Projeto de um Retificador de Onda Completa Utilizando Ponte Retificadora com Diodos

INSTITUTO FEDERAL DE BRASILIA CAMPUS CEILÂNDIA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA JOSE ROBERTO CUNHA FERREIRA PROJETO DE UM RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA UTILIZANDO PONTE RETIFICADORA COM DIODOS Atividade 1 Brasília 11 de outubro de 2023 2023 1 INTRODUÇÃO Um retificador de onda completa monofásico é um dispositivo eletrônico crucial no campo da eletrônica de potência Ele desempenha um papel fundamental na conversão de corrente alternada CA em corrente contínua CC um processo essencial em uma variedade de aplicações industriais e domésticas Este dispositivo é especialmente importante em sistemas de alimentação fontes de alimentação de computadores carregadores de bateria e muitas outras aplicações eletrônicas A principal função de um retificador de onda completa monofásico é converter a tensão alternada em uma tensão contínua Isso é necessário porque a maioria dos dispositivos eletrônicos e circuitos opera com corrente contínua enquanto a eletricidade fornecida pelas concessionárias de energia é geralmente alternada Assim os retificadores desempenham um papel crítico na retificação do sinal de entrada permitindo que os dispositivos eletrônicos funcionem de maneira eficiente A operação de um retificador de onda completa monofásico envolve a retificação de toda a alternância do ciclo da tensão alternada Isso significa que tanto a metade positiva quanto a metade negativa do ciclo de tensão alternada são convertidas em tensão contínua positiva Isso é alcançado por meio do uso de dispositivos semicondutores como diodos que permitem que a corrente flua em uma única direção durante metade do ciclo e bloqueiem a corrente na outra metade Uma das configurações mais comuns para um retificador de onda completa monofásico é o circuito de ponte de diodos também conhecido como retificador em ponte Este circuito utiliza quatro diodos em uma configuração em forma de ponte para realizar a retificação Quando a tensão de entrada é positiva os diodos apropriados conduzem e permitem que a corrente flua para a saída Quando a tensão de entrada é negativa os diodos opostos conduzem invertendo a polaridade e fornecendo uma saída positiva contínua A eficiência e a capacidade de regulação de um retificador de onda completam monofásico são fatores críticos em seu design e desempenho A eficiência está relacionada à capacidade do retificador de converter a energia CA em energia CC sem grandes perdas Quanto maior a eficiência menor o desperdício de energia na forma de calor A capacidade de regulação referese à capacidade do retificador de manter uma saída de tensão CC estável mesmo com variações na tensão de entrada ou na carga Portanto o retificador de onda completa monofásico é um componente essencial em muitas aplicações eletrônicas desempenhando um papel crucial na conversão de corrente alternada em corrente contínua Sua importância reside na sua capacidade de fornecer energia contínua e estável para alimentar uma ampla gama de dispositivos eletrônicos e sistemas contribuindo para a funcionalidade e eficiência de muitos aspectos da nossa vida cotidiana e da indústria moderna 2 OBJETIVOS Projetar um retificador a diodo de ponte completa 3 METODOLOGIA Para realizar o projeto do retificador a diodo de ponte completa foram realizados os seguintes passos I Especificação da potência transferida para rede 𝑓 II Cálculo da tensão máximo no capacitor de filtro 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 III Cálculo da tensão mínima no capacitor de filtro 𝑉𝐶1𝑚í𝑛 IV Cálculo do capacitor 𝐶 V Cálculo do Tempo de condução 𝑡𝑐 VI Cálculo da tensão média 𝑉𝑜𝑚𝑒𝑑 VII Cálculo do resistor de carga 𝑅 31 ESPECIFICAÇÃO DA POTÊNCIA TRANSFERIDA PARA REDE F O circuito deverá fornecer uma potência de 100W para a rede 32 CÁLCULO DA TENSÃO MÁXIMO NO CAPACITOR DE FILTRO 𝑽𝑪𝟏𝒎𝒂𝒙 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 2 𝑉𝑖𝑛𝑒𝑓 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 2 220 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 311 𝑉 33 CÁLCULO DA TENSÃO MÍNIMA NO CAPACITOR DE FILTRO 𝑽𝑪𝟏𝒎Í𝑵 𝑉𝐶1𝑀Í𝑁 𝑉𝐶1𝑀Á𝑋 Δ𝑉𝐶1 𝑉𝐶1𝑀Í𝑁 𝑉𝐶1𝑀Í𝑁 311 311 01 𝑉𝐶1𝑀Í𝑁 2799 𝑉 34 CÁLCULO DO CAPACITOR 𝐶1 𝑃𝑖𝑛 𝑓𝑟 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 2 𝑉𝐶1𝑚í𝑛 2 𝐶1 100 60 3112 27992 𝐶1 9069𝜇𝐹 35 CÁLCULO DO TEMPO DE CONDUÇÃO 𝒕𝒄 𝑡𝑐 arccos 𝑉𝐶1𝑀Í𝑁 𝑉𝐶1𝑀Á𝑋 2𝜋𝑓𝑟 𝑡𝑐 arccos 2799 311 2𝜋 50 𝑡𝑐 0068547 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 36 CÁLCULO DA TENSÃO MÉDIA NA SAÍDA DO RETIFICADOR 𝑉𝑜𝑚𝑒𝑑 𝑉𝐶1𝑚𝑒𝑑 𝑉𝐶1𝑚á𝑥 𝑉𝐶1𝑚í𝑛 2 𝑉𝑜𝑚𝑒𝑑 311 2799 2 𝑉𝑜𝑚𝑒𝑑 29545 𝑉 37 CÁLCULO DO RESISTOR DE CARGA Considerando que a potência de entrada é igual a potência de saída temos que 𝑅 𝑉2 𝑃 𝑅 295452 100 𝑅 87291 Ω 4 ANÁLISE DOS RESULTADOS Nas seções abaixo estão dispostas as formas de onda da fonte dos diodos da carga e da potência aparente do circuito retificador de onda completa utilizando ponte retificadora 41 Circuito realizado no PSIM 1113 Figura 1 Circuito do Retificador de onda completa em ponte de diodos 42 Formas de ondas Figura 2 Gráfico da tensão de entrada AC e da tensão de saída DC Figura 3 Gráfico da tensão dos diodos 𝑫𝟏 𝑫𝟐 𝑫𝟑 e 𝑫𝟒 Figura 4 Gráfico da Potência Ativa De acordo com os resultados obtidos temse as seguintes análises I A tensão de saída DC está de acordo com o que foi especificado tendo uma tensão de oscilação de apenas 10 da tensão de saída se comportando praticamente como uma tensão contínua II Em relação as operações do diodo podese observar que quando o semiciclo da tensão está positivo os diodos 𝑑1 e 𝑑4 estão conduzindo já quando o semiciclo da tensão está negativo os diodos 𝑑2 e 𝑑3 conduzem III O wattímetro colocado em paralelo com a carga e o filtro capacitivo mostra que o objetivo de fornecer uma potência de 100W para a rede foi alcançando haja vista que de acordo com o gráfico da figura 4 considerando o regime permanente a potência foi de 10183 W IV Ainda de acordo com a simulação frequência de saída é 120 Hz e a frequência da fonte de alimentação é de 60 Hz o que está em consonância com a teoria 5 CONCLUSÃO Em relação aos resultados obtidos concluise que o experimento foi realizado com êxito tendo em vista que os resultados práticos obtidos com a simulação estão de acordo com a teoria do retificador de onda completa utilizando ponte retificadora Além disso a análise das formas de onda de entrada e saída proporcionou insights sobre a redução da amplitude e a frequência das oscilações resultantes da retificação Portanto o experimento do retificador de onda completa com ponte retificadora é uma ferramenta educacional útil para entender os princípios básicos da conversão de energia elétrica e suas aplicações práticas na eletrônica de potência