Circuitos Retificadores

CIRCUITOS RETIFICADORES

Retificador é um circuito que faz a conexão entre uma fonte CA e uma Carga CC, isto é, converte uma tensão CA em CC. A tensão direta assim obtida não é pura tal qual a de uma bateria, contém componente de ripple alternada (CA), superposta com um nível médio (CC).

Existem vários tipos possíveis de retificadores, e, de acordo com o tipo, obtém-se diferentes ripples, tensão média e eficiência na saída. De acordo com a natureza da carga, influências significativas podem ocorrer na tensão CA de alimentação.

1 - CIRCUITOS E NOMENCLATURAS

Os circuitos retificadores dividem-se em dois grandes grupos, os de meia-onda ou um caminho, e os de onda completa ou em ponte ou dois caminhos.

Os retificadores de meia-onda são aqueles que possuem um diodo por fase da tensão CA de alimentação na entrada. Todos os diodos são ligados em cátodo ou ânodo comum em um terminal de carga, e o outro terminal da carga ligado ao neutro do transformador de alimentação. A expressão meia-onda vem do fato de que, em cada fase na entrada, a corrente é unidirecional; por isso alguns autores preferem a denominação um caminho.

Os retificadores de onda completa correspondem à associação de dois retificadores de meia-onda ligados em série. Um deles leva a corrente até a carga, e o outro faz o retorno para a entrada CA, eliminando a necessidade de uma fonte CA com neutro. A expressão onda completa provém de que, em cada fase na entrada, a corrente tem dois sentidos, com valor médio nulo. Daí alguns autores preferirem a denominação dois caminhos.

Quanto à característica de controle, os retificadores se enquadram em uma das seguintes categorias: sem controle, meio controlado ou híbridos e totalmente controlado.

O retificador sem controle contém apenas diodos, fornecendo à carga uma tensão média fixam que depende da tensão alternada presente na entrada.

O retificador totalmente controlado contém apenas tiristores ou então transistores de potência. Nesses retificadores, utilizando-se circuitos de disparo apropriados, o valor médio entregue à carga pode ser controlado, desde um valor positivo até um valor negativo. Esse fato caracteriza esses retificadores como conversores bidirecionais, pois o fluxo de potência ora vai da entrada para a carga, ora da carga para a entrada.

O retificador híbrido ou meio controlado contém um misto de diodos e tiristores. O valor médio na carga é controlado, porém sempre positivo, desde um valor médio máximo até zero. Esse fato caracteriza esses retificadores como conversores unidirecionais, pois o fluxo de potência vai sempre da entrada para a carga.

Pelo número de pulsos caracteriza-se a tensão de saída de um retificador, e conseqüentemente define-se quantas vezes essa tensão de saída é maior que a tensão de entrada. Por exemplo, retificador de seis pulsos quer dizer que o ripple de saída é seis vezes maior que a freqüência da entrada. Assim, sendo de 60 Hz a freqüência fundamental do ripple da saída.

2 - DIODO DE COMUTAÇÃO

Em muitos retificadores, em particular os bidirecionais, coloca-se um diodo em paralelo com a carga, ilustrado na Fig. 1. Esse diodo, denominado diodo de retorno, de circulação ou de comutação, evita que a tensão média na carga fique negativa durante o semiciclo negativo da tensão CA na entrada, mantendo a corrente do retificador na carga.

Fig. 1 - Posição do diodo de comutação

Esse diodo tem, portanto, duas funções básicas:

 Evitar a tensão média negativa na carga;

 Manter a corrente em circulação na carga, mesmo com os tiristores do conversor bloqueados.

3 - RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA-ONDA (OU DE UM CAMINHO)

Este é o mais simples dos retificadores, e seu circuito está representado na Fig. 2.

Fig. 2 - Retificador monofásico de meia-onda. ( a ) Circuito. ( b ) Formas de onda para carga puramente resistiva. ( c ) Formas de onda para cargas contendo indutância.

As formas de onda estão representadas na Fig. 2(b), considerando-se desprezível a queda direta nos diodos, ou seja, quando diretamente polarizado (ânodo positivo em relação ao cátodo), o diodo funciona como um interruptor simples fechado (curto-circuito), e quando inversamente polarizado, como um interruptor simples aberto (circuito aberto). As formas de onda da Fig. 2(b) foram construídas considerando-se uma carga puramente resistiva e uma tensão senoidal vs, com valor de pico Vmax da entrada. No semiciclo positivo da tensão de entrada, o diodo conduz; a corrente na carga será iL = vs/R. No semiciclo negativo o diodo será bloqueado, e a corrente na carga será igual a zero. Nessas condições a tensão de entrada será aplicada reversamente no diodo. O valor médio da tensão na carga pode ser determinado a partir da definição do valor médio aplicado à forma de onda da tensão na carga. Resulta:

(1.1)

(1.2)

A maioria das cargas (tais como motores CC) necessita de valores médios de tensão, sendo, então, pequeno o interesse pelo valor médio é uma característica do circuito, porém indesejável para a carga.

O diodo é dimensionado pela corrente que o atravessa e pela tensão reversa máxima Vd nele aplicada, nesse caso igual à tensão máxima da rede, Vmáx.

Algumas cargas contêm, além da resistência, também uma indutância em série, cujas formas de onda estão ilustradas na Fig. 2( c ) e esquematizadas na Fig. 3.

Fig. 3 - Circuito equivalente de uma carga indutiva.

Devido a presença da indutância, haverá uma atraso na corrente com relação à tensão. Dessa forma, após terminar o semiciclo positivo da tensão de entrada, ainda existirá corrente na carga, e o diodo continuará conduzindo, até que a corrente suavemente chegue em zero. Conforme Fig. 3, a tensão instantânea na carga dada pela expressão:

(1.3)

A tensão média na carga é: