. 3 – RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA-ONDA (OU DE UM CAMINHO) Este é o mais simples dos retificadores, e seu circuito está representado na Fig. 2. Fig. 2 – Retificador monofásico de meia-onda. (a ) Circuito. b ) Formas de onda para carga puramente resistiva. ( c) Formas de onda para cargas contendo indutância.
As formas de onda estão r PAGF 3′ na Fie. 2(b), Industrial uma carga puramente resistiva e uma tensão senoidal vs, com valor de pico Vmax da entrada. No semiciclo positivo da tensão de entrada, o diodo conduz; a corrente na carga será iL = vs/R. No semiciclo negativo o diodo será bloqueado, e a corrente na carga será igual a zero. Nessas condiçdes a tensão de entrada será aplicada reversamente no diodo. O valor médio da tensão na carga pode ser determinado a partir da definição do alor méd10 aplicado à forma de onda da tensão na carga.
Resulta: vmédi0 = (1/2 Portanto : Vmédio = Vmax sen a de onde a wt (rad) Vmáx (1. 1) (1. 2) Conforme Fig. 3, a tensão instantânea na carga dada pela expressão: VL=RiL+Ldi Ldt (1-3) A tensão média na carga é: Vmédio (1/2 TI) J Vmáx sen B d 9 (1. 4) Obtida da forma de onda da tensão na carga, Fig. 2 ( c tendo nesse caso um valor menor que no caso com resistência pura. O retificador monofásico de meia-onda pode se tornar controlado substituindo o diodo por um tiristor, cujo acionamento é feito por um circuito de disparo apropriado, como mostra na fig. a O tiristor está diretamente polarizado no semiciclo positivo. Então, se o circuito de disparo fornecer um impulso positivo de corrente Ig em relação ao cátodo, o tiristor entrará em condução. Dessa forma, o ângulo de atraso a pode variar teoricamente de 00 a 1800. As Figuras 4 ( b) e 4 (c) mostram as formas de onda para dois diferentes ângulos de dis aro. O diodo de comutação não permite que a tensão na Para os ângulos de disparo pequenos pode acontecer de o tiristor ser disparado antes que a corrente pelo diodo de comutação chegue a zero.
Então a corrente na carga é contínua, Fig. ( b ); se o ângulo de disparo for grande (próximo a 1800), o tiristor é disparado quando a corrente do diodo de comutação já tiver extinguido. Nesse caso a corrente na carga é dita descontínua, Fig. 3 (c). 26 Analisando a forma de onda da tensão na carga, conclui-se que a tensão média pode ser determinada pela equação: Vmédio = (1 / 211) J Vmáx sen a da (l + cos . 5) 2TT Portanto: para ângulo de disparo igual a zero (máximo) para ângulo de disparo igual a 1800 Vmédio – Vmédio O diminuindo o intervalo de condução do tiristor. – RETIFICADOR BIFÁSICO DE MEIA-ONDA (OU DE UM CAMINHO) O circuito de retificador bifásico de meia-ona está desenhado na figura É alimentado por duas tensões senoidais, VI e V2, defasadas de 1800 entre si, obtidas de um transformador com tomada central (N). Em qualquer instante, somente um dispositivo (diodo ou tiristor) estará conduzindo a corrente elétrica. No caso de diodos, conduzirá aquele que estiver ligado à fase com maior tensão, e, no caso de tiristores, tenta-se disparar os dois simultaneamente, aquele ligado à fase de maior tensão entrará em condução.
Com relação à Fig. S (a TI; analogamente T2, dentro do semiciclo de V2. O circuito de isparo foi omitido. Entretanto basta construir um circuito que forneça pulsos, como mostram os gráficos de Igl e Ig2. Se o ângulo de disparo for igual a zero, os tiristores se comportarão como se fossem diodos. Quando TI é disparado, a corrente na carga aumenta, e, devido ? indutância, T s ó deixará de conduzir quando T2 for acionado. Como T2 é acionado quando VI é negativo, aparecerá uma tensão negativa na carga. Condições análogas ocorrem quanto T é disparado.
A tensão sobre os tiristores tem a mesma forma de onda, porém defasada de 1800 entre si. No caso de TI, inicialmente, a tensão é positiva, as não recebeu impulso de gate. Portanto nao est Após o impulso de Rate PAGF 7 após o disparo de T , TI é bloqueado e a tensão 2 sobre ele é V = VI + V2 (ver Fig. 6). Logo, nos tiristores a tensão direta máxma é igual ? tensão reversa máxima, e ambas iguais a 2 Vmax, que é o valor maximo da tensão nos terminais do secundário do transformador de entrada. 27 Fig. 5 – Retificador controlado bifásico. ( a ) Circuito. b) Formas de onda. Analisando a forma de onda da tensão na carga, na Fig. 5 ( b conclui-se que o valor médio da tensão na carga será: Vmédio = (1 / n) J Vmáx sen 9 dB 2 Vmáx os a (1-6) Essa equação assume que a indutância da carga seja grande o suficiente para não pode ser do tipo sem controle (4 diodos), híbrido ou meio controlado (2 diodos e 2 tiristores), ou totalmente controlado (4 tiristores). Esta seção descreve cada um dos tipos. 5. 1 – Sem controle Na Fig. 7 estão desenhados quatro tipos de circuitos que podem representar esse retificador.
A titulo de estudo e comparação com futuros retificadores, a representação mais utilizada é aquela da Fig. 7 ( c ), embora se utilize também a da Fig. 7 ( d pois essas configurações permitem estudar outros retificadores por omparação. por exemplo, associando-se em série dois retificadores de meia-onda, utilizando-se na alimentação uma tomada central N, equivale ao de onda completa. Assim sendo, a forma de onda da tensão na carga pode ser obtida com uma alimentação senoidal, Vx e Vy, ou então considerando uma tomada central e as tensões VI e V2, referenciadas a N.
Sem tomada central, quando Vx é positlvo, Dl e 02 conduzem, e, quando Vy é positivo, conduzem 03 e 04, resultando as formas de onda da Fig. 7 ( e Com tomada central para VI positivo e V2 negativo, Dl D2 conduzem, e, para V2 positivo e VI negativo, D3 e D4 onduzem, resultando as formas de onda da Fig. 7 ( e ). Nos dois casos a tensão reserva máxima no diodo é o valor máximo da tensão alternada (Vmax), presente entre os terminais do secundário.
As formas de onda da corrente nos diodos e na entrada são idênticas àquelas do retificador bifásico de meia-onda, mostradas na Fig. 5. Similarmente ao retificado etificador monofásico de retificador anterior, o retificador monofásico de onda completa pode ser caracterizado por um conversor de dois pulsos. 29 Fig. 7 – Retificador monofásico em ponte. ( a) – ( d ) Circuitos representativos. ( e ) Formas de onda. 5. 2 – Totalmente Controlado O circuito do retificador monofásico totalmente controlado está representado na Fig. , na qual os diodos foram substituídos por tiristores. Para alimentação da carga, os tiristores TI e T2 devem ser acionados simultaneamente quando Vx é positivo ou quando VI é positivo e V2 negativo e, 1800 depois (próximo semiciclo), acionados T3 e T4. Para acionamento de dois tiristores simultaneamente, o circuito de disparo deve ser interligado com os tiristores, como mostra a Fig. 9. A equação que fornece o valor médio da tensão na carga é a mesma estudada no retificador bifásico de meia-onda, ou seja: 2Vmáx (1. 7)