Eletrônica de Potência - Lista de Exercícios sobre Conversores e Inversores

Lista 2 ENG1452 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Nome Matrícula 1 Qual a diferença entre os conversores controlados semicontrolados e duais 2 Por que o fator de potência de conversores semicontrolados são melhores que os dos controlados 3 Qual a diferença entre controle por modulação de pulso e controle por modulação de pulsos senoidais dos conversores 4 Quais as vantagens e desvantagens do controle ligadesliga 5 O que é um cicloconversor 6 Qual o princípio de operação de um inversor 7 Quais as vantagens e desvantagens de um inversor transistorizado para um tiristorizado 8 Quais as razoes para um filtro na saída de um inversor 9 O que é zona morta de um inversor de pulsos ressonantes 10 Quais as vantagens e limitações dos conversores ZVS 11 Observe o circuito abaixo e diga qual sua função explicando o objetivo de cada semicondutor część 1 2 3 4 część część 1 2 3 4 część 1 2 3 4 część 1 2 3 4 część SD806 SW300500 P15 NCP1340ADR2G S66015Z NCP1207ADR2G NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 NCP302013T6 LISTA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 1 Os conversores controlados utilizam dispositivos de controle totalmente controláveis como tiristores ou SCR A característica principal é que o ângulo de disparo desses dispositivos é controlado para regular a saída de energia Eles são usados em aplicações onde é necessário um controle preciso da saída Exemplo clássico é o controle de velocidade em motores de corrente contínua Já os conversores semicontrolados são uma combinação de dispositivos controláveis como SCRs e não controláveis como diodos é usada O controle da saída é parcialmente possível mas não tão preciso quanto nos conversores totalmente controlados São comumente utilizados em aplicações de potência média onde um controle total não é estritamente necessário Os conversores duais podem controlar o fluxo de energia em ambas as direções Eles podem ser configurados como controlados ou semicontrolados dependendo da aplicação São usados em sistemas que exigem a troca de energia em duas direções como em sistemas de armazenamento de energia ou em veículos elétricos onde a energia pode ser tanto extraída da bateria quanto devolvida a ela por exemplo durante a regeneração de energia na frenagem 2 Nos conversores semicontrolados a combinação de dispositivos controláveis como tiristores e não controláveis como diodos resulta em uma forma de onda de corrente mais alinhada com a forma de onda da tensão de entrada Isso ocorre porque durante parte do ciclo os diodos conduzem a corrente automaticamente sem a necessidade de um controle de disparo preciso diferentemente do que acontece nos conversores totalmente controlados onde o ângulo de disparo dos tiristores tem um impacto significativo no fator de potência A menor distorção harmônica e o menor ângulo de disparo efetivo nos conversores semicontrolados contribuem para um perfil de corrente que está mais em fase com a tensão o que melhora o fator de potência 3 A diferença entre o controle por modulação de pulso PWM e o controle por modulação de pulsos senoidais SPWM em conversores está na maneira como os pulsos elétricos são utilizados para controlar a saída No PWM a largura dos pulsos é variada mantendose uma frequência constante com o objetivo de ajustar a média da tensão de saída Esta técnica é eficaz para controlar a tensão e a corrente em uma ampla gama de aplicações pois permite um controle preciso sobre a energia transferida Por outro lado o SPWM é uma variação do PWM onde a modulação dos pulsos é baseada em uma onda senoidal de referência Neste método a largura dos pulsos varia de acordo com a amplitude da onda senoidal buscando gerar uma saída que imita mais de perto uma forma de onda senoidal Este tipo de modulação é particularmente útil em conversores de energia AC como inversores pois resulta em uma saída com menor distorção harmônica e melhor qualidade de energia Enquanto o PWM é valorizado pela sua simplicidade e eficiência o SPWM é escolhido pela sua capacidade de fornecer uma saída que se assemelha mais a uma onda senoidal natural sendo importante em aplicações onde a qualidade da energia é crítica 4 a principal vantagem é a facilidade de uso e manutenção além do baixo custo tornandoo ideal para uma ampla variedade de aplicações onde um controle preciso não é crucial Além disso sua robustez e confiabilidade são pontos fortes pois há menos componentes que podem falhar No entanto o controle ligadesliga tem desvantagens significativas principalmente a falta de precisão no controle Ele pode levar a oscilações em torno do ponto de ajuste pois o sistema está constantemente ligando e desligando para manter o nível desejado Isso pode resultar em um desgaste mais rápido dos componentes mecânicos e ineficiência energética Além disso a falta de controle fino torna este método inadequado para aplicações que exigem um controle preciso e delicado Portanto enquanto o controle ligadesliga é vantajoso pela sua simplicidade e custobenefício ele é limitado pela sua falta de precisão e potencial para causar instabilidade em certos sistemas 5 É um tipo de conversor de energia elétrica que converte diretamente uma corrente alternada AC de uma frequência para outra sem passar por uma etapa intermediária de conversão em corrente contínua DC É comumente usado em aplicações de alta potência como acionamentos de motores elétricos de grande porte onde é necessário ajustar a frequência da alimentação para controlar a velocidade do motor O cicloconversor controla a fase e a amplitude da tensão de saída para variar a frequência 6 Um inversor utiliza dispositivos de comutação eletrônicos como transistores ou tiristores para alternar rapidamente a direção da corrente contínua criando assim uma forma de onda alternada O processo de comutação é controlado de maneira a simular uma onda senoidal em inversores mais avançados ou uma forma de onda modificada dependendo da sofisticação do inversor Um circuito oscilador gera um sinal de controle de frequência que determina a frequência da corrente alternada de saída Este sinal é usado para controlar os dispositivos de comutação alternandoos entre estados ligado e desligado Quando os dispositivos de comutação são ativados eles permitem que a corrente flua em uma direção e quando desativados a direção da corrente é invertida Este ciclo de comutação rápida cria uma saída de corrente alternada 7 Os inversores transistorizados são conhecidos pela sua alta eficiência e rapidez na comutação Isso permite uma melhor qualidade da onda de saída com menor distorção harmônica tornandoos ideais para aplicações que exigem uma energia limpa e estável como em equipamentos sensíveis ou em sistemas de comunicação Além disso a capacidade de operar em altas frequências faz dos inversores transistorizados uma escolha preferida em aplicações que exigem tamanho compacto e eficiência energética como em dispositivos portáteis ou em tecnologia de comunicação No entanto esses inversores tendem a ser mais complexos e caros tanto em termos de componentes quanto de design e manutenção Por outro lado os inversores tiristorizados são robustos e eficazes para lidar com altas potências e tensões Eles são menos complexos e portanto geralmente mais baratos de produzir e manter do que os inversores transistorizados Essa robustez e simplicidade os tornam uma opção viável para aplicações industriais pesadas e para sistemas de energia onde a durabilidade é uma preocupação principal Contudo os inversores tiristorizados têm limitações significativas em termos de frequência de comutação e qualidade da onda de saída resultando em maior distorção harmônica Isso os torna menos adequados para aplicações que necessitam de uma onda senoidal pura ou para equipamentos sensíveis que podem ser afetados pela qualidade inferior da energia 8 São usados na saída de inversores para suavizar a forma de onda de saída reduzindo a distorção harmônica e melhorando a qualidade da energia fornecida Eles ajudam a proteger os dispositivos conectados de picos de tensão e interferências garantindo uma operação mais estável e segura 9 A zona morta em inversores de pulsos ressonantes referese a um período de tempo durante o qual não ocorre comutação nos dispositivos de saída Durante este intervalo a tensão de saída é essencialmente zero Este intervalo é necessário para evitar curtoscircuitos e permitir que os dispositivos de comutação se recuperem e estejam prontos para a próxima comutação Ajustar corretamente a zona morta é crucial para o desempenho e a eficiência do inversor 10 Os conversores ZVS Zero Voltage Switching apresentam vantagens como redução de perdas de comutação e estresse térmico nos componentes o que melhora a eficiência e prolonga a vida útil do sistema Eles permitem operação em altas frequências reduzindo a interferência eletromagnética por conta da comutação em zero volts e possibilitando o uso de componentes passivos menores indutores e capacitores com sistemas mais compactos No entanto têm desvantagens como complexidade aumentada no design e controle custo mais elevado e eficiência reduzida em cargas baixas Além disso podem ter limitações na potência máxima e faixa operacional restringindo sua aplicabilidade em algumas situações de alta potência 11 O LM741 é um amplificador operacional opamp que foi um dos primeiros amplificadores operacionais disponíveis em circuito integrado e ainda é amplamente utilizado devido à sua simplicidade e eficácia Ele é projetado para uma grande variedade de aplicações de amplificação de sinais analógicos A função primária do LM741 é amplificar a diferença de tensão entre seus dois pinos de entrada o inversor e o não inversor A tensão de saída do opamp é essa diferença de tensão multiplicada por um fator conhecido como ganho de tensão em malha aberta do amplificador operacional A saída do LM741 pode ser controlada com a adição de componentes externos como resistores e capacitores para formar circuitos com várias funções como amplificadores de ganho fixo filtros osciladores e muitos outros O ganho é ajustável e é definido pela relação de dois resistores externos em um circuito de feedback conectado entre a saída e a entrada inversora Um dos motivos da popularidade do LM741 é a sua versatilidade Ele pode operar com uma única fonte de alimentação ou com fontes de alimentação duplas dependendo da aplicação No entanto apesar de sua ampla utilização o LM741 tem algumas limitações como uma largura de banda relativamente pequena e uma taxa de variação de tensão de saída que não é tão rápida quanto a de opamps mais modernos Além disso o LM741 não é considerado ideal para aplicações que requerem baixo ruído ou baixo consumo de energia Ainda assim devido ao seu custo baixo e disponibilidade continua sendo um componente padrão em muitos projetos eletrônicos educacionais e profissionais