LAB03Ponte Retificadora Trifásica Não Controlada

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAPLANEJAMENTO DE AULA LABORATORIAL

Disciplina: ELETRÔNICA DE POTÊNCIAProfessor: Gustavo Lobato

RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA Nº 03

NOMES: João Marcos Filordi

Saulo Marcos Torres de Carvalho

TÍTULO DA AULA PRÁTICA:

Ponte Retificadora Trifásica Não Controlada

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA Para o desenvolvimento de circuitos aplicados a alta potência, um dos circuitos mais importantes, é o retificador trifásico em ponte; O mesmo pode ser ligado tanto diretamente a uma fonte trifásica ou com uso de um transformador obedecendo as suas configurações. A figura abaixo mostra o diagrama do circuito:

Figura 1 – Circuito retificador onda completa em ponte [5]

A ordem de condução dos diodos é a ordem crescente mostrada no desenho, onde esse tipo de retificador usa as duas metades da tensão de entrada, ou seja, tanto a negativa quando a positiva. Os picos negativos de tensão vão até a carga R, logo sua frequência de ondulação é seis vezes a frequência da fonte, então para o uso de uma frequência de 60 Hz, temos na carga uma frequência de 360 Hz. Esse circuito se caracteriza por ter dois diodos sempre conduzindo, aonde cada um conduz por 120 graus, o que representa um terço de cada ciclo. [2]



A figura abaixo mostra a forma de onda da tensão de saída para esse circuito:

Figura 2 – Forma de onda da tensão de saída [1]

Observa-se que em cada parte de operação, tem-se duas fases ligadas a carga, usando um diodo superior (que está conduzindo) e outro inferior (que não está conduzindo), onde a tensão de saída é o valor instantâneo das tensões entre as 2 fases ligadas a carga em cada etapa de operação [1].

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Para esta prática foi escolhido o diodo de potência 1n5401, cujo as principais características foram retiradas do datasheet (Figura 3). Tais como, tensão de pico reversa (PIV) de 100 volts, tensão máxima rms de 70 volts, e corrente retificada máxima de 3 Amperes[3]. Satisfazendo estas condições uma ponte retificadora monofásica foi modelada e simulada utilizando o software, Multsim 12.



Figura 3 – Datasheet 1N5401[3]

Como a máxima tensão RMS para este tipo de diodo é 70V, a tensão escolhida para a fonte trifásica foi de 30V RMS, valor que respeita o limite de tensão estabelecido pelo datasheet. Outra razão para a escolha desta tensão foi para evitar um esforço maior do software trabalhando em tensões mais altas. Escolhido o valor de tensão é necessário dimensionar o tamanho da carga resistiva, para que a corrente que circula nos diodos esteja dentro dos valores estabelecidos em [3]. Assim, para uma tensão na fonte de 30 V rms:

V (m)=√2×30=42.42V

É necessário calcular Vo(avg) para estimar o valor de Io(avg):V o (avg)=1.654×V (m )=1.654×42.42=70.17V

Assumindo que a tensão desejada no diodo seja de 1 A RMS, é possível calcular Io(avg):

I o (avg )=ID (RMS )×√3=1.73 AO valor da resistência é dado por:

R=V o (avg )

I (avg)=70.17

1.73=40.5ohms

Desta forma, a resistência usada na simulação foi 40 ohms.



Com essa configuração o valor de PIV (Maximum Recurrent Peak Reverse Voltage) é 42.42 V, o que respeita o limite estabelecido em [3].

3. PROCEDIMENTO

Para a simulação utilizou-se o software, Multisim 12, para montar o circuito retificador trifásico não controlado, como mostra o esquema abaixo:

Figura 4: Ponte trifásica com carga resistiva

O circuito da Figura 4 foi projetado de acordo com as informações especificadas no item 2 (Materiais e Métodos). Desta maneira, utilizou-se uma carga de 40 ohms, tensão na fonte trifásica de 30 V (rms) e uma frequência de oscilação de 60 Hz.

Em seguida um osciloscópio foi utilizado para capturar as formas de ondas na entrada e na saída do retificador em ponte.

Por fim, comparou-se os dados teóricos com os práticos para validar a simulação.



4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

Simulando o circuito da Figura 4, foi possível medir os valores de corrente nos diodos e na carga resistiva. Esses valores são apresentados na Figura 5:

Figura 5: Simulação do retificador trifásico de onda completa Com os resultados da simulação percebe-se que os valores de corrente no diodo e na carga estão bem próximos dos valores calculados. Pois, para este projeto estimou-se um valor de corrente no diodo de 1 A, o que resulta em uma corrente média na carga de aproximadamente 1.73 A. E para a simulação os valores encontrados de corrente no diodo foi de 988 mA e a corrente média na carga de 1.71 A. A relação entre corrente rms no diodo e corrente média da carga é dada por, Io(avg) = √3×Id(rms), a mesma foi confirmada na simulação.

Como este é um retificador trifásico de onda completa, é importante avaliar a forma de onda na saída. A Figura 6, obtida na simulação ilustra a forma de onda na saída Vo.



Figura 6: Fomas de onda, entrada e saída.

Como notado na Figura 6, a forma de onda na parte superior representa a tensão na carga e as outras senoidais representam a tensão trifásica da fonte. Porém, de acordo com a figura supracitada, percebe-se que a frequência de saída é somente três vezes a frequência de entrada, e em um retificador trifásico de onda completa em ponte espera-se que a frequência de saída seja seis vezes a frequência de entrada. Mas esse erro, pode ser explicado pelo tipo de osciloscópio utilizado na simulação. O osciloscópio de quatro canais no Multisin 12 utiliza e mesmo referencial (GND) para todas as pontas de prova. Desta forma, as tensões de senoidais que estão sendo medidas na entrada não são as tensões de fase-fase, e sim tensões fase-neutro.

Para corrigir esse erro e constatar que a frequência na saída é seis vezes a frequência de entrada (60 Hz). Foi utilizado um osciloscópio de dois terminais, onde os terminais de referência podiam ser ajustados. Com isso foi possível mensurar a tensão entre uma fase A e uma fase B, e a forma de onda na saída. Como mostra a Figura 7:



Figura 7: Forma de ondas da fase AB e na carga resistiva

Como mostrado na Figura 7, e forma de onda senoidal corresponde a tensão de fase-fase e a forma de onda retificada corresponde a tensão na carga puramente resistiva. É importante observar que a frequência de saída é seis vezes a frequência de fase-fase. Por esta razão, este tipo de circuito também é conhecido como seis pulsos, pois como mostrado na figura existem seis pulsos até começar outro ciclo da tensão de fase-fase. Portanto, como a tensão na fonte é de 60 Hz, a frequência na carga é dada por 360 Hz. Para validar esta informação, a frequência de saída foi medida utilizando o osciloscópio Tektronix do Multisim, mostrado na figura abaixo:



Figura 8: Forma de onda na saída.

Como pode-se de observar na Figura 8, a frequência do sinal de saída é 360 Hz dado que a frequência do sinal da fonte é 60 Hz.

5. CONCLUSÃO

6. BIBLIOGRAFIA

[1] Corradi Junior, "Eletrônica de Potência"

[2] Ahmed, A., “Eletrônica de Potência”, Pearson Prentice Hall, São Paulo – SP, 2000.

[3] Datasheet 1N5401 – Disponivel em: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/14628/PANJIT/1N5401.html , acessado em: 29/04/2015.

[4] Materiais de sala de aula.

[5] http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAewQAD/retificador-onda-completa

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