1-Retificadores

8/18/2019 1-Retificadores

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25/09/2014

1

Eletrônica de Potência

Prof. Luiz AntonioUFMA

Conversores CA - CCRetificadores

Parâmetros de Desempenho Corrente na entrada de um equipamento baseado em eletrônica de potência

t V v

mV

s s 1sin2

)(sin2)sin(21

111

distorção

1

1 hh

h

shrmsrms s

h

sh s s t I t I iii

1

2

1

1

2

1

2

100

100%

h rms s

shrms

rms s

rms s srms

i

I

I

I

I I THD

Distorção Harmônica Total (em termos dos valores RMS)

rms s

rms s

I I

V V


2/47

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2

Parâmetros de Desempenhoo Fator de potência

- Sinais senoidais

- Sinai s não senoidais

HF – fator de distorção harmôni ca

DPF – fator de deslocamento

cos

cos

FP

I V

I V FP

srms srms

srms srms

DPF THD

DPF HF FP

I

I FP

I V

I V FP

i

srms

srms

srms srms

srms srms

2

1

1

1

1

cos

cos

1 – O fator de harmônico é uma medida da distorção deuma forma de onda.2 – Se a corrente de entrada for puramente senoidal, oFP será igual ao DPF. O ângulo torna-se o ângulo daimpedância.3 – O fator de deslocamento DPF é conhecido como fator de potência de deslocamento (displacement power factor )

Parâmetros de Desempenho• Fator de Crista (valor ideal: FC = 1)

• Fator de Forma (valor ideal: FF = 1)

• Fator de Ondulação (valor ideal: RF = 0)

• Taxa de utilização do transformador (quando há trafo na entrada)(valor ideal: TUF = 1)

srms

s

I

I FC max

o

orms

V

V FF

1

2

o

orms

V

V RF

srms srms

o

I V

P TUF


3/47

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3

Retificador 1 de meia-onda: carga R

+

vo-

vd =0v s

io

0

V m

0

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

io

vo

2p

V m R

-V m

vd

p

2p p

0


2

0

V m

0

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

io

vo

2p

-V m

vd

p

2p p

+

vo-

+ vd -v s

io


4/47

25/09/2014

4


p

p

p m

mo

V t td V V )(sin2

1

0

2

)(sin2

1

0

2 mmorms

V t d t V V p

p


)(2

21 t sen

V v srmso

)(2

21

t sen R

V i srmso

%100iTHD

=

+

2

2

1

1 × 3cos 2 +

1

3 × 5cos 4 +

1

5 × 7cos 6 + ⋯

= 2

1

ℎ 1 × ℎ + 1 cos ℎ , ℎ = 2, 4, 6, …


5/47

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5

Retificador 1 de meia-onda: carga RL

0

0

V m

-V m

2p p t

I m

V m

0

-V m

v s

io

vo

vd

0

0

v L

v R

b

b

b

b

b

0

+

vo

-

+ vd -

v s

io


2

+

vo

-

+ vd -

v s

io

0

V m

-V m

2p p t

I m

v s

io

b

b

b

b

b

0

V m

0

-V m

vo

vd

0

0

v L

v R


6/47

25/09/2014

6


)cos1(2

b p

moV

V

p

b b

2

)2(2

2

senV V morms

R

Ltg

L R Z

e sent sen Z V t i t mo

22

/

)(

)()(



7/47

25/09/2014

7


ângulo de extinção ( )

R

Ltg


md m

o I Z

V I

ef m

orms I Z

V I

t d e sent sen I

t d e sent sen I

t

ef

t

md

p

p

b

b

0

2/

0

/

)(2

1

)(2

1


8/47

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8

Retificador 1 de meia-onda: carga RL ediodo de retorno

0

+

vo

-

+ vd -v s

id io

V m

-V m

2p p t

v s

V mvo

t

t

t

p t

io

id

idr

p

p

p

2p

2p

2p

2p


2

+

vo

-

+ vd -

v s

io

idr

V m

-V m

2p p t

v s

V mvo

t

t

t

p t

io

id

idr

p

p

p

2p

2p

2p

2p


9/47

25/09/2014

9


2; morms

mo

V V

V V

p

=

+ 2

2

cos 2

1 × 3 × +

cos 4

3 × 5 × +

cos 6

5 × 7 × + ⋯

= 2

ℎ 1 ℎ + 1 cos(ℎ )

Sendo: ℎ = 2, 4, 6, ...

= + ℎ ; ( ) =


2; morms

mo

V V

V V

p

Considerando a corrente de saídaaproximadamente constante: io = I dc

)cos(2

;2

1 t I

i I

I dc sdc

srms p

%14,121iTHD 646,0 FP

V m

-V m

2p p t v

s

2p p t

2p p t

io

i s = id

I dc

I dc

2p p t

idr I dc

=

2 +

2

2

sen 3

3 +

sen 5

5 +

sen 7

7 + ⋯


10/47

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10


• Estudo do transformador ( N s = N p)

)(2

;2

1 t sen I

i I

I dc p

dc prms

p

%43,48iTHD

o p P S 11,1 o s P S 57,1 9,0 FP

= 2

2

sen 3

3 +

sen 5

5 +

sen 7

7 + ⋯


• Estudo da Comutação: efeito da indutância da fonte

= p

2p


11/47

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11

Retificador 1 de Onda Completa:transformador com derivação central

Retificador 1 em Ponte: carga R

0

V m

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

vo

-V m

vd

2p p

0io

2p

V m R

p

0i s

2p

V m R

p

+

vo-

v s

io

D1 D3

D4 D2

i s


12/47

25/09/2014

12


0

V m

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

vo

-V m

vd

2p p

0io

2p

V m R

p

0i s

2p

V m R

p

+

vo-

v s

io

D1 D3

D4 D2

i s


R

V I

V t td V V

oo

mmo

p

p

p 2)(sin

1

0

R

V I

V V

t d t V V

ormsorms

srmsm

morms

2

)(sin1

0

2

p

p

%0iTHD

0

V m

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

vo

-V m

vd

2p p

0io

2p

V m R

p

0

i s

2p

V m R

p


13/47

25/09/2014

13


0

V m

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s1

io

vo

2p

V m R

p

v s2

,...6,4,2,1

1

1

12

h

hh

V V m

hp

= 2

4

cos 2

1 × 3 +

cos 4

3 × 5 +

cos 6

5 × 7 + ⋯

= 2

4

cos 2

1 × 3 +

cos 4

3 × 5 +

cos 6

5 × 7 + ⋯

Retificador 1 em Ponte: carga RL


srmsormsdcom

o V V I I V

V ;;2

p

dc srmsdc

drmsdc

d I I I

I I

I ;2

;2

%43,48;22

1

idcrms s

THD I I p

i s


14/47

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14


io2p p

V m

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

vo

= 2

4

cos 2

1 × 3 +

cos 4

3 × 5 + ⋯

= 2

4

cos 2 3 ×

+ cos 4

15 × + ⋯

= + ℎ , ℎ = 2,4,6, …

= ℎ

, ℎ = 2,4,6, …


• Estudo do transformador ( N s = N p)

=

= 1,1

= 0,9


15/47

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15


• Estudo da Comutação: efeito da indutância da fonte

= 2p

2p

Retificador 1 em Ponte com FiltroCapacitivo

Formas de Onda Aproximadas


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25/09/2014

16

Retificador 3 de meia-onda não-controlado: carga R

frms

f

o

f o

V V

V

t td V V

17,1

2

33

)(sin3/2

1

max

6/5

6/ max

p

p

p

p

frmsorms

f orms

V V

V V

19,1

4

3

32

3max

p

p

Retificador 3 de meia-onda não-controlado: carga R

R

V

R

V I

frmsoo

17,1

R

V I I

frmso D

3

17,1

3

o

f

Drmsa I t d t sen R

V I I 59,0)(

2

1 6/5

6/

2

max

p

p

p

)(4

3

3

121 t sen

R

V i

frms

a p

o

frms

a I R

V I 4027,0

4

3

3

11

p

%107iTHD 68,0 FP


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25/09/2014

17

Retificador 3 de meia-onda não-controlado: carga RL

Considerando somente o valor médio ea componente de terceiro harmônicoda tensão de saída, tem-se:

)3(3,017,1)( t senV V t v frms frmso

R

Ltg L R Z

t sen Z

V

R

V t i

frms frms

o

3;9

)3(3,017,1

)(

1

3

222

3

3

3



3

dc D

I I

3

dc Drmsa

I I I

)(3

1 t sen I

i dca p

p 2

31

dca

I I

%109iTHD 67,0 FP


18/47

25/09/2014

18


3

dc Drms sa

I I I

3

2 dc pa

I I

Retif icador 3

de meia-onda não-controlado: carga RL

Potência aparente do secundário:

dco sf

dco s srms sf

I V S

I V I V S

49,0

317,1

o sf s P S S 48,13

Potência aparente do primário:

dco pf

dco p prms pf

I V S

I V I V S

402,0

3

2

17,1

o pf p P S S 21,13

83,0 p

o

S

P FP


19/47

25/09/2014

19

Retif icador 3 de meia-onda não-controlado: carga RL

Estudo da comutação: efeito da indutância da fonte

= 1,17 3

2p

Retif icador 3

de meia-onda não-controlado: carga R


20/47

25/09/2014

20

Retif icador 3 em Ponte: carga R

Retif icador 3

em Ponte: carga R


21/47

25/09/2014

21

Retif icador 3 em Ponte: carga R

frms Lrms L

o

Lo

V V V

V

t td V V

34,235,13

)(sin6/2

1

max

3/2

3/ max

p

p

p

p

Lrms Lorms V V V 35,14

3

6

3max

p

p

Retif icador 3 em Ponte: carga RL


22/47

25/09/2014

22

Retif icador 3 em Ponte: carga RL

dcrmsa I I 3

231

p

%08,31iTHD 955.0 FP

dcarms I I 3

2

Reti f icador 3 em Ponte com Trafo: carga RL


23/47

25/09/2014

23

Retificador 1

de Meia-Onda Controlado – Carga R

= 2

1 +

=

21

+ 22

=

=

=

Retificador 1

de Meia-Onda Controlado – Carga RL

= 2

=

2

1

+

2 2

2

=

−

= −

=

Z = + ′ =

=


24/47

25/09/2014

24

Retificador 1

de Meia-Onda Controlado – Carga RLÂngulo de Extinção (

)

0 =

−

Retificador 1

de Meia-Onda Controlado – Carga RLCorrente Média Normalizada

= = 2


25/47

25/09/2014

25

Retificador 1

Controlado – Carga R

+

vo

-

T 1 T 3

T 4 T 2

i s

0

V m

0

0

-V m

p 2p

p 2p

V m

v s

io

vo

2p

V m R

-V m

vT

p

2p p

0

i g

2p p 0 a ap

i g12 i g34

i s 2p

V m R

0 p

Retificador 1

Controlado – Carga RL

a a p

cos9,0cos2

srmsm

o V V

V

dco s I i L e0


26/47

25/09/2014

26

%43.48100%

9.022

1

2

1

2

1

s

s s

dc s

dcdc s

I

I I THD I I

I I I p

a p

cos22

FP

Retificador 1

Controlado

Efeito da Indutância da Fonte e Carga

dc s so I LV V

p

a 2

cos9,0

)2/cos(

)/2(cos9,0 2

1uV

I L I V I

s

dc sdc s s

a

p a

v si si s1

vo

v s

t

t


27/47

25/09/2014

27

Retif icador 3 Controlado de Meia-onda

V m ou V fm – tensão máxima de fase

V Lm – tensão máxima de linha

Reti f icador 3 de meia onda – Carga R

a 3

o


28/47

25/09/2014

28

Reti f icador 3

de meia onda – Carga R

a 6

o

Reti f icador 3 de meia onda – Carga R

Valor médio da tensão de saída:

a 30 º(condução contínua)

30 º < a 150 º (condução descontínua)

a p

a p

p

a p

a p

cos2

3cos

2

33)(

2

3 6/5

6/

Lm fm

fmo

V V t d t senV V

)6/cos(12

3)(

2

3

6/a p

p

p

p

a p

fm

fmo

V t d t senV V

)2cos(8

33

2

1a

p morms V V

p

a p

p

a

8

)23/(

424

5

sen

V V Lmorms


29/47

25/09/2014

29

Retif icador 3 Controlado em Ponte

Retif icador 3 Controlado em Ponte


30/47

25/09/2014

30

Retif icador 3

Controlado em Ponte – Carga R

a 6

o

Retif icador 3

Controlado emPonte – Carga R

a 9

o


31/47

25/09/2014

31

Reti f icador 3 Controlado em Ponte – Carga R

Valor médio da tensão de saída:

a 60 º(condução contínua)

60 º < a 120 º (condução descontínua)

a a p

p

a p

a p cos35,1cos

2

26)(

2

6 3/2

3/ Lrms

Lrms Lmo V

V t d t senV V

)3/cos(135,1)(2

6

3/a p

p

p

a p Lrms Lmo V t d t senV V

Retif icador 3 Controlado

– Carga RL

a s I i L 0 e 0

a p

cos33 m

o

V V

V m – tensão máxima de fase


32/47

25/09/2014

32

Retif icador 3

Controlado em Ponte

–

Carga RLa 9

o

Retif icador 3

Controlado em

Ponte – Carga RL

a 12

o


33/47

25/09/2014

33

Retif icador 3

Controlado

Retif icador 3 Controlado

%08,31100%

3

2

78.0

1

2

1

2

1

s

s s

dc s

dc s

I

I I

THD

I I

I I a

p cos

3 FP


34/47

25/09/2014

34

Efeito da Indutância da Fonte

Comutação de T 5 para T 1: circuito equivalente

io = I d

Efeito da Indutância da Fonte

Corrente ia:

Tensões e corrente durante a comutação:


35/47

25/09/2014

35

Circui tos de Disparo de SCRs

Retificador monofásico de meia-onda


Retificador monofásico de meia-onda: circuito de disparoresistivo


36/47

25/09/2014

36


Retificador monofásico de meia-onda: circuito de disparoRC


Retificador 1 de meia-onda: circuito de disparo RC


37/47

25/09/2014

37


Circuitos de Disparo com UJT Oscilador de relaxação básico


Circuitos de Disparo com UJT Oscilador de relaxação


38/47

25/09/2014

38


Circuitos de Disparo com UJT


Retificador monofásico em ponte


39/47


40/47

25/09/2014

40


Circuito genérico: geração de dente de serra

Reti f icador a Diodos e SCRs

Presença de harmônicos na corrente drenada da rede, quecontribuem para a redução do fator de potência, causaminterferência eletromagnética em outros equipamentos edistorção harmônica na própria tensão alternada dealimentação;

Consumo de potência reativa, levando a operação com baixo fator de potência

Solução Retificadores PWM


41/47


42/47

25/09/2014

42

Retif icador PWM do Tipo Buck

Tensão média de saída:

Características:Corrente de entrada em fase com a tensão DPF = 1;

Corrente de entrada tem harmônicas importantes próximasda f s grandes f s reduzem o tamanho do filtro de entrada;

Há harmônicas de corrente de baixa ordem devido ao D serfixo;

Caso o ciclo de trabalho seja variado de uma forma PWMsenoidal, estes harmônicos de baixa ordem são eliminados.

05,00

015,05,08,1

o

o

srmsoV D

V D DV V

Retif icador PWM do Tipo Buck

Estrutura do retificador tipo buck para um quadrante


43/47

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43

Retif icador PWM do Tipo Buck - 1 Quadrante

Intervalo de 0 - p

Intervalo de p - 2p

Retif icador I deal

• Propriedades:

– É desejável que o retificador represente uma cargaresistiva para a fonte CA. Isto significa:• fator de potência unitário

• corrente CA com a mesma forma de onda da tensão

– R e é chamada de resistência emulada


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25/09/2014

44

Retif icador I deal

• Controle de potência

A potência aparentemente “consumida” por Re na realidade étransferida para a saída CC do retificador. Para controlar aquantidade de potência de saída, deve ser possível ajustar ovalor de R e.

Retif icador I deal

• Modelo da porta de saída

O retificador ideal é sem perdas e não contemelementos que

armazenam energia.Portanto, a potênciainstantânea de entrada éigual a potênciainstantânea de saída.Desde que a potênciainstantânea é dependenteda característica da cargaCC , a característica desaída obedece acaracterística da fonte de

potência.


45/47

25/09/2014

45

Retif icador I deal

Equações do retificador ideal:

Quando conectado a uma cargaresistiva R, as tensões e correntesrms de entrada e saída sãorelacionadas da seguinte forma:

Realização de um Reti f icador quase I deal

Controle do ciclo de trabalho do conversor CC-CC detal forma que a corrente de entrada é proporcional atensão de entrada:


46/47

25/09/2014

46

Reti f icador quase I deal – formas de onda

Reti f icador quase I deal – Escolha do

Conversor

• Para evitar distorção proxima da passagem por zero da tensãoCA, o conversor deve ser capaz de produzir M(d(t))aproximando-se do infinito;

• Os conversores Boost, buck-boost, Cuk, SEPIC, e outros comrazões de conversão similares são adequados;

• A literatura mostra que o conversor boost exibe o menor estresse na chave.


47/47

25/09/2014

Reti f icador quase I deal com Conversor Boost

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