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  1. 1. 1. RESUMO Nesta segunda aula pratica teve-se um contato maior com o laboratório de eletrônica de potência, e nesse contato aproveitou-se a oportunidade para simular os circuitos que foram montados no programa Psim, abordou- se conversores retificadores monofásicos de meia onda, e por fim aprendemos usar o diodo de roda livre. Teve-se a oportunidade de medir todas as tensões e corrente na carga e no diodo retificador, assim como também estudar, e deduzir as formulas de queda de tensão na carga. Usando os cálculos podemos perceber que a pratica bate com a teoria. Esta pratica foi essencial para podermos fazer uma analogia do conteúdo teórico com a prática. 2. INTRODUÇÃO Na eletrônica de potência as entradas de energia das aplicações tem forma de onda senoidal a qual vem da rede nesta forma, devido à facilidade de distribuição e de adaptação de nível de tensão. No entanto, devido à necessidade do uso de aparelhos que utilizam tensão contínua, torna-se necessária a utilização de conversores CA-CC. Essa conversão de CA-CC (corrente alternada em corrente contínua) é realizada pelos conversores. No caso desta prática, serão utilizados os conversores retificadores. Estes se dividem em dois, onde podem ser tanto não controlados que são os feitos a diodos e os controlados que são os a tiristores. Nesta experiência, será visto e estudado, os retificadores não controlados e feitos a diodo. O funcionamento ocorre da seguinte forma, ao ser polarizado diretamente (semiciclo positivo), permite a condução de corrente e ao ser polarizado reversamente (semiciclo negativo) ele bloqueia a passagem de corrente, levando a tensão sobre a carga à zero. Serão realizadas medidas e análises de resultados sobre os circuitos com carga R e RL, os quais exemplificam e permitem visualizar o funcionamento do retificador não controlado. 3. OBJETIVOS E MATERIAIS  MATERIAIS - Osciloscópio; - Resistor 140Ω; - Indutor 0,371H; - Diodos; - Cabos para conexão;  OBJETIVOS O objetivo desta aula prática é estudar e analisar as tensões na carga e no diodo de um sistema puramente resistivo, depois com um sistema resistivo-indutivo e o próximo foi um circuito resistivo indutivo com um diodo de roda livre. Relatório Referente ao Experimento Prático 2 de Eletrônica de Potência – Conversor Retificador Monofásico de Meia onda com carga R e RL. Matheus Mendes Ribeiro - 26597 Vinicius Bastos - 24669 Professor: Clodualdo Venicio de Sousa
  2. 2. 4. DESCRIÇÃO DA PRÁTICA Como pedido montou-se o circuito abaixo, que a principio é composto por um circuito conversor retificador de meia onda não controlado com carga puramente resistiva. Fig. 1 - Circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga puramente resistiva. Obtiveram-se as formas de onda de tensão da rede, as formas tensão e corrente na carga, as deduções, comparações e cálculos de tensão e corrente média na carga serão abordados na discussão. Depois foram registradas as formas de onda de tensão e corrente no diodo principal. As analises serão feitas na discussão. Logo após montou-se um circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistiva indutiva, como mostrado na figura abaixo. Fig. 2 - Conversor retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistivo-indutiva. Obtiveram-se as formas de ondas da tensão e corrente na carga, as comparações, deduções e cálculos estão nas discussões. Também se registraram as formas de onda da tensão e corrente em cima do diodo principal. Logo após, montou-se um circuito com carga resistivo-indutivo com um diodo de roda livre em antiparalelo com a carga, como mostrado na figura abaixo. Fig. 3 - Circuito retificador monofásico de meia onda não controlado com carga resistivo-indutiva com diodo de roda livre. Obtiveram-se as formas de onda de tensão e corrente da carga, as comparações, deduções e cálculos estão nas discussões. Logo após registrou-se as formas de onda de tensão e corrente em cima do diodo principal, e o mesmo foi feito com o doido de roda livre. As
  3. 3. comparações entre as formas de onda de tensão e corrente dos diodos principal e de roda livre foram feitas na discussão. 5. DISCUSSÕES  Conversor retificador sobre uma carga puramente resistiva: Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito: Fig. 4 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a forma de onda da corrente do circuito. A tensão de rede é dada por 𝑉𝑟𝑒𝑑𝑒 = 𝑉𝑚𝑥 × 𝑠𝑒𝑛 𝑤𝑡 tensão e a corrente média na carga são 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 1 2𝜋 ∫ 𝑉𝑚𝑥 × 𝑠𝑒𝑛 𝑤𝑡 𝜋 0 𝑑𝑤𝑡, onde integrando fica 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉 𝑚𝑥 2𝜋 × (−𝑐𝑜𝑠 𝑤𝑡), com limites de 0 a 𝜋, aplicando os limites na função cosseno wt temos a tensão na carga 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉 𝑚𝑥 𝜋 e a corrente por sua vez fica 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅 . Com base nessas formulações calculou-se a tensão e corrente média: 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑚𝑥 𝜋 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 180 𝜋 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 57,32 𝑉 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 57,32 280 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 204𝑚𝐴 Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico. Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima do diodo retificador, como mostrado na figura abaixo, onde temos de diferente da ultima imagem a forma de onda laranjada que representa a tensão em cima do diodo. Fig. 5 - Forma de onda laranja que representa a tensao em cima do diodo. Em explicação a toda essa parte prática já mostrada, pode-se perceber que tendo uma fonte de tensão senoidal a qual tem um valor máximo e um período, durante seu semi-ciclo positivo a tensão em cima do ânodo é positiva e assim o diodo passa a conduzir, estando então ligado, o que permite existir corrente fluindo através do resistor e uma tensão em cima da carga que se encontra
  4. 4. em fase com a meia onda senoidal positiva. Já no semi-ciclo negativo, a tensão no ânodo se torna mais negativa que no cátodo e o diodo passa ao estado desligado, não permitindo o fluxo de corrente para resistência. Assim, por esses dados, observa-se claramente o diodo como uma chave estática quase ideal, sendo que quando há fluxo de corrente, não há tensão e ao se ter tensão, não há fluxo de corrente, concluindo que não há dissipação de energia nesta chave, vulgo diodo.  Conversor retificador sobre uma carga RL: Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito: Fig. 6 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a forma de onda da corrente do circuito. A tensão e corrente média na carga RL podem ser deduzidas da seguinte maneira: 𝑉 𝑚𝑒𝑑 = 1 𝑇 ∫ 𝑉𝑃 sin( 𝜔𝑡) 𝑑𝑡 5𝑇 8 0 = 𝑉𝑝 𝜔𝑇 (− cos 5𝜔𝑇 8 + cos 0) = 𝑉𝑝 2𝜋 (− cos 5𝜋 4 + cos 0) 𝑉𝑚𝑒𝑑 = 1,707𝑉𝑝 2𝜋 = 1,707 ∗ 180 2𝜋 = 48,9 𝑉 Já a corrente média pode ser calculada da mesma maneira feita anteriormente, ou seja, 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅 = 48,9 140 = 349,3 𝑚𝐴 Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico. Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima do diodo principal, como mostrado na figura abaixo, onde temos de diferente da ultima imagem a forma de onda laranjada que representa a tensão em cima do diodo. Fig. 7 - Forma de onda laranja que representa a tensao em cima do diodo principal. Pode-se dizer que o princípio de funcionamento do retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga RL é praticamente o mesmo de um retificador alimentando uma carga resistiva. A diferença é que, devido ao defasamento causado pela presença de elemento indutivo, a corrente é ceifada no momento em que o diodo entra em polarização reversa. Nesse instante, ao contrário de uma situação de carga puramente resistiva, o ciclo da corrente ainda não terminou, pois está atrasado. Por isso pode-se observar a forma de onda da corrente na
  5. 5. figura anterior. A corrente vai para zero antes de a senoide estar completa.  Conversor retificador com diodo de roda livre sobre uma carga RL: Para corrigir a característica do ceifamento mostrado anteriormente, é necessário que se instale um diodo de roda livre em antiparalelo com o diodo principal. Na figura abaixo temos as formas de onda da tensão de rede na cor azul, na cor laranja temos a forma de onda da tensão em cima da carga e na cor lilás temos a forma de onda da corrente do circuito: Fig. 8 – Forma de onda azul é a tensão da rede, a laranja é a tensão em cima da carga e a lilás é a forma de onda da corrente do circuito. Quando se utiliza diodo de roda livre, as fórmulas para calular tanto a tensão quanto a corrente média são as mesmas utilizadas no retificador de meia onda com carga puramente resistiva. Então, 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉 𝑚𝑥 𝜋 = 57,29 𝑉 𝐼𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅 = 57,29 140 = 409,25𝑚𝐴 Os cálculos bateram com os valores medidos, comprovando o embasamento teórico. Registrou-se também a forma de onda da tensão em cima tanto do diodo principal quanto do diodo de roda livre, como mostrado nas figuras abaixo. Fig. 9 - Forma de onda que representa a tensao e corrente em cima do diodo principal. Fig. 10 - Forma de onda que representa a tensao em cima do diodo de roda livre. A partir das figuras anteriores, é possível perceber que a carga é influenciada pela condução de ambos os diodos. Enquanto o principal conduz a maior parte da senoide, o diodo de roda livre permite corrigir o ceifamento da corrente causado pela defasagem da carga indutiva. Este diodo é responsável por conduzir apenas a parte da corrente que é cortada pelo diodo principal. Desta forma, é possível ver na figura 8 que a
  6. 6. corrente tem forma de onda senoidal novamente e que a condução é caracterizada por “regime contínuo”, o que significa que para qualquer instante, a corrente nunca toca o ponto zero. Por fim, foram propostos os seguintes exercícios:  Utilizando o software Psim, comparar os resultados obtidos na simulação com os resultados práticos: Primeiramente, construiu-se o circuito de retificação em meia onda para uma carga puramente resistiva. Nas figuras abaixo, pode- se observar as formas de onda de corrente e tensão, tanto na carga quanto no diodo: Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima da carga, para o circuito puramente resistivo Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima do diodo, para o circuito puramente resistivo Pode-se observar,então,grande semelhançacom as formas de onda encontradas durante a realização do experimento. Já as figuras abaixo mostram as formas de onda de corrente e tensão na carga e também no diodo para o circuito RL, sem adição do diodo de roda livre: Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima da carga, para o circuito RL
  7. 7. Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão em cima do diodo principal, para o circuito RL sem adição do diodo de roda livre Mais uma vez, foi possível observar grande semelhança com as formas de ondas retiradas no dia da medição e mostradas acima. Por fim, a figura abaixo mostram as formas de onda na carga RL e também no diodo de roda livre, que é adicionado para corrigir o ceifamento causado pelo diodo principal: Fig. 4 – Forma de onda de corrente e tensão na carga RL (primeiro gráfico) e também no diodo de roda livre (segundo gráfico). O ceifamento na carga é corrigido. Foi possível confirmar,então,atravésda simulação,que osresultadosobtidosnamedição estavamcorretos,poisosgráficosobtidosno osciloscópiopossuemexatamente amesma formade ondae valoresobtidos.  Faça uma análise comparativa do retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga RL sem diodo de roda e com diodo de roda livre: Como se sabe, uma carga RL possui como sua principal característica o defasamento de corrente em relação à tensão. Esta característica dita toda a diferença entre um retificador sem e com diodo de roda livre. O retificador de meia onda sem roda livre ceifa uma pequena parcela da corrente que está atrasada. Em outras palavras, quando o diodo entra em polarização reversa, a corrente ainda está terminando de completar um semiciclo. Esta parcela, a partir do instante da polarização reversa, não é conduzida. Para solucionar esta situação, é inserido um diodo de roda livre em antiparalelo com o principal. O diodo de roda livre irá conduzir apenas a parcela da corrente que foi cortada pelo diodo principal, fazendo com que o regime de condução seja contínua.  Calcule para o retificador monofásico de meia onda alimentando uma carga puramente resistiva: a) Corrente média no diodo; 𝐼 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜_𝑚𝑒𝑑 = 𝑉𝑝 𝜋 ∙ 1 𝑅 = 180 𝜋 ∙ 1 140 = 409,26 𝑚𝐴 b) Corrente de pico no diodo; 𝐼 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜_𝑝𝑖𝑐𝑜 = 409,26 𝑚 ∙ 𝜋 = 1,28 𝐴 c) Tensão de pico inversa no diodo; 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑜_𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎 = 𝑉𝑝 = 180 𝑉
  8. 8. d) Corrente eficaz no diodo; 𝐼 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜_𝑟𝑚𝑠 = 0,5 ∗ 𝐼 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜_𝑝𝑖𝑐𝑜 = 0,5 ∗ 1,28 = 0,65 𝐴 e) Corrente eficaz na carga; 𝐼 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎_𝑟𝑚𝑠 = 𝐼 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑜_𝑟𝑚𝑠 = 0,65 𝐴 f) Tensão eficaz na carga; 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎_𝑟𝑚𝑠 = 0,5 ∗ 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 _𝑝𝑖𝑐𝑜 = 0,5 ∗ 180 = 90 𝑉 g) Fator de forma; 𝐹𝐹 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎_𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 _𝑚𝑒𝑑 = 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎_𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑝 𝜋⁄ = 90 180 𝜋⁄ = 1,56 h) Fator de ripple. 𝐹𝑅 = √( 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎_𝑟𝑚𝑠 ) 2 − (𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 _𝑚𝑒𝑑 )2 𝑉𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 _𝑚𝑒𝑑 = √902 − (180 𝜋⁄ )² 180 𝜋⁄ = 1,2  Explique o que é condução contínua e descontínua de um conversor e identifique o regime de condução do retificador montado no exercício 8: Em poucas palavras, um regime de condução contínuo é aquele em que a corrente do circuito, para qualquer instante de tempo, nunca atinge o valor de zero. Analogamente, em um regime descontínuo a corrente do circuito atinge o valor de zero por um determinado tempo. Existe ainda um terceiro tipo de regime de condução. É chamado de regime crítico, e se caracteriza pelo fato de, em algum instante de tempo, a tensão e a corrente atingirem o valor de zero ao mesmo tempo. Temos então, para o retificar de meia onda com diodo de roda livre, uma condução do tipo contínua. 6. CONCLUSAO 7. BIBLIOGRAFIA  Introdução à análise de circuitos. Robert Boylestad, 10ª Edição, Prentice Hall do Brasil.  Retificadores a diodo: monofásico de meia onda não controlado. Unesp. http://www.feis.unesp.br/Home/depart amentos/engenhariaeletrica/lepnovo/c urso2002/cap21.pdf

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