MAPA
- ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
53
- 2025.
ASSUNTO
1: RETIFICADORES EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA.
Os
retificadores, tanto controlados quanto não controlados, desempenham um papel
fundamental nos circuitos de geração de energia alternativa. A energia eólica,
obtida a partir do vento, é uma fonte de energia limpa e renovável que pode ser
convertida em eletricidade por meio de aerogeradores (turbinas eólicas). No
entanto, a eletricidade gerada pelos aerogeradores é do tipo alternada e
precisa ser retificada para ser utilizada de forma eficiente.
Os retificadores não controlados são amplamente utilizados na
conversão de energia eólica, especialmente em sistemas de pequena escala. Eles
são responsáveis por converter a corrente alternada gerada pelos aerogeradores
em corrente contínua, que pode ser armazenada em baterias, alimentar
diretamente cargas de corrente contínua ou mesmo alimentar um barramento CC
para alimentar um inversor de tensão para injetar energia diretamente à rede
elétrica. Esses retificadores são construídos com diodos e por isso não exigem
um circuito de controle para sua operação.
Por outro lado, os retificadores controlados, como o
retificador de onda completa controlado, têm a capacidade de ajustar a
quantidade de energia convertida. Isso é possível através do controle da fase
de disparo dos dispositivos semicondutores, como tiristores,
utilizados nesses retificadores. Os retificadores controlados são mais
comumente encontrados em sistemas de geração de energia eólica em grande
escala, em que o controle preciso e a regulação de potência são essenciais.
Um diagrama de blocos pode ilustrar o sistema de geração de energia eólica,
mostrando os diferentes componentes e circuitos de potência envolvidos. Cada
bloco representaria um elemento-chave, como o gerador, o retificador,
o inversor e o consumidor, que pode ser a própria rede elétrica interligada no
caso de sistemas on-grid. A Figura 1 apresenta um exemplo de
diagrama de blocos de um sistema de geração eólica conectado à rede, em que
cada bloco representa um circuito de potência específico.
Figura 1 - Diagrama de blocos do sistema de geração eólica.
No sistema citado, a energia cinética do vento é capturada pelo aerogerador e
convertida em energia elétrica alternada, comumente a partir de um gerador
trifásico, representado no diagrama por PMSG (do inglês, Permanent
Magnet Synchronous Generator). Essa energia é então retificada por meio de
um retificador controlado, convertendo-a em corrente contínua. A corrente
contínua pode ser utilizada para alimentar um barramento CC para uso posterior
como um inversor de tensão para ser adequada aos padrões da rede elétrica,
permitindo o uso eficiente da energia eólica gerada.
Atividade 1.
Uma vez que entendemos uma das aplicações mais importantes dos circuitos
retificadores controlados em sistemas de geração de energia eólica, vamos
iniciar analisando o comportamento do principal dispositivo de um retificador
controlado: o SCR. A Figura 2 mostra um circuito retificador em
onda completa formado por 4 SCRs em ponte, alimentando uma carga R-L.
Figura 2 - Retificador Monofásico Controlado em Ponte de SCRs.
Fonte: adaptado de Hart, 2010.
Nesta atividade, você deverá identificar a polaridade do dispositivo pelo
esquemático e entender as informações contidas na folha de dados (datasheet),
verificando-as na prática. Para isso, siga os passos descritos no roteiro
acessível pelo LINK: https://drive.google.com/file/d/1MFeVvB1a5mnM192SXufyV1mtOyvrONry/view,
começando pela página 11 (ATIVIDADE 3).
Agora responda às questões a seguir:
1.a) Quais as condições necessárias para que o SCR do experimento
comece a conduzir?
1.b) Qual o valor da corrente máxima entre Gate e Catodo
especificada para o SCR em questão?
1.c) Qual o valor da corrente entre Anodo e Catodo para que o SCR
do experimento mantenha a condução após a retirada do sinal de gate?
O próximo objetivo é verificar o funcionamento de um circuito com SCR,
evidenciando as condições para que o dispositivo inicie a condução e bloqueio
da corrente. Para isso, proceda a montagem do circuito da Figura 9 da página 14
do roteiro destacado anteriormente. A Figura 3 mostra o circuito que deve ser
feito a montagem.
Figura 3 - Circuito de acionamento SCR1 (LED e R1 em paralelo).
Após a montagem completa, responda às questões a seguir:
1.d) Ao pressionar a botoeira B1 o que acontece com o LED?
1.e) Quando a botoeira B1 é liberada, o que ocorre com o LED e por
quê?
1.f) Com o Led acionado, gire o potenciômetro lentamente até
descobrir o valor limite em que o LED permanece em funcionamento.
1.g) Utilizando o multímetro no modo de medição de corrente,
aumente gradativamente o valor do potenciômetro RV1 até o LED apagar. Qual o
valor da corrente I1 quando o LED apaga?
1.h) Qual a razão do LED ter apagado quando a corrente i1 atinge o
valor apontado na questão 1.g?
ASSUNTO
2: PARTIDA SUAVE DE MOTORES DE INDUÇÃO.
Os
motores elétricos estão presentes na maioria dos processos industriais, e na
maioria desses processos há necessidade de partidas suaves ou controle de
velocidade durante a partida.
Com a evolução da eletrônica de potência, torna-se cada vez mais viável e
prático o uso de chaves eletrônicas de partida de motores. A partida suave de
motores de indução, ou como são comumente conhecidas as “soft-starter”
são equipamentos eletrônicos utilizadas como chave de partida de ótimo
desempenho.
As chaves de partida soft-starter são destinadas ao comando de
motores de corrente alternada ou contínua, assegurando a aceleração e a
desaceleração progressiva, permitindo uma adaptação da velocidade às condições
de operação.
A alimentação do motor, quando é colocado em funcionamento, é feita por aumento
progressivo de tensão, o que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de
corrente. Isso é obtido por meio de um conversor com tiristores em
antiparalelo, montados de dois a dois em cada fase da rede.
A Figura 4 mostra o diagrama de blocos de uma soft-starter modelo
SSW07, do fabricante WEG, em que é possível verificar os pares de SCR em
conectados em cada fase.
Figura 4 – Diagrama de blocos da soft-starter WEG SSW-07.
Fonte: adaptado de WEG, 2016.
Atividade 2)
Agora que já conhecemos uma aplicação importante dos circuitos com SCR, vamos
analisar o funcionamento de um circuito clássico para disparo do SCR: o
oscilador de relaxação com UJT.
Este circuito utiliza um Transistor de Unijunção para gerar os pulsos de
disparo conectados ao Gate do Tiristor. A frequência dos
pulsos pode ser controlada a partir da carga/descarga de um circuito RC, em que
a combinação Resistência-Capacitância determina o tempo de carregamento do
capacitor e, consequentemente, os pulsos entregues ao gate do SCR a partir do
UJT.
Atividade experimental:
2.a) Primeiramente, com a bancada desenergizada e sem realizar
nenhuma conexão, meça os valores da capacitância C1, resistência R2 e o valor
máximo de P utilizando o multímetro digital.
2.b) Realize a montagem do circuito retificador não controlado para
alimentação, conforme o diagrama da Figura 5 a seguir, e em seguida anote o
valor médio da tensão entre Vdc+ e Vdc-.
Figura 5 – Circuito retificador a diodos para alimentação do Oscilador de
Relaxação.
Fonte: adaptado de ALGETEC, 2021.
|
Tensão de
alimentação (Vdc)
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|
Realize a montagem do Oscilador de Relaxação ilustrado na Figura 6, utilizando
a saída do retificador a diodos como alimentação.
Figura 6 – Circuito Oscilador de relaxação com UJT.
Fonte: adaptado de ALGETEC, 2021.
Utilizando o osciloscópio digital, efetue a medição da tensão sobre o capacitor
C1 (CH1) e a tensão no primário do transformador de pulso TP (CH2). Em seguida,
responda:
2.c) Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e
a frequência da tensão no capacitor C1? Justifique.
2.d) Qual a relação entre a tensão em C1 e no primário de TP?
Justifique.
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