Circuitos retificadores

O que é retificação?

Agora chegamos à aplicação mais popular do diodo: retificação . Definida de forma simples, a retificação é a conversão de corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC). Trata-se de um dispositivo que permite apenas um fluxo unilateral de carga elétrica. Como vimos, isso é exatamente o que um diodo semicondutor faz. O tipo mais simples de circuito retificador é o meia onda retificador. Ele permite que apenas metade de uma forma de onda CA passe para a carga. (Figura abaixo)



Circuito retificador de meia onda.

Retificação de meia onda

Para a maioria das aplicações de energia, a retificação de meia onda é insuficiente para a tarefa. O conteúdo harmônico da forma de onda de saída do retificador é muito grande e, consequentemente, difícil de filtrar. Além disso, a fonte de alimentação CA fornece energia para a carga apenas metade a cada ciclo completo, o que significa que metade de sua capacidade não é utilizada. A retificação de meia onda é, no entanto, uma maneira muito simples de reduzir a potência a uma carga resistiva. Alguns interruptores do dimmer da lâmpada de duas posições aplicam energia CA total ao filamento da lâmpada para brilho "total" e, em seguida, retificam a meia onda para uma saída de luz menor. (figura abaixo)



Aplicação do retificador de meia onda:dimmer da lâmpada de dois níveis.

Na posição “Dim” do interruptor, a lâmpada incandescente recebe aproximadamente metade da potência que normalmente receberia operando em CA de onda completa. Como a energia retificada de meia onda pulsa muito mais rapidamente do que o filamento tem tempo para aquecer e esfriar, a lâmpada não pisca. Em vez disso, seu filamento simplesmente opera a uma temperatura menor do que o normal, fornecendo menos saída de luz.

Este princípio de “pulsar” energia rapidamente para um dispositivo de carga de resposta lenta para controlar a energia elétrica enviada a ele é comum no mundo da eletrônica industrial. Como o dispositivo de controle (o diodo, neste caso) é totalmente condutor ou totalmente não-condutor em um determinado momento, ele dissipa pouca energia térmica enquanto controla a potência de carga, tornando este método de controle de potência muito eficiente em termos de energia. Este circuito é talvez o método mais rudimentar possível de impulsionar energia para uma carga, mas é suficiente como uma aplicação de prova de conceito.

Retificadores de onda completa

Se precisarmos retificar a energia CA para obter o uso completo de ambos semiciclos da onda senoidal, uma configuração de circuito retificador diferente deve ser usada. Esse circuito é chamado de onda completa retificador. Um tipo de retificador de onda completa, chamado de toque central projeto, usa um transformador com um enrolamento secundário com derivação central e dois diodos, como na figura abaixo.



Retificador de onda completa, design com rosca central.

Meio Ciclo Positivo

A operação deste circuito é facilmente compreendida meio ciclo de cada vez. Considere o primeiro meio-ciclo, quando a polaridade da tensão da fonte é positiva (+) na parte superior e negativa (-) na parte inferior. Neste momento, apenas o diodo superior está conduzindo; o diodo inferior está bloqueando a corrente e a carga “vê” a primeira metade da onda senoidal, positiva na parte superior e negativa na parte inferior. Apenas a metade superior do enrolamento secundário do transformador transporta corrente durante este meio ciclo, como na figura abaixo.



Retificador de derivação central de onda completa:a metade superior do enrolamento secundário conduz durante o meio-ciclo positivo de entrada, fornecendo meio-ciclo positivo para a carga.

Meio Ciclo Negativo

Durante o próximo meio-ciclo, a polaridade AC é invertida. Agora, o outro diodo e a outra metade do enrolamento secundário do transformador carregam corrente, enquanto as porções do circuito que anteriormente carregavam corrente durante o último meio-ciclo permanecem ociosas. A carga ainda “vê” metade de uma onda senoidal, da mesma polaridade de antes:positiva na parte superior e negativa na parte inferior. (Figura abaixo)



Retificador de derivação central de onda completa:Durante o meio-ciclo de entrada negativa, a metade inferior do enrolamento secundário conduz, fornecendo um meio-ciclo positivo para a carga.

Desvantagens do projeto do retificador de onda completa

Uma desvantagem desse projeto de retificador de onda completa é a necessidade de um transformador com um enrolamento secundário com derivação central. Se o circuito em questão for de alta potência, o tamanho e o custo de um transformador adequado são significativos. Conseqüentemente, o projeto do retificador de derivação central é visto apenas em aplicações de baixa potência.

Outras configurações

A polaridade do retificador com derivação central de onda completa na carga pode ser revertida mudando a direção dos diodos. Além disso, os diodos reversos podem ser colocados em paralelo com um retificador de saída positiva existente. O resultado é um retificador com derivação central de onda completa de polaridade dupla na figura abaixo. Observe que a conectividade dos próprios diodos é a mesma configuração de uma ponte.



Retificador de derivação central de onda completa de polaridade dupla

Retificadores de ponte de onda completa

Existe outro projeto de retificador de onda completa mais popular e é construído em torno de uma configuração de ponte de quatro diodos. Por razões óbvias, este projeto é chamado de ponte de onda completa . (Figura abaixo)



Retificador de ponte de onda completa.

As direções de corrente para o circuito retificador de ponte de onda completa são mostradas na figura abaixo para meio-ciclo positivo e a figura abaixo para meio-ciclo negativo da forma de onda da fonte CA. Observe que, independentemente da polaridade da entrada, a corrente flui na mesma direção através da carga. Ou seja, o semiciclo negativo da fonte é um semiciclo positivo na carga.

O fluxo da corrente ocorre por meio de dois diodos em série para ambas as polaridades. Assim, duas quedas de diodo da tensão da fonte são perdidas (0,7 · 2 =1,4 V para Si) nos diodos. Esta é uma desvantagem em comparação com um design de derivação central de onda completa. Esta desvantagem é um problema apenas em fontes de alimentação de voltagem muito baixa.



Retificador de ponte de onda completa:Fluxo de corrente para semiciclos positivos.



Retificador de ponte de onda completa:Fluxo de corrente para meios ciclos negativos.

Diagrama do circuito retificador de ponte de onda completa alternativa

Lembrar o layout adequado dos diodos em um circuito retificador de ponte de onda completa pode ser frustrante para o novo estudante de eletrônica. Eu descobri que uma representação alternativa deste circuito é mais fácil de lembrar e compreender. É exatamente o mesmo circuito, exceto que todos os diodos são desenhados em uma atitude horizontal, todos "apontando" para a mesma direção. (Figura abaixo)



Estilo de layout alternativo para retificador de ponte de onda completa.

Versão polifásica usando layout alternativo

Uma vantagem de lembrar esse layout para um circuito retificador de ponte é que ele se expande facilmente em uma versão polifásica na Figura abaixo.





Circuito retificador de ponte de onda completa trifásico.

Cada linha trifásica se conecta entre um par de diodos:um para direcionar a energia para o lado positivo (+) da carga e o outro para direcionar a energia para o lado negativo (-) da carga.

Os sistemas polifásicos com mais de três fases são facilmente acomodados em um esquema de retificador de ponte. Considere, por exemplo, o circuito retificador de ponte de seis fases na figura abaixo.



Circuito retificador de ponte de onda completa de seis fases.

Quando a CA polifásica é retificada, os pulsos deslocados de fase se sobrepõem para produzir uma saída CC que é muito mais “suave” (tem menos conteúdo CA) do que a produzida pela retificação de CA monofásica. Esta é uma vantagem decidida em circuitos retificadores de alta potência, onde o tamanho físico absoluto dos componentes de filtragem seria proibitivo, mas uma alimentação CC de baixo ruído deve ser obtida. O diagrama na figura abaixo mostra a retificação de onda completa da CA trifásica.





Saída de retificador trifásico CA e trifásico de onda completa.

Tensão de ondulação

Em qualquer caso de retificação - monofásica ou polifásica - a quantidade de tensão CA misturada com a saída CC do retificador é chamada de tensão ondulada . Na maioria dos casos, uma vez que a CC “pura” é a meta desejada, a ondulação da tensão é indesejável. Se os níveis de potência não forem muito altos, redes de filtragem podem ser empregadas para reduzir a quantidade de ondulação na tensão de saída.

Unidades de 1 pulso, 2 pulsos e 6 pulsos

Às vezes, o método de retificação é referido contando o número de "pulsos" DC de saída para cada 360 ^o de “rotação” elétrica. Um circuito retificador monofásico de meia onda, então, seria chamado de 1 pulso retificador, porque produz um único pulso durante o tempo de um ciclo completo (360 ^o ) da forma de onda AC. Um retificador monofásico de onda completa (independentemente do projeto, derivação central ou ponte) seria chamado de 2 pulsos retificador porque ele emite dois pulsos de CC durante o período de um ciclo de CA. Um retificador de onda completa trifásico seria chamado de 6 pulsos unidade.

Fases do circuito retificador

A convenção de engenharia elétrica moderna descreve ainda a função de um circuito retificador usando uma notação de três campos de fases , maneiras , e número de pulsos . Um circuito retificador monofásico de meia onda recebe a designação um tanto enigmática de 1Ph1W1P (1 fase, 1 via, 1 pulso), o que significa que a tensão de alimentação CA é monofásica, aquela corrente em cada fase das linhas de alimentação CA move-se em apenas uma direção (caminho), e que há um único pulso de DC produzido para cada 360 ^o de rotação elétrica.

Um circuito retificador monofásico de onda completa com derivação central seria designado como 1Ph1W2P neste sistema de notação:1 fase, 1 via ou direção da corrente em cada metade do enrolamento e 2 pulsos ou tensão de saída por ciclo.

Um retificador de ponte monofásico de onda completa seria designado como 1Ph2W2P:o mesmo que para o projeto de derivação central, exceto a corrente, pode ir ambos caminhos através das linhas AC em vez de apenas um caminho.

O circuito retificador de ponte trifásico mostrado anteriormente seria chamado de retificador 3Ph2W6P.

É possível obter mais pulsos do que o dobro do número de fases em um circuito retificador?

A resposta a esta pergunta é sim :, especialmente em circuitos polifásicos. Por meio do uso criativo de transformadores, conjuntos de retificadores de onda completa podem ser colocados em paralelo de forma que mais de seis pulsos de CC sejam produzidos para três fases de CA. A 30 ^o a mudança de fase é introduzida do primário para o secundário de um transformador trifásico quando as configurações do enrolamento não são do mesmo tipo.

Em outras palavras, um transformador conectado tanto Y-Δ ou Δ-Y exibirá este 30 ^o mudança de fase, enquanto um transformador conectado Y-Y ou Δ-Δ não. Este fenômeno pode ser explorado por ter um transformador conectado Y-Y alimentando uma ponte retificadora, e outro transformador conectado Y-Δ alimentando uma segunda ponte retificadora, então colocar em paralelo as saídas CC de ambos os retificadores. (Figura abaixo)

Uma vez que as formas de onda de ondulação de tensão das saídas dos dois retificadores são deslocadas de fase 30 ^o um do outro, sua superposição resulta em menos ondulação do que a saída do retificador considerada separadamente:12 pulsos por 360 ^o em vez de apenas seis:



Circuito retificador polifásico:3 fases 2 vias 12 pulsos (3Ph2W12P)

REVER:

• Retificação é a conversão de corrente alternada (AC) em corrente contínua (DC).
• Uma meia onda retificador é um circuito que permite que apenas meio ciclo da forma de onda da tensão CA seja aplicada à carga, resultando em uma polaridade não alternada. A DC resultante entregue à carga "pulsa" significativamente.
• Uma onda completa retificador é um circuito que converte ambos os semiciclos da forma de onda da tensão CA em uma série ininterrupta de pulsos de tensão da mesma polaridade. O DC resultante entregue à carga não "pulsa" tanto.
• A corrente alternada polifásica, quando retificada, fornece uma forma de onda DC muito mais "suave" (menos ondulação tensão) do que CA monofásica retificada.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de retificação de diodos