ATIVIDADE 1 - EELE - ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - 53_2025
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DE ESTUDO 1 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – Modulo 53/2025
Contextualização
Nas primeiras unidades de Eletrônica de Potência tratamos de estudar os
conceitos básicos de circuitos chaveados quando calculamos a potência perdida
na transferência entre fonte e carga. Em seguida, discutimos os circuitos
conversores básicos de CA para CC, os chamados retificadores, que podem ser
controlados ou não controlados.
Controle da temperatura de um forno industrial
Considere que o diagrama a seguir, ilustrado na Figura 1, representa o circuito
de potência simplificado de um forno elétrico, onde a energia absorvida pelo
resistor de carga é transformada em calor. Consideraremos a resistência
como linear, visando analisar o circuito de controle e a
transferência de potência entre a fonte (Vs) e a carga (RL).
Figura 1: Controle de Temperatura de um forno industrial
Fonte: o autor.
Considere que Vs representa uma fonte de tensão CC, VRL é
a tensão entre os terminais do resistor. VDS representa
a tensão entre os terminais principais de uma chave estática de potência, Q1,
que por sua vez é comandada por um gerador de sinal PWM conectado
ao terminal de controle da chave. IRL representa a corrente no
resistor de carga.
Os dados de operação do circuito são:
Considere agora que uma chave REAL será utilizada no circuito. Isso significa
que ela apresentará perdas durante o funcionamento do circuito. O modelo
escolhido foi o transistor MOSFET CANAL N STB7NK80Z. Algumas características
deste componente estão mostradas na Tabela 1.
Tabela 1:
Na Tabela 1 estão apresentados os valores de tempo de abertura (tSWon)
e fechamento (tSWoff), o limite de tensão entre Dreno e Source (VDSmáx),
a queda de tensão em condução (VDSon), a corrente de fuga (ILeak)
e a potência máxima permitida para esta chave (Pmáx).
1 a) Conhecendo os parâmetros da chave, calcule a potência média dissipada
na chave Q durante o estado ligado.
1 b) Calcule a potência média dissipada na chave durante o estado bloqueado.
1 c) Calcule a potência máxima dissipada durante a ligação da
chave.
1 d) Calcule a Potência Média Total dissipada na chave em relação ao ciclo de
chaveamento.
2. Um retificador monofásico da Figura 3, onde os quatro diodos formam uma
ponte completa alimentando a carga RL genérica.
Figura 3 – Circuito Retificador Monofásico com carga RL
Fonte: o autor.
Dados do circuito:
D1, D2, D3, D4: Diodos
ideais;
Vs: Fonte de tensão monofásica da rede elétrica.
R: Componente resistiva da carga, cujo valor é de 5 Ω;
L: Componente indutiva da carga, cujo valor é de 7,5 mH.
a) Se considerarmos os diodos como chaves ideais, qual o valor médio de tensão
na carga se o valor máximo da tensão monofásica é de 150 V em 50 Hz?
b) Qual o valor médio de corrente na carga considerando a mesma situação do
item a)?
c) Qual o valor da potência, em Watts, absorvida pela carga RL?
Obs: Considere a 4ª ordem como a maior da série.
3. Você foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eólico deve
alimentar um banco de baterias. A tensão de saída do gerador varia de 10 a 110
Vcc em diferentes condições de vento e carga. Caso a potência drenada da
máquina esteja abaixo da capacidade, a rotação da turbina tende a aumentar e,
consequentemente, a tensão nos seus terminais também aumenta. De forma análoga,
se a potência drenada for acima da capacidade, a rotação tende a diminuir
juntamente com a tensão.
Considerando que o banco de baterias resulta num barramento de 220 Vcc e o
objetivo de que, ao menor valor de tensão de operação disponível no gerador, o
carregamento da bateria já aconteça, responda às questões a seguir considerando
as chaves estáticas como ideais.
a) A partir dos modelos de conversores cc-cc que você conheceu no curso de
eletrônica de potência, quais das topologias se adequam a este projeto?
Justifique.
b) Considerando que a topologia escolhida é a BOOST, calcule os valores
máximos e mínimos de razão cíclica para transferir 10 kW do gerador para o
banco de baterias
c) Desprezando as perdas na chave e nos elementos passivos, calcule a corrente
média na entrada do conversor quando o gerador fornece a potência máxima.
d) Considere que a bateria pode ser representada por uma impedância
puramente resistiva de 20 Ω. Calcule o valor médio da indutância L do conversor
Boost quando a tensão do barramento estiver em 110 V e a tensão da bateria
estiver regulada em 220 V, mantendo 5% de ondulação sobre o valor médio de
corrente no indutor. A frequência do conversor é 10 kHz.
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