Retificadores não controlados, controlados e tiristores

Retificadores não controlados, controlados e tiristores

Retificadores não controlados e controlados

  • De

  • Pedro Henrique Alves

Introdução:

  • A tensão que chega até as residências é uma tensão alternada,ou seja, varia periodicamente a polaridade da tensão.

  • Mas em alguns casos, como baterias de celular e motores de corrente contínua, exige-se uma tensão contínua.

  • Então,para se obter uma tensão contínua,são usados retificadores,

Introdução

  • Retificador é um cicuito usado para transformar tensão alternada em contínua.Pode ser usado tanto em tensões monofásicas ou trifásicas,sendo classificados em:

  • Não controlados(onde usa-se diodo)

  • Controlados(onde usa-se tiristores)

Retificador monofásico

  • de meia-onda

    • O retificador monofásico de meia-onda pode ser usado de acordo com a seguinte configuração:

Características:

  • A tensão alternada de entrada é representada pela linha vermelha.

  • A linha azul é a tensão retificada pelo diodo.

  • No semiciclo positivo da senóide, a tensão aplicada no anodo é maior do que no catodo,o diodo então entra em condução.

  • Porém durante a parte negativa da tensão da fonte,o diodo não está em condução,sendo por isso que a tensão medida no resistor é nula.

  • Então,pode-se perceber que a tensão medida no resistor está retificada,pois ela não aparece mais na parte negativa do gráfico.

Com capacitor

Retificador com capacitor

  • Em alguns casos é preciso que se tenha uma tensão contínua e constante.

  • Nesses casos,torna-se necessário o uso de um capacitor para que a tensão varie o menos possível.

  • Essa variação da tensão é chamada de ripple.

Circuito com capacitor

Características:

  • Enquanto o diodo estiver no estado de não condução(com a tensão de entrada negativa no anodo),o capacitor será quem vai “alimentar” o resistor.

  • Quando o diodo estiver conduzindo(com a tensão positiva no anodo),o capacitor irá se carregar.

Características:

  • Um capacitor muito pequeno,irá carregar muito rápido e alimentará o resistor por um pequeno intervalo de tempo,enquanto o diodo estiver no estado de não condução.

  • Já um capacitor maior,demorará mais para se descarregar,diminuindo a variação de tensão no resistor.

  • No gráfico a seguir,foram simulados diferentes saídas de tensões, com diferentes valores de capacitores.

Capacitor de 1 micro faraday

  • Foi necessário aumentar o zoom do gráfico, para conseguir observar o tempo em que o capacitor de 1 micro faraday (que está na linha amarela) fornece tensão para ao resistor.

  • Por ser um capacitor muito pequeno, ele descarregou-se rapidamente.

Capacitores de 1 e 10 mili faraday

  • O capacitor de 1 mili (linha roxa) descarrega-se mais rápido do que o de 10 mili faraday(linha verde).

  • Por isso o ripple do 10 mili é menor do que o de 1 mili faraday, pois ocorre menor variação da tensão com o de 10 mili.

Capacitores de 100 mili faraday e 100 faraday

  • O capacitor de 100 faraday demora mais tempo para se carregar do que o de 100 mili faraday.

  • Por isso na primeira curva, a linha vermelha está abaixo da linha azul.

Capacitores de 100 mili faraday e 100 faraday

  • Porém, como o capacitor de 100 faraday demora mais tempo para descarregar em relação ao outro, a linha vermelha tenderá a aumentar e ultrapassar a linha azul no fim do gráfico.

Capacitores

  • Os dois últimos capacitores analisados foram os que apresentaram o menor ripple, sendo o capacitor de 100 faraday o melhor entre 5 analisados para deixar a tensão de saída constante no resistor.

Retificador monofásico

  • de onda completa

Onda completa

  • O retificador de onda completa, é mais vantajoso, por conseguir melhor aproveitamento da tensão de entrada, isso ocorre por que ele conduz tanto no clico positivo e no negativo da tensão senoidal.

  • Precisa de um capacitor menor para diminuir o ripple das ondas de tensão,por ter mais ondas.

  • É formado por quatro diodos.

Circuito do onda completa

  • Percebe-se que no ciclo positivo da tensão de entrada, só conduziram os diodos D1 e D4, sendo D2 e D3 como se estivessem em “aberto”, pois estão polarizados reversamente. Tendo o circuito equivalente neste caso:

  • Quando no ciclo negativo da tensão de entrada, conduziram D2 e D3 e D1 e D4 estarão polarizados reversamente, sendo este o circuito equivalente:

simulação:

Com capacitor

Com capacitores:

  • Observa-se agora simulações da tensão de entrada e saída com capacitores no circuito.

Capacitores de 1 micro faraday:

  • O capacitor de 1 micro faraday por ser de valor muito reduzido, descarrega-se rapidamente. Por isso, para ver a tensão cedida pelo capacitor ao circuito, é preciso dar zoom no gráfico:

Capacitores de 1 e 10 mili faraday

Capacitor de 100 mili faraday e 100 faraday

Capacitor de 100 mili faraday e 100 faraday

  • No início do gráfico, o capacitor de 100 mili faraday carrega primeiro do que o outro capacitor maior.

  • Porém, o capacitor de 100 faraday descarrega em maior tempo, tendendo a ter uma tensão constante de saída.

Retificadores trifásicos

  • de meia-onda

Características:

  • Retificadores trifásicos transformam uma tensão alternada composta por três fases em contínua.

  • As três tensões possuem em sua forma senoidal um ângulo de defasagem de 120 graus cada uma em relação á outra.

Circuito retificador trifásico meia-onda

Simulação:

  • Pode-se perceber que por causa da defasagem no ângulo das senóides, cada fase sempre terá um atraso em relação ás outras.

  • Por isso, num determinado momento, a fase que tiver o maior valor, será a que botará o diodo em condução.

Com capacitor

Circuito com capacitor

Capacitor de 1 micro faraday

Capacitor de 1 mili faraday

Capacitor de 10 mili faraday

Capacitor de 100 mili faraday

Capacitor de 10 faraday

Capacitor de 10 faraday

  • Este é um capacitor grande, sendo que ele demora a carregar. Por isso a primeira onda da saída é menor do que a tensão de entrada.

  • Porém, o tempo para descarregar também é grande.

Retificador trifásico

  • de onda completa

Circuito do retificador de onda completa

Características:

  • Pelo ângulo de defasagem em cada fonte,as três tensões de entrada nunca andam juntas no gráfico.

  • Então,a fonte com maior tensão no momento,botará o diodo em condução.

Com capacitor

Capacitor de 1 micro

Capacitor de 1 mili

Capacitor de 10 mili

  • Com o capacitor de 10 mili faraday, já se obtém um ripple menor.

Capacitor de 100 mili

  • Com este capacitor,a tensão retificada já fica constante.Sendo que pelo capacitor ser pequeno,carrega rápido.

Capacitor de 10 faraday

  • O capacitor por ser grande,demora para se carregar.Por isso,no inicio do gráfico,a onda de saída está distorcida.

  • Mas após carregar,o capacitor não descarrega mais,mantendo a tensão de saída fixa.

Comparações:

  • Pode-se perceber que com um mesmo valor do capacitor, o retificador trifásico tem menor ripple em sua tensão de saída do que um monofásico.

  • Ou seja,um retificador trifásico precisa de um capacitor menor para deixar sua constante.

  • Isso é vantajoso, sendo que capacitores de menor valor, ocupam menos espaço e são mais baratos.

Retificadores controlados

  • Tiristores

O que são retificadores controlados?

  • Tiristores são um conjunto de vários tipos de dispositivos eletrônicos.Estes operam controladamente.

São tiristores:

  • SCR(Diodo controlado de Silício)

  • DIAC( Diodo de corrente alternada)

  • TRIAC(Triodo de corrente alternada)

  • Entre outros.

SCR

SCR

  • É o retificador controlado mais conhecido.

  • Formado por 4 camadas P-N-P-N

  • Para é preciso Vak > 0 e também um pulso de tensão no gate do SCR.

SCR

Corrente de retenção

  • Após o SCR entra em condução,para tirar o pulso,é preciso que a corrente IL(corrente de retenção) no SCR seja maior do que a corrente mínima especificada no datasheet do produto.

  • Caso contrário ,o diodo sairá do estado de condução.

Corrente de manutenção

  • Enquanto o diodo estiver conduzindo,o pulso já tiver sido retirado,o SCR precisa de estar recebendo uma corrente mínima,com valor estipulado no datasheet, para continuar funcionando.Essa corrente é chamada de IH(corrente de manutenção).

  • Sendo que IL > IH

Retificador controlado meia-onda

Características:

  • O SCR só conduziu quando após o pulso de disparo,por isso que a onda da saída está defasada.

  • Quando a tensão de entrada fica negativa, logo Vak < 0,por isso o SCR não conduz.

Retificador controlado onda completa

  • O retificador controlado de onda completa é análogo ao retificador não controlado de onda completa.

  • É classificado em: totalmente controlado, simétrico e assimétrico.

Totalmente controlado

  • SCR conduziu até o IH ficar muito baixo e sair do estado de condução.

  • A parte da onda de saída que está ceifada,é por que o pulso no gate só foi dado quando estava no ângulo de 60 graus.

assimétrico

  • Na parte positiva do gráfico quem está conduzindo são os tiristores.

  • Já na parte negativa da onda de entrada,quem conduzirá serão diodos comuns,sendo que por isso a onda não está ceifada nessa parte.

Simétrico

DIAC

Diac (diodo de corrente alternada)

  • Conduz em ambos os lados.

  • Após entrar em condução(atingir VBO),tem uma queda de tensão que se mantém.

  • Para interromper a condução,é só abaixar a corrente para um determinado valor.

  • Diferencia-se do transistor pela diferença de dopagem nas camadas.

  • Aplicação:

Símbolos

Circuito com CC

  • Nesta simulação,a fonte de entrada era maior do que VBO,por isso o DIAC conduziu.

V entrada < VBO do DIAC

Fonte CA > VBO

Fonte CA < VBO

TRIAC

Triac( triodo de corrente alternada)

    • Conduz em ambas as polaridades.
    • Para conduzir é preciso uma tensão nos terminais do TRIAC e pulso no gate
    • Pode ser associado á 2 SCR com o gate em comum a 1diac com um gate.

Símbolos e analogias

Conclusão:

  • A partir deste trabalho pode-se perceber a importância e a aplicabilidade de circuitos retificadores e dos tiristores.

  • Os retificadores são muito importantes na transformação e aproveitamento da tensão alternada que chega nas casas e indústrias para tensão contínua.

  • Já os tiristores são essenciais para o controle da potência entrega á carga, pois tem-se o controle sobre quando eles conduziram ou não. Mas também atuando na proteção de equipamentos contra sobrecarga, como é o caso do DIAC.

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