Laboratório 2

Universidade Federal de Uberlândia

Faculdade de Engenharia Mecânica e Mecatrônica – FEMEC

Eletrônica de Potência para Mecatrônica – GMR10

Professor Dr Vera Lúcia D. S. Franco

ELET. DE POTÊNCIA PARA MECATRÔNICA

“Laboratório 2: Ponte Retificadora Monofásica com Diodos

com Carga Resistiva e Indutiva e Retificador de Meia Onda

com Carga Resistiva e Indutiva não controlados”

Aluno:Danilo Okimoto Ladislau nº84108

Uberlândia, 20 de Outubro de 2010Índice

1 – Objetivos

O objetivo da atividade realizada em laboratório teve como intuito a análise de

algumas características de um retificador de meia-onda e uma ponte retificadora

monofásica não controlada ligados a uma carga indutiva.

2 - Introdução

O processo de retificação consiste na conversão de tensão e corrente alternada

em tensão e corrente contínua. Os retificadores não controlados são circuitos

constituídos de apenas diodos como elementos de retificação, onde a amplitude da

tensão de saída DC é obtida através da amplitude de tensão de alimentação AC, porém

essa saída DC não é pura, ou seja, contém componentes AC significantes, que recebem

o nome de ondulação. Para se eliminar estas ondulações, insere-se um filtro depois do

retificador.

Neste laboratório serão feitas as montagens de dois circuitos, sendo o primeiro

referente a uma ponte retificadora monofásica com carga resistiva e indutiva não

controlada e um retificador não controlado de meia onda com carga resistiva e indutiva,

observando, discutindo e analisando os dados obtidos e solicitados no experimento.

Sabe-se que circuitos de ponte retificadora monofásica em comparação aos circuitos

retificadores de meia onda, apresentam mais eficientes, uma vez que utilizam o semi-

ciclo negativo da tensão da rede.

3 – Fundamentação Teórica

3.1 – Ponte Retificadora Monofásica com Diodos Não Controlada

3.1.1 – Com Carga Resistiva

Um dos tipos que se pode conseguir a retificação de onda completa, é pela

utilização de um retificador em ponte. Esse retificador utiliza quatro diodos, onde

durante o semiciclo da fonte de tensão os diodos D2 e D3 (da figura xx) estarão

diretamente polarizados e poderão, desta maneira, serrem substituídos por uma chave

fechada. O fluxo de corrente na carga, nesse período, dá-se através de D2 e da carga R,

em seguida por D3 e de volta à fonte. Isso resulta em uma queda de tensão positiva em

R. Durante o semiciclo negativo da fonte de tensão, D1 e D4 estão diretamente

polarizados e podem ser substituídos por chaves fechadas. O trajeto da corrente na carga

passa através de D4, de R, de D1 e finalmente vai até a fonte. O Caminho da corrente

através de R é o mesmo, no que diz a respeito à direção, do outro semiciclo. Então, o

retificador de onda completa em ponte propicia corrente na carga durante ambos os

semiciclos.

Figura 1 – Ponte Retificadora Monofásica de Onda Completa com Carga Resistiva

3.1.2 – Com Carga Indutiva

A colocação de uma indutância em série com a resistência de carga faz com que

a forma de onda de tensão varie. Suponha-se que a indutância L da figura 2 seja

aproximadamente igual a R. A corrente na carga não é mais composta de uma meia-

onda senoidal , mas a corrente média ainda será a mesma.

A corrente AC na linha não é mais senoidal, pois agora aproxima-se de uma

onda quadrada. Se a indutância da carga for aumentada até se tornar muito maior do que

R, a ondulação passa a ser pequena. Caso uma indutância de carga ser infinita, a

corrente passa a ser constante, ou seja, quando os diodos D2 e D3 conduzem uma

corrente constante para a carga no semiciclo positivo, enquanto os diodos D1 e D4 fazem

o mesmo no semiciclo negativo.

Figura 2 – Ponte Retificadora Monofásica de Onda Completa com Carga Indutiva

3.2 – Retificador de Meia-Onda Não Controlado

3.2.1 – Com Carga Resistiva

No retificador de meia-onda com carga resistiva, a tensão sobre a fonte é uma

onda senoidal com valor máximo Vm e período T. Durante o semiciclo positivo, onde a

tensão no ânodo é positiva em relação à do cátodo, o diodo estará ligado, permitindo

que a corrente flua através do resistor da carga R. Desta maneira, a tensão na carga (V o)

acompanha a meia-onda senoidal positiva. No semiciclo negativo, a tensão no ânodo

torna-se negativa em relação à do cátodo e o diodo estará no estado desligado, onde não

haverá flux de corrente através de R.

O retificado de meia-onda transforma potência AC em DC. A tensão de saída é pulsante

em DC e contém grande ondulação. Portanto circuitos de pulsos têm valor prático

limitado para aplicações em alta potência.

Figura 3 – Retificador de Meia-onda com carga resistiva

3.2.2 – Com carga Indutiva

O circuito retificador de meia-onda com carga indutiva (RL) opera da seguinte

forma:

1) Igualmente ao caso da carga resistiva, o diodo passará para o estado ligado

quando o ânodo se tornar positivo em relação ao cátodo, e a tensão na carga

são a mesma do semiciclo positivo da fonte AC.

2) Durante esse período, a energia, transferida a partir da fonte AC, é

armazenada no campo magnético que envolve o indutor.

3) A corrente em um indutor não pode variar de maneira instantânea. Portanto,

ela aumenta gradualmente até alcançar seu valor máximo. Isso é consistente

com o fato de a corrente, em um indutor, ficar atrasada em relação a tensão.

4) Quando houver diminuição da fonte de tensão, a corrente decrescerá

gradualmente e chegará a zero no instante em que toda energia armazenada

pelo indutor for passa par ao circuito. A corrente na carga, portanto, existe

por pouco mais de metade do período inteiro.

5) Ao mesmo tempo, o campo magnético que se extingue conecta-se ao indutor

e induz uma tensão que se opõe à diminuição na tensão aplicada.

6) Assim que a corrente chega a zero, o diodo fica inversamente polarizado e

permanecerá desligado durante todo o ciclo negativo

7) Se a indutância L da carga for aumentada, o diodo conduzirá corrente por

mais tempo durante o ciclo.

Figura 4 – Retificador de Meia-onda com carga indutiva

3.1.3 – Retificador de Meia-Onda com Diodo de Retorno

Utilizado em praticas de aplicações de baixas potências, ainda é considerado um

retificado de meia-onda, embora a corrente na carga possa fluir durante o ciclo inteiro.

Na figura 5, o segundo diodo D2, adicionado em paralelo com a carga, é

conhecido como diodo de retorno, o qual impede o surgimento de um tensão negativa

na carga, o que acarretaria aumento no valor médio da tensão de saída (Vo(AVG)), assim

como no valor médio da corrente Io(AVG). Durante o semiciclo negativo da tensão de

alimentação, o diodo de retorno conduz e propicia um caminho alternativo para a

corrente na carga. Neste intervalo de condução, o diodo principal D1 fica inversamente

polarizado e pára de conduzir, ou seja, nesse meio período a corrente da fonte é zero. O

diodo de retorno ajuda impedir que a corrente na carga chegue a zero e desse modo

reduz a ondulação.

Figura 5 – Retificador de Meia-onda com Diodo de Retorno

4 – Materiais Utilizados

Kit datapool de ensino de eletrônica de potencia;

Cartão de Diodos (9942);

Cartão de Resistores e Fusíveis;

1 Lâmpada de 60W/127V;

1 Indutor;

Osciloscópio e Cabos para ligações.

4 – Procedimento Experimental

Para montagem dos circuitos solicitados em laboratório, todas as ligações feitas

nos dois circuitos foram feitas com as tensões de fase desenergizadas, ou seja, com

equipamento todo desligado.

Sendo os valores de tensões e freqüência iguais na entrada de ambos os tipos de

retificadores, foi medida inicialmente no primeiro circuito montado em laboratório (os

valores iniciais são os mesmos para ambos retificadores, ou seja, não se altera) os dados

iniciais de tensão rms, de pico, freqüência e período. Posteriormente, foi feita a medição

dos dados solicitados em laboratório.

4.1 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada

4.1.1 – Montagem do Circuito

Com equipamento desligado, e a utilização de uma lâmpada como resistência,

quatro diodos e dois fusíveis, montou-se o seguinte circuito:

Figura 6 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada com Carga Resistiva

Posteriormente as medições, foi adicionada a carga indutiva no circuito acima

obtendo o seguinte circuito:

Figura 7 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada com Carga Indutiva

4.1.2 – Procedimento e Mediçoes

Para ambas as situações, ou seja, com a presença apenas da carga resistiva R e

posteriormente com adição da carga indutiva em RL(carga resistiva e indutiva juntas)

no circuito representado pelas figura 6 e 7 respectivamente, foram realizadas as

seguintes medições e procedimentos com o auxilio do osciloscópio digital:

1) Medir a Tensão Rms;

2) Medir sobre a carga Vo (Tensão sobre a carga R e depois da adição da carga

indutiva medição da tensão na carga RL);

3) Medir a freqüência;

4) Medir a Tensão de Pico;

5) Desenhar as formas de onda obtidas.

4.2 – Retificador de Meia Onda Não Controlado

4.2.1 – Montagem do Circuito

Com equipamento desligado, e a utilização de uma lâmpada como resistência,

três diodos e dois fusíveis, montou-se o seguinte circuito:

Figura 8 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Carga Resistiva

Posteriormente as medições, foi adicionada a carga indutiva no circuito acima

obtendo o seguinte circuito:

Figura 9 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Carga Indutiva

Por fim, adicionou-se um diodo de retorno ao circuito da figura xx, obtendo a

seguinte montagem:

Figura 10 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Diodo de Retorno

4.2.2 – Procedimento e Medições

Para todas as situações, ou seja, com a presença apenas da carga resistiva R e

posteriormente com adição da carga indutiva em RL(carga resistiva e indutiva juntas) e

com a presença do diodo de retorno no circuito representado pelas figura 8, 9 e 10

respectivamente, foram realizadas as seguintes medições e procedimentos com auxilio

do osciloscópio digital:

1) Medir a Tensão Rms;

2) Medir sobre a carga Vo (Tensão sobre a carga R e depois da adição da carga

indutiva medição da tensão na carga RL);

3) Medir a freqüência;

4) Medir a Tensão de Pico;

5) Desenhar as formas de onda obtidas

5 – Análise de Resultados

Inicialmente foram medido os valores na entrada dos circuitos, ou seja, sem

ocorrer retificação do sinal (os valores de entrada são idênticos para ambos os

retificadores apresentados nessa atividade). Assim obtiveram-se os seguintes resultados:

Tabela 1 – Dados de Entrada

Dados Obtidos

Tensão Rms Vrms[Volts] 134 V

Tensão de Pico VPico [Volts] 190 V

Frequência [Hz] 60 Hz

Período [ms] 16.67 ms

Gráfico 1 – Forma de Onda da Entrada dos Circuitos

Para os circuitos apresentados e montados em laboratório obtiveram-se os

seguintes resultados:

5.1 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada

Com Carga Resistiva

Tabela 2 – Resultados Obtidos do Circuito Ponte Retificadora Monofásica Não

Controlada com Carga Resistiva

Dados Obtidos

Tensão Média Vo [Volts] 120 V





Gráfico 2 – Forma de Onda na Carga Resistiva(Ponte Retificadora)

Com Carga Indutiva

Tabela 3 – Resultados Obtidos do Circuito Ponte Retificadora Monofásica Não

Controlada com Carga Indutiva (RL)

Dados Obtidos





Gráfico 3 – Forma de Onda na Carga Indutiva RL (Ponte Retificadora)

5.1.1 – Análise de Resultados

Como mostra os resultados acima, percebe-se que a forma de onda na carga

resistiva apresentada pelo gráfico 2 mostra que o semiciclo negativo do sinal de entrada

apresentado no gráfico 1 é jogado pra cima, o que caracteriza a retificação de onda

completa em ponte, isso ocorre porque diferentemente do retificador de meia-onda,

onde há presença de apenas um diodo, sendo esse conduz uma hora e bloqueia outra, na

ponte retificadora, há presença de quatro diodos, sendo que quando dois bloqueiam os

outros dois conduzem e vice-versa, por isso a parte negativa da forma de onda

apresentada no sinal de entrada é jogada para cima tornando-se positiva após a

retificação. Ocorre também a duplicação da freqüência na carga resistiva após a

retificação em relação ao sinal de entrada. Em relação à medição feita na carga indutiva

RL, evidencia o funcionamento dos diodos que bloqueiam em cada semiciclo na ponte

atuando como diodo de retorno, o qual elimina a parte negativa, e como se tratando de

um retificado em ponte, o semiciclo negativo apresentado na entrada também é jogado

para cima como mostrado no gráfico 3.

5.2 – Retificador de Meia-Onda Não Controlado

Com Carga Resistiva

Tabela 4 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com Carga

Resistiva

Dados Obtidos


Tensão Rms Vrms[Volts] 94.8 V


Frequência [Hz] 60.02 Hz


Gráfico 4 – Forma de onda na Carga Resistiva (Retificador de Mei-Onda)

Com Carga Indutiva

Tabela 5 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com Carga

Indutiva RL

Dados Obtidos

Tensão Média Vo [Volts] 60.2 V


Tensão de Mínima VMin [Volts] -28.0 V

Freqüência [Hz] 60.02 Hz


Gráfico 5 - Forma de onda na Carga Indutiva RL (Retificador de Meia-Onda)

Com Diodo de Retorno

Tabela 6 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com

Diodo de Retorno

Dados Obtidos



Freqüência [Hz] 60.0 Hz


Gráfico 6 - Forma de onda Com Presença de Diodo de Retorno (Retificador de

Meia-Onda)

5.2.1 – Análises de Resultados

Com base nos resultados obtidos nesta montagem, também é perceptível a

retificação, neste caso de meia-onda, ou seja, como mostra no gráfico 4 ocorre a

eliminação do semiciclo negativo em relação ao sinal de entrada mostrado no gráfico 1,

isso ocorre devido no semiciclo negativo o diodo estar no estado desligado, ou seja, não

há fluxo de corrente através de R e a tensão no ânodo se torna negativa em relação à no

cátodo. Com a adição da carga indutiva no sistema, percebe-se a existência de uma

tensão negativa mostrada na tabela 5 e o gráfico 5, isso ocorre devido a presença da

indutância, para eliminar essa tensão negativa utiliza-se o diodo de retorno, o qual age

eliminando a tensão negativa e impedindo o aumento do valor médio da tensão de saída,

assim como da corrente média, isso ocorre porque no semiciclo negativo o diodo de

retorno oferece um caminho alternativo para a corrente na carga, nesse itnervalo o

diodo princiapal (D1) na figura 10, fica inversamente polarizado e pára de conduzir,

tornando nesse meio período, o valor da corrente igual a zero. O diodo de retorno ajuda

impedir que a corrente na carga chegue a zero e desse modo reduz a ondulação.

6 – Conclusão

7 – Referências Bibliográficas

[1] Roteiro de Laboratório;

[2] Ahmed A., Eletrônica de Potência, Editora Printice Hall 2000

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