Atividade de Estudo 1 - Eletrônica de Potência - Dispositivos Semicondutores e Retificadores

ATIVIDADE DE ESTUDO 1 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Instruções Esta é uma atividade de entrega INDIVIDUAL Trabalhos com cópias indevidas integrais ou parciais de outros alunos ou da internet terão desconto na nota final A sua resolução deve ser feita utilizando um documento de texto pois ao final da sua atividade você entregará apenas UM ARQUIVO com suas respostas O arquivo a ser entregue deve ser dos formatos DOC DOCX ou PDF Se você usa OPEN OFFICE ou MAC transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades Se você fez a atividade ou parte dela à mão você deve digitalizar ou tirar fotos da sua atividade e colocar essas imagens dentro do seu arquivo de resposta que será entregue O arquivo de resposta preenchido pode ter quantas páginas você precisar para respondêlo Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento de envio Antes de clicar em FINALIZAR certifiquese de que você está enviando o arquivo correto É a atividade da disciplina certa Uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue Boa atividade a todos Prof Igor Henrique N Oliveira Contextualização Nas primeiras unidades de Eletrônica de Potência estudamos 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 Baseado nesse contexto responda as questões a seguir que envolvem esses assuntos Assunto 1 dispositivos semicondutores de potência 1 Qual é a principal função dos dispositivos semicondutores de potência em eletrônica de potência do ponto de vista do controle do fluxo de potência entre fonte e carga 2 Qual é a diferença entre um diodo de potência e um transistor de potência Cite uma aplicação para cada um dos dispositivos destacando a diferença entre as aplicações Assunto 2 circuitos retificadores 3 Explique a diferença entre circuitos retificadores controlados e não controlados destacando suas características distintas e as suas principais aplicações na Eletrônica de Potência Em sua resposta mencione pelo menos três aplicações importantes desses circuitos e como o controle do fluxo de corrente contribui para a otimização dessas aplicações 4 Um retificador monofásico em ponte da Figura 1 é alimentado a partir de uma fonte de tensão CA de 12 V eficazes 60 Hz A resistência da carga é RL120 Ω Projete um filtro capacitivo de modo que o fator de ondulação da tensão de saída seja menor que 5 Apresente o médio valor da tensão cc na carga Figura 1 Circuito retificador em ponte de diodos da questão 4 Fonte WOLLZ D H Eletrônica de Potência Maringá UniCesumar 2021 p 69 5 Um retificador CONTROLADO na configuração ponte completa possui na entrada AC uma eficaz 220V em 60 Hz e alimenta uma carga puramente resistiva de 12 Ω O ângulo de disparo dos tiristores é configurado em 30 Determine a corrente média na carga e a potência em Watts absorvida pela carga Nicole Rufino wwwmeugurunet 1 Resolução Eletrônica de Potência Questão 1 Resolução Fala aí galera Bora lá Os semicondutores de potência são equipamentos que funcionam como chaves ficam bloqueados ou abertos com condução de energia São os elementos mais importantes em circuitos de eletrônica de potência e a principal função desses dispositivos é controlar a transferência de energia entre a fonte e a carga Resposta Controlar a transferência de energia entre a fonte e a carga Nicole Rufino wwwmeugurunet 2 Questão 2 Resolução O diodo de potência é construído através da união de um cristal semicondutor tipo P e um cristal semicondutor tipo N possuem dois terminais um chamado de anodo e outro chamado de catodo A corrente flui no sentido do anodo para o catodo e é bloqueada no sentido contrário Uma das aplicações mais importantes do diodo é no projeto de circuitos retificadores são usados como elementos de retificação O retificador de meia onda utiliza metade dos semiciclos da onda de entrada seu objetivo é converter uma entrada AC para uma saída puramente DC A composição física do transistor de potência se assemelha ao diodo porém o transistor apresenta a junção de três materiais dois do tipo P e um do tipo N ou o contrário dois do tipo N e um tipo do P Os conversores CCCC do tipo buck possuem característica de abaixadores de tensão processam uma tensão contınua de entrada para uma tensão contınua de saída de valor reduzido O controle da redução de tensão é dado pelo chaveamento do transistor Nicole Rufino wwwmeugurunet 3 Questão 3 Resolução Os retificadores nãocontrolados são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação enquanto os controlados utilizam tiristores O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado Os retificadores controlados são usados no sistema de transmissão de corrente contínua de alta tensão para converter a energia CA gerada em energia CC para transmissão Além disso é usado em cargas de bateria e inversores domésticos Nestes circuitos não pode haver inversão de polaridade na corrente os tiristores desligarão quando a corrente cair abaixo da corrente de manutenção Os retificadores nãocontrolados possuem vasta aplicação industrial no acionamento de motores de corrente contínua em estações retificadoras para alimentação de redes de transmissão CC e no acionamento de locomotivas Nicole Rufino wwwmeugurunet 4 Questão 4 Resolução Primeiro precisamos separar as especificações do projeto Tensão de entrada Frequência Resistencia da carga Tensão de ripple A tensão de entrada está com valor eficaz precisamos calcular o seu valor de pico Podemos calcular o valor médio da tensão na carga com a equação abaixo A corrente na carga é Se quisermos que o fator de ondulação da tensão de saída seja menor que 5 logo o valor do capacitor dever ser Sabemos que o valor mínimo é o valor de pico menos o valor de 5 Nicole Rufino wwwmeugurunet 5 E a potência de entrada é Substituindo na equação do capacitor temos Resposta Nicole Rufino wwwmeugurunet 6 Questão 5 Resolução Primeiro precisamos separar as especificações do projeto Tensão de entrada Frequência Resistencia da carga Ângulo de disparo Precisamos determinar a corrente média na carga e a potência absorvida pela carga Primeiro calculamos a tensão média na carga Assim a corrente média será Potência absorvida pela carga é Resposta 1 Nicole Rufino wwwmeugurunet Resolução Eletrônica de Potência Questão 1 Resolução Fala aí galera Bora lá Os semicondutores de potência são equipamentos que funcionam como chaves ficam bloqueados ou abertos com condução de energia São os elementos mais importantes em circuitos de eletrônica de potência e a principal função desses dispositivos é controlar a transferência de energia entre a fonte e a carga Resposta Controlar a transferência de energia entre a fonte e a carga 2 Nicole Rufino wwwmeugurunet Questão 2 Resolução O diodo de potência é construído através da união de um cristal semicondutor tipo P e um cristal semicondutor tipo N possuem dois terminais um chamado de anodo e outro chamado de catodo A corrente flui no sentido do anodo para o catodo e é bloqueada no sentido contrário Uma das aplicações mais importantes do diodo é no projeto de circuitos retificadores são usados como elementos de retificação O retificador de meia onda utiliza metade dos semiciclos da onda de entrada seu objetivo é converter uma entrada AC para uma saída puramente DC A composição física do transistor de potência se assemelha ao diodo porém o transistor apresenta a junção de três materiais dois do tipo P e um do tipo N ou o contrário dois do tipo N e um tipo do P Os conversores CCCC do tipo buck possuem característica de abaixadores de tensão processam uma tensão contınua de entrada para uma tensão contınua de saída de valor reduzido O controle da redução de tensão é dado pelo chaveamento do transistor 3 Nicole Rufino wwwmeugurunet Questão 3 Resolução Os retificadores nãocontrolados são aqueles que utilizam diodos como elementos de retificação enquanto os controlados utilizam tiristores O nome tiristor engloba uma família de dispositivos semicondutores que operam em regime chaveado Os retificadores controlados são usados no sistema de transmissão de corrente contínua de alta tensão para converter a energia CA gerada em energia CC para transmissão Além disso é usado em cargas de bateria e inversores domésticos Nestes circuitos não pode haver inversão de polaridade na corrente os tiristores desligarão quando a corrente cair abaixo da corrente de manutenção Os retificadores nãocontrolados possuem vasta aplicação industrial no acionamento de motores de corrente contínua em estações retificadoras para alimentação de redes de transmissão CC e no acionamento de locomotivas 4 Nicole Rufino wwwmeugurunet Questão 4 Resolução Primeiro precisamos separar as especificações do projeto Tensão de entrada V RMS12V Frequência f 60 Hz Resistencia da carga RL120Ω Tensão de ripple Δ v005 A tensão de entrada está com valor eficaz precisamos calcular o seu valor de pico V P2V RMS2 12 V P1697V Podemos calcular o valor médio da tensão na carga com a equação abaixo V Lmed2V P π 2 16 97 π V Lmed108V A corrente na carga é I V Lmed RL 90mA Se quisermos que o fator de ondulação da tensão de saída seja menor que 5 logo o valor do capacitor dever ser C P f V Lmed 2 V Cmin 2 Sabemos que o valor mínimo é o valor de pico menos o valor de 5 V Cmin1697 10051612V 5 Nicole Rufino wwwmeugurunet E a potência de entrada é PV P 2 R 24W Substituindo na equação do capacitor temos C 24 60 108 21612 2 C2793μF Resposta C2793μF 6 Nicole Rufino wwwmeugurunet Questão 5 Resolução Primeiro precisamos separar as especificações do projeto Tensão de entrada V RMS220V Frequência f 60 Hz Resistencia da carga RL12Ω Ângulo de disparo α30 Precisamos determinar a corrente média na carga e a potência absorvida pela carga Primeiro calculamos a tensão média na carga V Lmed2V RMS π 1cos α2 220 π 1cos30 V Lmed184 8V Assim a corrente média será I Lmed V Lmed R 1848 12 I Lmed154 A Potência absorvida pela carga é PLV Lmed I Lmed26135 2178 PL2846 kW Resposta PL2846 kW I Lmed154 A 7 Nicole Rufino wwwmeugurunet