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Cap. 4 – Retificadores de ondacompleta
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• Principal Vantagem
– Menos Ripple (em relação a retificadores de meia onda)
Retificadores de onda completa - Introdução
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Retificadores de ondacompleta de uma fase
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Retificadores de onda completa de uma fase - Básicos
Retificador emponte
Retificador com transformador de tap central
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Presença do retificador em ponte em circuitos profissionais
http://www.zen22142.zen.co.uk/Circuits/Power/1230psu.htm
http://www.eleccircuit.com/high-current-12v-30a25a20a15a-ham-radio-power-supply/
Fontes de alta potência (retificadores)
5A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A
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Presença do retificador em ponte em circuitos profissionais
http://www.circuitstoday.com/12v-15a-voltage-regulator
http://hotresistor.blogspot.com.br/2014/02/making-high-current-12v-voltage.html
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Retificador em Ponte
Observações:- Diodos D1 e D2 conduzem ao mesmo tempo- Diodos D3 e D4 conduzem ao mesmo tempo
- Corrente na carga pode ser positiva ou zero, mas nunca negativa (corrente sempreno mesmo sentido)
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Retificador em Ponte
Observações:- Tensão máxima em um diodo reversamente polarizado é igual a –vs- Se D1 esta diretamente polarizado a tensão em D3 é –vs- A corrente média da fonte é zero.- A corrente RMS da fonte é igual a corrente RMS da carga- A frequência fundamental na carga é 2 x a frequência da fonte.- Utiliza 4 diodos.
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Retificador em Ponte
Tensão na fonte
Tensão na carga
Tensão em D1 e D2
Tensão em D3 e D4
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Retificador em Ponte
Tensão na fonte
Tensão na carga
Corrente em D1 e D2
Corrente em D3 e D4
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Retificador em Ponte
Tensão na fonte
Tensão na carga
Corrente na carga
Corrente na fonte
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Simulação PSPICE
Restrições do PSPICE para simulação de transformadores:- Todos os nós devem ter um caminho até o terra (GND) é preciso colocar uma resistência alta
ligando os lados do transformador.- É preciso colocar uma pequena resistência no laço que contem o transformador ideal para impedir
que a corrente seja infinita e a simulação dê erro.
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Simulação PSPICE
Para ver o gráfico sem o fundopreto é preciso ir em Print Preview.
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Retificador com transformador de tap central
Observações:- Apenas um diodo conduz de cada vez- A corrente na carga pode ser positiva ou zero mas nunca negativa.- As tensões no secundário do transformador são:
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Retificador com transformador de tap central
Observações:- O transformador proporciona isolamento elétrico com a carga- Utiliza 2 diodos e um transformador de tap central.
*Isolamento elétrico permite medições com o osciloscópio
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Retificador com transformador de tap central
Tensão na fonte
Tensão na carga
Tensão em D1
Tensão em D2
- A frequênciada tensão nacarga é duasvezes a da fonte.
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Retificador com transformador de tap central
Tensão na fonte
Tensão na carga
Tensão em D1
Tensão em D2
- A tensão reversamáxima em um diodoé igual a duas vezes a tensão de pico da carga.
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Retificador com transformador de tap central
Tensão na fonte
Tensão na carga
Corrente em D1
Corrente em D2
Corrente na carga
Corrente na fonte - Corrente médiana fonte é zero
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Considerações do Retificador em Ponte
- A baixa tensão de pico no diodo do retificador em ponte o torna mais adequado para aplicações de alta tensão.
* Uma alta tensão na fonte será duas vezes maior no diodo podendo queimá-lo, exigindodiodo muito grandes.
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O retificador com tranformador de tap central apresenta:- Isolação elétrica- Apenas uma queda de tensão de diodo entre a fonte e a carga.
* É mais adequado para aplicações de baixa tensão e alta corrente.** Como a queda de tensão é menor, essa topologia causa menos impacto em circuitoscom pequenas tensões de alimentação e o ganho é desprezível para o caso de altastensões.
Considerações do retificador com transformador
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Carga R
Retificadores de onda completa de uma fase
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• Carga Resistiva
Retificadores de onda completa de uma fase
- As fórmulas foram desenvolvidas com foco no retificador em ponte, porém a análise também se aplica ao retificador com trasformador de tap central
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• Carga Resistiva
Retificadores de onda completa de uma fase
Componente DC da Tensão = Valor médio Vo
Corrente DC
Atenção para os limites de integração e o período
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• Carga Resistiva
Retificadores de onda completa de uma fase
Potência absorvida =
Igual para senoide retificada e não retificada.(VALOR RMS = ÁREA DA CURVA)
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• Carga Resistiva
– Corrente na carga é uma senoide retificada em fase com a tensão.
Portanto:
Fator de potência = 1
Retificadores de onda completa de uma fase
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Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Análise semelhante ao circuitocom diodo de roda livre.
Momento da energização do circuito: Corrente transiente
Regime permanente:Corrente assume a forma abaixo
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Tensão na carga RL Senoide completa retificada Pode ser representada por uma série de Fourier
- Termo DC e Harmônicos pares
e
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Tensão e correntena carga
Corrente emD1 e D2
Corrente emD3 e D4
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Tensão e correntena carga
Tensão e correntena fonte
Corrente emD1 e D2
![Page 32: Cap. 4 Retificadores de onda completa - PUC Goiásprofessor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17742... · Fontes de alta potência (retificadores) 5A, 10A, 15A, 20A,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022017/5b7a28e57f8b9a99718bacaa/html5/thumbnails/32.jpg)
• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Corrente na carga RL – não linear Calculada usando o teorema da superposição pois a impedância do
indutor é diferente para cada frequência. A fonte apresenta apenas uma frequência (é senoidal), contudo a
ponte retificadora gera as diversas frequências harmônicas.
Corrente DC:
Amplitude de cada termo dos harmônicos:
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Observações
- A medida que “n” cresce, a amplitude da tensão diminui.
- A medida que “n” cresce, a impedância Zn aumenta
- A redução de tensão e o aumento de impedância faz com que os termos harmônicos reduzam rapidamente, portanto, com apenas alguns termos é possível descrever a corrente na carga.
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Observações
- Se o indutor for MUITO GRANDE, ele representa uma impedância infinita para as correntes alternadas (componentes harmônicas).
- A corrente na carga será praticamente DC.
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• Carga RL
Retificadores de onda completa de uma fase
Observações
- Se o indutor for MUITO GRANDE, ele representa uma impedância infinita para as correntes alternadas (componentes harmônicas).
- A corrente na carga será praticamente DC.
![Page 36: Cap. 4 Retificadores de onda completa - PUC Goiásprofessor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/admin/arquivosUpload/17742... · Fontes de alta potência (retificadores) 5A, 10A, 15A, 20A,](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022017/5b7a28e57f8b9a99718bacaa/html5/thumbnails/36.jpg)
Carga RL + fonte DC
Retificadores de onda completa de uma fase
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Carga RL + fonte DCRetificadores de onda completa de uma fase
• Representa uma carga genérica na indústria
Exemplos:- Um driver de motor DC- Um carregador de bateria
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Carga RL + fonte DCRetificadores de onda completa de uma fase
• Representa uma carga genérica na indústria
Exemplos:- Um driver de motor DC- Um carregador de bateria
Modos de operação:• Corrente contínua• Corrente descontínua
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Carga RL + fonte DCRetificadores de onda completa de uma fase
Modo de operação em Corrente Contínua
Condições que definem operação em corrente contínua:
- Corrente na carga sempre é positiva para a operação em estado permanente
- Tensão na carga é um senoide completa retificada
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Carga RL + fonte DCRetificadores de onda completa de uma fase
A única diferença para o circuito RL é o termo DC da série de Fourier:
Termos senoidais da série permanecem iguais.
Modo de operação em Corrente Contínua
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Carga RL + fonte DCRetificadores de onda completa de uma fase
Modo de operação em Corrente DESCONTÍNUA
- A tensão DC da carga se for muito alta faz com que a corrente da carga sempre retorne para zero.
- Nesse caso deve ser analisado como o circuito retificador de meia onda para carga RL-DC. (ver aulas anteriores do cap.3)
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Filtro capacitivo de saídaRetificadores de onda completa de uma fase
Os cálculos utilizam as mesmas fórmulas do cap.3 para o retificador de meia onda.
Altera-se apenas o período da onda de 2𝜋 para 𝜋.
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Filtro capacitivo de saída – Video 1Retificadores de onda completa de uma fase
Ver:0 - 2min50
4 - 5min308 - 9min30
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Filtro capacitivo de saída – Video 2Retificadores de onda completa de uma fase
Até 5min
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Circuitos dobradores de tensão
- Dobra o valor da tensão- Retifica a onda
Assista:CIRCUITO DOBRADOR DE TENSÃO | Fast Lesson #101 https://www.youtube.com/watch?v=4mWs-5-9e0Q
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Circuitos dobradores de tensão
Semi-ciclo positivo
Capacitor C1 carrega
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Circuitos dobradores de tensão
Semi-ciclo negativo
Capacitor C2 carrega
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Circuitos dobradores de tensão
Tensão na carga- Dobro do pico da tensão da fonte AC- Tensão retificada
Importante:- Tensão aumenta e corrente diminui.- Potência permanece constante
Usado em sistemas com diferentes padrões de tensão
Exemplos:Transformar de 12Vac em 24Vcc sem usar um tranformador.
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Circuito retificador com filtro LC
ObjetivoTensão na saída na prática é quase que puramente DC (ripple mínimo)
CapacitorMantem a tensão em um nível constante
Indutor Suaviza a corrente do retificador e reduz as correntes de pico nos diodos
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Retificadores controlados de onda completa
- Os diodos são substituidos por SCRs.- Adição de circuitos de controle para disparar os SCRs
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Retificadores controlados de onda completa
- Diodos são substituidos por SCRs.
SCRs S1 e S2 - Se tornam diretamente polarizados no semi-ciclo positivo- Conduzem neste momento apenas se um pulso de corrente for aplicado no gate.
SCRs S3 e S4- Se tornam diretamente polarizados no semi-ciclo negativo- Conduzem apenas se forem disparados.
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Retificadores controlados de onda completa
- O ângulo 𝛼 (ângulo de disparo ou atraso) é o intervalo entre a polarização direta do SCR e a aplicação do pulso no gate.
- Se o ângulo 𝜶 for zero, então o retificador controlado se comporta como o retificador não controlado (passa os 180 graus).
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Retificadores controlados no PROTEUS
Generators Pulse
Alternator
Disparo do SCR
O disparo do SCR pode ser feito através de um:“Pulse generator”
Youtube:http://www.youtube.com/watch?v=Tfn3xTqTusA
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Retificadores controlados no PROTEUS
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Retificadores controlados no PSPICE
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Exercícios – retificadores de onda completa monofásicos
Carga RLCarga RLEFiltro capacitivo de saída
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Exercício – Retificador de onda completa com carga RL:
O retificador em ponte do circuito abaixo possui fonte AC com Vm=100V em 60Hz e uma carga RL série com R=10 ohm e L=10mH.
a) Determine a corrente média na cargab) Estime a variação de pico-a-pico da corrente de carga baseada no primeiro termo AC da série de Fourierc) Determine a potência absorvida pela carga e o fator de potência do circuitod) Determine a corrente média dos diodos.
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FórmulasSérie de Fourier de uma onda completa retificada
Tensão média
Corrente média
Harmônicos(“n” par)
Amplitudes das correntesdos harmônicos
Valor de pico-a-pico = 2 x Valor de amplitude
Potência na carga
Corrente RMS
Fator de potência
*Diodos conduzem apenas metade do período
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Resolução
a) Determine a corrente média na carga
Para determinar a corrente média na carga é preciso antes determinar a tensão média na carga
A tensão não é senoidal, portanto precisamos da série de Fourier
(Fórmulas dadas)
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Resolução
a) Determine a corrente média na carga
Calculando tensão média
Porque a tensão média é ? Termo DC da série de Fourier, n=0
Corrente média
=2(100)
𝜋
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Resolução
b) Estime a variação de pico-a-pico da corrente de carga baseada no primeiro termo AC da série de Fourier
Variação pico-a-pico
Amplitude da senoide da primeira harmônica
O valor real de pico-a-pico da onda necessita de todos o termos harmônicos, contudo o exercício pede uma aproximação baseada apenas no primeiro termo harmônico.
2. 𝜋. 60
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Resolução
c) Determine a potência absorvida pela carga e o fator de potência do circuito
n par
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Resolução
c) Determine a potência absorvida pela carga e o fator de potência do circuito
Fonte
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Resolução
d) Determine a corrente média dos diodos.
*Diodos conduzem apenas metade do período
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Exemplo 4-3: O circuito retificador de onda completa em ponte da figura abaixo possui fonteAC com amplitude de 120 Vrms em 60Hz, R=2 ohm, L= 10mH e Vdc=80V. Determine apotência absorvida pela fonte DC e a potência absorvida pelo resistor da carga.
Assumindo comportamento em corrente continua (desconsiderando a possibilidade de corrente descontínua)
Potência absorvida pela fonte DC
Retificador de onda completa monofásico com carga RLE
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Exemplo 4-3: O circuito retificador de onda completa em ponte da figura abaixo possui fonteAC com amplitude de 120 Vrms em 60Hz, R=2 ohm, L= 10mH e Vdc=80V. Determine apotência absorvida pela fonte DC e a potência absorvida pelo resistor da carga.
Primeiros termos da série de Fourier
Calculando a potência absorvida pelo resistor da carga:
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Exemplo 4-3: O circuito retificador de onda completa em ponte da figura abaixo possui fonteAC com amplitude de 120 Vrms em 60Hz, R=2 ohm, L= 10mH e Vdc=80V. Determine apotência absorvida pela fonte DC e a potência absorvida pelo resistor da carga.
Potência absorvida no resistor:
Solução no Pspiceconfirma a condição
de correntecontínua
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Filtro capacitivo de saídaRetificadores de onda completa de uma fase
Exemplo 4-4
O retificador de onda completo abaixo possui uma fonte de 120V (rms) em 60Hz, R=50ohm e C=100uF.
a) Determine a variação de tensão de pico-a-pico na saída.b) Determine o valor da capacitância que reduziria o ripple de tensão para 1% do valor da
tensão DC.
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Exemplo 4-4
O retificador de onda completa abaixo possui uma fonte de 120V (rms) em 60Hz, R=50ohm e C=100uF.
a) Determine a variação de tensão de pico-a-pico na saída.
Solução
Tensão de pico:
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Exemplo 4-4a) Determine a variação de tensão de pico-a-pico na saída.
Determinando ângulo 𝜃 e α
Diodo ON
Diodo OFF
Igual ao circuito retificador de meia onda com capacitor:
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Exemplo 4-4a) Determine a variação de tensão de pico-a-pico na saída.
Determinando ângulo 𝜃 e α
O ângulo α só pode ser determinado numericamente pela equação:
MATLAB SOLVE EQUATION:
O ripple é determinado pela diferença entre a tensão máxima e a mínima:
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Exemplo 4-4a) Determine a variação de tensão de pico-a-pico na saída.
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Exemplo 4-4b) Determine o valor da capacitância que reduziria o ripple de tensão para 1% do valor da tensão DC.
Logo:
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Retificadores de onda completa trifásicos
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Retificadores Trifásicos
• Normalmente usados na indústria para produzir tensão e correntes DC para cargas muito grandes.
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Retificadores Trifásicos
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Retificadores Trifásicos - Modelagem
• A fontes trifásicas são balanceadas e apresentam a sequência a-b-c.
• Fontes e diodo são considerados ideais.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• 1)Pela lei de Kirchhoff nos caminhos do circuito, apenas um diodo na parte de
cima da ponte pode conduzir em um intervalo de tempo (D1, D3 ou D5).• O diodo que estiver conduzindo terá seu anodo conectado à tensão de maior
amplitude naquele instante.
• 2) Pela lei de Kirchhoff, apenas um dos diodos da parte de baixo da pontepode conduzir em cada intervalo de tempo (D4, D5 ou D6).
• O diodo que estiver conduzindo terá seu catodo conectado à tensão de fasede menor valor naquele instante.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• D1 e D4 não podem conduzir ao mesmo tempo.• D3 e D6 não podem conduzir ao mesmo tempo.• D5 e D2 não podem conduzir ao mesmo tempo.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• A tensão de saída na carga será uma das tensões de linha da fonte.
Vab, Vac, Vbc, Vba, Vca, Vcb (3 fases combinadas duas a duas = 6 possibilidades)
1 2 3 4 5 6
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• Quando D1 e D2 estiverem ligados, a tensão de saída será Vac.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• Os diodos ligados são determinados pela tensão de linha que é maior naquele
instante.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• Os diodos ligados são determinados pela tensão de linha que é maior naquele
instante.• Se Vac for a maior tensão de linha naquele instante, então a tensão na carga
será Vac.
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Retificadores Trifásicos
• Observações básicas no circuito:• Considerando um período de 360 graus, a transição entre tensões de linha
será realizada a cada 360/6 = 60 graus.• Devido às seis transições, este circuito é chamado de RETIFICADOR DE SEIS
PULSOS.• A frequência fundamental da tensão de saída é 6x a frequência da fonte
Pi/3 = 60 graus
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Retificadores Trifásicos
Pares de diodos queconduzem ao mesmo tempo:
(6,1)(1,2)(2,3)(3,4)(4,5)(5,6)(6,1)….
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Retificadores Trifásicos
Tensão reversa sobre o diodo (em vermelho)
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Retificadores Trifásicos
corrente nos diodos
Corrente média em um diodo
Corrente RMS em um diodo
Corrente RMS em uma fonte
Corrente média na carga
Corrente RMS na carga
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Retificadores Trifásicos
Potência aparente da fonte trifásica
Tensão instantânea na carga
Período =
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Retificadores Trifásicos
Tensão média na carga (Termo DC da série de Fourier)
Tensão instantânea na carga expressa como série de Fourier
Termos AC da série de Fourier
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Retificadores trifásicos controlados
𝛼 = 45°
Substituindo diodos por SCRs
Tensão média na carga
Ângulo de disparo ou de atraso (𝜶) Tempo entre o momento em que o SCR se tornadiretamente polarizado e a entrada do pulso de corrente em seu gate.
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Retificadores de 12 pulsos
Uso de dois retificadores de 6 pulsos para formar um retificador de 12 pulsos.Vantagens:- Redução de harmônicos- Exige filtros menores
Pulsos defasados de 30 graus em relação aoprimeiro retificador
Ondas para 𝛼 = 0
Defasagem de 30 graus
Tensão média
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Exercícios
Dica: Exemplo 4.12