Avaliação de Eletrônica de Potência - Projeto de Retificador Não Controlado para Carga RL

Curso Engenharia Elétrica 04102023 Prof Cláudio Domienikan AVALIAÇÃO PARCIAL DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Projete um retificador não controlado que forneça N Volts e N Volts tensão contínua simétrica de saída para uma carga RL ver figura abaixo O valor dos resistores de carga é 100 O valor dos indutores é 500 mH A alimentação é fornecida por meio de um transformador com secundário em triângulo e tape central em cada enrolamento O primário do transformador é alimentado por uma rede trifásica de 220 Volts tensão de linha Os diodos a serem utilizados são de silício VD 07 Volts Podese utilizar quantos forem necessários de acordo com o projeto escolhido Pedese 1 Desenhe o circuito do projeto de forma detalhada indicando todos os componentes utilizados Faça a simulação em um simulador Proteus por exemplo Apresente figuras com resultados 2 A tensão eficaz de saída do transformador e sua relação de espiras 3 A amplitude da componente fundamental da corrente de carga 4 A corrente média e a corrente e eficaz em cada diodo 5 A tensão máxima reversa sobre cada diodo 6 A tensão e a corrente de ondulação picoapico na carga 7 O fator de ondulação da corrente e da tensão de carga 8 A potência média na carga e em cada diodo 9 A potência eficaz do transformador considere transformador ideal 10 Calcule um capacitor que adicionado em paralelo ao resistor de carga reduza a tensão de ondulação picoapico na carga em 10 vezes valor e tensão de isolação O que poderia ser adicionado ao projeto para obterse uma ondulação de tensão na carga de 10 mVpp Obs todas as questões têm o mesmo valor Instruções A atividade valerá 20 pontos na média A2 Podese utilizar qualquer estrutura retificadora estudada Tempo de duração da atividade até o envio 30 horas Número máximo de alunos por grupo 4 quatro O envio deve ser em arquivo pdf pelo Black Board Escolham os diodos utilizados em função dos resultados obtidos Utilize datasheets N média aritmética dos 2 dois últimos dígitos dos números dos RGMs dos alunos do grupo Arredonde para cima o resultado de modo a obter um número inteiro O GRUPO PODE USAR QUALQUER MONTAGEM NO PROJETO QUE ATENDA O ENUNCIADO Transformador Retificadores Meia Onda Monofásico Onda Completa Monofásico Meia Onda Trifásico Ponto Médio Onda Completa Trifásico Ponte de Graetz Curso Engenharia Elétrica 04102023 Prof Cláudio Domienikan AVALIAÇÃO PARCIAL DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA RESPOSTAS NO FINAL DO ARQUIVO Projete um retificador não controlado que forneça N Volts e N Volts tensão contínua simétrica de saída para uma carga RL ver figura abaixo O valor dos resistores de carga é 100 O valor dos indutores é 500 mH A alimentação é fornecida por meio de um transformador com secundário em triângulo e tape central em cada enrolamento O primário do transformador é alimentado por uma rede trifásica de 220 Volts tensão de linha Os diodos a serem utilizados são de silício VD 07 Volts Podese utilizar quantos forem necessários de acordo com o projeto escolhido Pedese 1 Desenhe o circuito do projeto de forma detalhada indicando todos os componentes utilizados Faça a simulação em um simulador Proteus por exemplo Apresente figuras com resultados 2 A tensão eficaz de saída do transformador e sua relação de espiras 3 A amplitude da componente fundamental da corrente de carga 4 A corrente média e a corrente e eficaz em cada diodo 5 A tensão máxima reversa sobre cada diodo 6 A tensão e a corrente de ondulação picoapico na carga 7 O fator de ondulação da corrente e da tensão de carga 8 A potência média na carga e em cada diodo 9 A potência eficaz do transformador considere transformador ideal 10 Calcule um capacitor que adicionado em paralelo ao resistor de carga reduza a tensão de ondulação picoapico na carga em 10 vezes valor e tensão de isolação O que poderia ser adicionado ao projeto para obterse uma ondulação de tensão na carga de 10 mVpp Obs todas as questões têm o mesmo valor Instruções A atividade valerá 20 pontos na média A2 Podese utilizar qualquer estrutura retificadora estudada Tempo de duração da atividade até o envio 30 horas Número máximo de alunos por grupo 4 quatro O envio deve ser em arquivo pdf pelo Black Board Escolham os diodos utilizados em função dos resultados obtidos Utilize datasheets N média aritmética dos 2 dois últimos dígitos dos números dos RGMs dos alunos do grupo Arredonde para cima o resultado de modo a obter um número inteiro O GRUPO PODE USAR QUALQUER MONTAGEM NO PROJETO QUE ATENDA O ENUNCIADO Transformador Retificadores Meia Onda Monofásico Onda Completa Monofásico Meia Onda Trifásico Ponto Médio Onda Completa Trifásico Ponte de Graetz RESOLUÇÃO DA ATIVIDADE 1 SIMULAÇÃO DO CIRCUITO Para realização da atividade o software utilizado o NI MULTISIM ONLINE a escolha se deu pelo fato de não necessitar de licença Figura 1 Circuito realizado no NI Multisim Online 11 SIMULAÇÃO DO CIRCUITO De acordo com a figura 2 podese verificar que há 2 tensões a onda forma referese a tensão positivo de 40 V e a onda azul referese a tensão negativo de 40V Figura 2 Gráfico mostrando as tensões simétricas na carga RL 2 A TENSÃO EFICAZ DE SAÍDA DO TRANSFORMADOR E SUA RELAÇÃO DE ESPIRAS I A tensão eficaz na saída do transformador é dada por V S efV o Logo V SefV O40V II A tensão no secundário do transformador é de 220 V LINHA e a tensão desejada na saída do retificador é 40 V porém devese considerar a queda de tensão nos diodos de silício 07V assim a tensão do secundário do trafo deve ser de V s4007V S407V III Tendo a tensão do secundário basta calcular a relação de espiras α entre o primário e o secundário dada por α Tensão primário Tensãosecundário α 220 407 α541 3 A AMPLITUDE DA COMPONENTE FUNDAMENTAL DA CORRENTE DE CARGA I 6ef 0134V o 2 1 R 236ω 2 L 2 I 6ef 013440 2 1 100 2362 π60 205 2 I 6ef334mA 4 A CORRENTE MÉDIA E A CORRENTE E EFICAZ EM CADA DIODO I Primeiro calculase a corrente média na carga I Lmed I Lmed V Lmed R 234V o R I Lmed23440 100 I Lmed0936 A II Cálculo da corrente média em cada diodo I D med I Lmed 3 I D med0936 3 I Dmed0312 A III Cálculo da corrente eficaz em cada diodo I D ef I Lmed 3 I Def0936 3 I D ef0540 A 5 A TENSÃO MÁXIMA REVERSA V D P SOBRE CADA DIODO V DP245V oV D p24540V DP98V 6 A TENSÃO E A CORRENTE DE ONDULAÇÃO PICOAPICO NA CARGA Figura 3 Gráfico das tensões simétricas na carga do retificador trifásico com ponto médio Figura 41 Gráfico das correntes simétricas na carga do retificador trifásico com ponto médio 7 O FATOR DE ONDULAÇÃO DA CORRENTE E DA TENSÃO DE CARGA Ki0007 R ωL Ki 0007100 2π 6005 Ki37110 3 8 A POTÊNCIA MÉDIA NA CARGA E EM CADA DIODO I Potência média na carga PLmedV LmedI Lmed PLmed234400936 PLmed8761W II Potência média em cada diodo PDmedV DI Dmed PD med070312 PD med02184W 9 A POTÊNCIA EFICAZ DO TRANSFORMADOR CONSIDERE TRANSFORMADOR IDEAL I A tensão eficaz no transformar é dada por V S efV O40V II A corrente eficaz do transformador é I Sef 2 3 I Lmed I Sef 2 30936 I Sef0790 A 10 CALCULE UM CAPACITOR QUE ADICIONADO EM PARALELO AO RESISTOR DE CARGA REDUZA A TENSÃO DE ONDULAÇÃO PICOA PICO NA CARGA EM 10 VEZES VALOR E TENSÃO DE ISOLAÇÃO O QUE PODERIA SER ADICIONADO AO PROJETO PARA OBTERSE UMA ONDULAÇÃO DE TENSÃO NA CARGA DE 10 m V pp I De acordo com o item 6 a tensão de ondulação pico a pico na carga é de 20V como desejase reduzir em 10 desta tensão logo a tensão de ondulação pico a pico desejada é de 2V assim o capacitor será dimensionado considerando o valor de pico a pico de 2V logo V ripple V PP fCR C V PP f V rippleR C 20 602100 C1667mF O valor docapacitor deve ser de1667mF II Para diminuir o valor da tensão de ondulação pico a pico para 10 m V PP deve se recalcular o valor do capacitor considerando a tensão de ripple desejada como sendo de 10 m V PP assim C V PP f V rippleR C 20 601010 3100 C0333 F Curso Engenharia Elétrica 04102023 Prof Cláudio Domienikan AVALIAÇÃO PARCIAL DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA RESPOSTAS NO FINAL DO ARQUIVO Projete um retificador não controlado que forneça N Volts e N Volts tensão contínua simétrica de saída para uma carga RL ver figura abaixo O valor dos resistores de carga é 100 O valor dos indutores é 500 mH A alimentação é fornecida por meio de um transformador com secundário em triângulo e tape central em cada enrolamento O primário do transformador é alimentado por uma rede trifásica de 220 Volts tensão de linha Os diodos a serem utilizados são de silício VD 07 Volts Podese utilizar quantos forem necessários de acordo com o projeto escolhido Pedese 1 Desenhe o circuito do projeto de forma detalhada indicando todos os componentes utilizados Faça a simulação em um simulador Proteus por exemplo Apresente figuras com resultados 2 A tensão eficaz de saída do transformador e sua relação de espiras 3 A amplitude da componente fundamental da corrente de carga 4 A corrente média e a corrente e eficaz em cada diodo 5 A tensão máxima reversa sobre cada diodo 6 A tensão e a corrente de ondulação picoapico na carga 7 O fator de ondulação da corrente e da tensão de carga 8 A potência média na carga e em cada diodo 9 A potência eficaz do transformador considere transformador ideal 10 Calcule um capacitor que adicionado em paralelo ao resistor de carga reduza a tensão de ondulação picoapico na carga em 10 vezes valor e tensão de isolação O que poderia ser adicionado ao projeto para obterse uma ondulação de tensão na carga de 10 mVpp Obs todas as questões têm o mesmo valor Instruções A atividade valerá 20 pontos na média A2 Podese utilizar qualquer estrutura retificadora estudada Tempo de duração da atividade até o envio 30 horas Número máximo de alunos por grupo 4 quatro O envio deve ser em arquivo pdf pelo Black Board Escolham os diodos utilizados em função dos resultados obtidos Utilize datasheets N média aritmética dos 2 dois últimos dígitos dos números dos RGMs dos alunos do grupo Arredonde para cima o resultado de modo a obter um número inteiro O GRUPO PODE USAR QUALQUER MONTAGEM NO PROJETO QUE ATENDA O ENUNCIADO Transformador Retificadores Meia Onda Monofásico Onda Completa Monofásico Meia Onda Trifásico Ponto Médio Onda Completa Trifásico Ponte de Graetz RESOLUÇÃO DA ATIVIDADE 1 SIMULAÇÃO DO CIRCUITO Para realização da atividade o software utilizado o NI MULTISIM ONLINE a escolha se deu pelo fato de não necessitar de licença Figura 1 Circuito realizado no NI Multisim Online 11 SIMULAÇÃO DO CIRCUITO De acordo com a figura 2 podese verificar que há 2 tensões a onda forma referese a tensão positivo de 40 V e a onda azul referese a tensão negativo de 40V Figura 2 Gráfico mostrando as tensões simétricas na carga RL 2 A TENSÃO EFICAZ DE SAÍDA DO TRANSFORMADOR E SUA RELAÇÃO DE ESPIRAS I A tensão eficaz na saída do transformador é dada por 𝑉𝑆𝑒𝑓 𝑉𝑜 Logo 𝑉𝑆𝑒𝑓 𝑉𝑂 40 𝑉 II A tensão no secundário do transformador é de 220 𝑉𝐿𝐼𝑁𝐻𝐴 e a tensão desejada na saída do retificador é 40 𝑉 porém devese considerar a queda de tensão nos diodos de silício 07V assim a tensão do secundário do trafo deve ser de 𝑉𝑠 40 07 𝑉𝑆 407 𝑉 III Tendo a tensão do secundário basta calcular a relação de espiras 𝛼 entre o primário e o secundário dada por 𝛼 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜𝑝𝑟𝑖𝑚á𝑟𝑖𝑜 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜𝑠𝑒𝑐𝑢𝑛𝑑á𝑟𝑖𝑜 𝛼 220 407 𝛼 541 3 A AMPLITUDE DA COMPONENTE FUNDAMENTAL DA CORRENTE DE CARGA 𝐼6𝑒𝑓 0134 𝑉𝑜 2 1 𝑅2 36𝜔2𝐿2 𝐼6𝑒𝑓 0134 40 2 1 1002 362𝜋602052 𝐼6𝑒𝑓 334 𝑚𝐴 4 A CORRENTE MÉDIA E A CORRENTE E EFICAZ EM CADA DIODO I Primeiro calculase a corrente média na carga 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑 𝑅 234 𝑉𝑜 𝑅 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 234 40 100 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 0936 𝐴 II Cálculo da corrente média em cada diodo 𝐼𝐷𝑚𝑒𝑑 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 3 𝐼𝐷𝑚𝑒𝑑 0936 3 𝐼𝐷𝑚𝑒𝑑 0312 𝐴 III Cálculo da corrente eficaz em cada diodo 𝐼𝐷𝑒𝑓 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 3 𝐼𝐷𝑒𝑓 0936 3 𝐼𝐷𝑒𝑓 0540 𝐴 5 A TENSÃO MÁXIMA REVERSA 𝑽𝑫𝑷 SOBRE CADA DIODO 𝑉𝐷𝑃 245 𝑉𝑜 𝑉𝐷𝑝 245 40 𝑉𝐷𝑃 98 𝑉 6 A TENSÃO E A CORRENTE DE ONDULAÇÃO PICOAPICO NA CARGA Figura 3 Gráfico das tensões simétricas na carga do retificador trifásico com ponto médio Figura 41 Gráfico das correntes simétricas na carga do retificador trifásico com ponto médio 7 O FATOR DE ONDULAÇÃO DA CORRENTE E DA TENSÃO DE CARGA 𝐾𝑖 0007𝑅 𝜔𝐿 𝐾𝑖 0007 100 2𝜋60 05 𝐾𝑖 371 103 8 A POTÊNCIA MÉDIA NA CARGA E EM CADA DIODO I Potência média na carga 𝑃𝐿𝑚𝑒𝑑 𝑉𝐿𝑚𝑒𝑑 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 𝑃𝐿𝑚𝑒𝑑 234 40 0936 𝑃𝐿𝑚𝑒𝑑 8761 𝑊 II Potência média em cada diodo 𝑃𝐷𝑚𝑒𝑑 𝑉𝐷 𝐼𝐷𝑚𝑒𝑑 𝑃𝐷𝑚𝑒𝑑 07 0312 𝑃𝐷𝑚𝑒𝑑 02184 𝑊 9 A POTÊNCIA EFICAZ DO TRANSFORMADOR CONSIDERE TRANSFORMADOR IDEAL I A tensão eficaz no transformar é dada por 𝑉𝑆𝑒𝑓 𝑉𝑂 40 𝑉 II A corrente eficaz do transformador é 𝐼𝑆𝑒𝑓 2 3 𝐼𝐿𝑚𝑒𝑑 𝐼𝑆𝑒𝑓 2 3 0936 𝐼𝑆𝑒𝑓 0790 𝐴 10 CALCULE UM CAPACITOR QUE ADICIONADO EM PARALELO AO RESISTOR DE CARGA REDUZA A TENSÃO DE ONDULAÇÃO PICOA PICO NA CARGA EM 10 VEZES VALOR E TENSÃO DE ISOLAÇÃO O QUE PODERIA SER ADICIONADO AO PROJETO PARA OBTERSE UMA ONDULAÇÃO DE TENSÃO NA CARGA DE 10 𝒎𝑽𝒑𝒑 I De acordo com o item 6 a tensão de ondulação pico a pico na carga é de 20V como desejase reduzir em 10 desta tensão logo a tensão de ondulação pico a pico desejada é de 2V assim o capacitor será dimensionado considerando o valor de pico a pico de 2V logo 𝑉𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒 𝑉𝑃𝑃 𝑓 𝐶 𝑅 𝐶 𝑉𝑃𝑃 𝑓 𝑉𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒 𝑅 𝐶 20 60 2 100 𝐶 1667 𝑚𝐹 𝑂 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑜 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑣𝑒 𝑠𝑒𝑟 𝑑𝑒 1667 𝑚𝐹 II Para diminuir o valor da tensão de ondulação pico a pico para 10 𝑚𝑉𝑃𝑃 devese recalcular o valor do capacitor considerando a tensão de ripple desejada como sendo de 10 𝑚𝑉𝑃𝑃 assim 𝐶 𝑉𝑃𝑃 𝑓 𝑉𝑟𝑖𝑝𝑝𝑙𝑒 𝑅 𝐶 20 60 10 103 100 𝐶 0333 𝐹