Atividade Mapa - Eletrônica de Potência

MAPA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 532024 Período15072024 0800 a 15092024 2359 Horário de Brasília StatusABERTO Nota máxima350 GabaritoGabarito não está liberado Nota obtida 1ª QUESTÃO Seja bemvindo engenheiro Este MAPA estará dividido em duas atividades contextualizadas em diferentes assuntos da disciplina em que você será estimulado a responder às perguntas feitas baseandose na observação e prática sempre contando com o embasamento teórico feito durante as aulas ATENÇÃO Este MAPA é INDIVIDUAL Contudo você pode discutir resultados com seus colegas de classe e trocar informações sobre as simulações e processos A informação quando não compartilhada não gera conhecimento Discutir a observação de fenômenos físicos e buscar compreender os motivos que levam ao acontecimento daqueles fenômenos é um exercício quase que diário na vida do profissional de engenharia Bons estudos 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 elementochave como o gerador o retificador o inversor e o consumidor que pode ser a própria rede elétrica interligada no caso de sistemas ongrid A Figura 1 apresenta um exemplo de diagrama de blocos de um sistema de geração eólica conectado à rede onde cada bloco representa um circuito de potência específico Figura 1 Diagrama de blocos do sistema de geração eólica Fonte o autor 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 convertendoa em corrente contínua A corrente contínua pode ser utilizada para alimentar um barramento CC para uso posterior como um Inversor de tensão para que seja 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 iniciaremos 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 RL Figura 2 Retificador monofásico controlado em ponte de SCRs Fonte adaptada de HART D W Eletrônica de potência análise e projetos de circuitos São Paulo McGraw Hill Brasil 2016 Nessa atividade você identificará a polaridade do dispositivo pelo esquemático e entenderá as informações contidas na folha de dados datasheet verificandoas na prática Para isso siga os passos descritos no roteiro acessível pelo LINK CIRCUITOS COM TIRISTORES https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentoscircuitoscomtiristoreshtml começando pela página 11 ATIVIDADE 3 Agora responda às questões a seguir 1a Quais as condições necessárias para que o SCR do experimento comece a conduzir 1b Qual o valor da corrente máxima entre Gate e Catodo especificada para o SCR em questão 1c 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 8 da página 12 do roteiro destacado A Figura 3 mostra este circuito que deve ser feita a montagem Figura 3 Circuito de acionamento SCR1 LED e R1 em paralelo Fonte o autor Após a montagem completa responda às questões a seguir 1d Quando pressionamos a botoeira NA o que ocorre com o LED Qual o valor da corrente I1 Faça a medição da corrente com o multímetro e apresente uma foto da medição realizada 1e Quando liberamos a botoeira o que ocorre com o LED e por quê Com qual valor de corrente Ânodo Cátodo os LEDs continuariam ligados mesmo sem ser acionada a botoeira ASSUNTO 2 PARTIDA SUAVE DE MOTORES DE INDUÇÃO Os motores elétricos estão presentes na maioria dos processos industriais e em grande parte desses processos há necessidade de partidas suaves ou controle de velocidade durante a partida Com a evolução da eletrônica de potência tornase 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 softstarter são equipamentos eletrônicos utilizados como chave de partida de ótimo desempenho As chaves de partida softstarter são destinadas ao comando de motores de corrente alternada ou contínua assegurando a aceleração e desaceleração progressiva e 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 softstarter modelo SSW07 do fabricante WEG onde é possível verificar os pares de SCR em conectados em cada fase Figura 4 Diagrama de blocos da softstarter WEG SSW07 Fonte httpsstaticwegnetmediasdownloadcenterh8fh39WEGSSW07usermanual08995832enes ptpdf Acesso em 5 jul 2024 Atividade 2 Agora que já conhecemos uma aplicação importante dos circuitos com SCR analisaremos 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 cargadescarga de um circuito RC em que a combinação ResistênciaCapacitância determina o tempo de carregamento do capacitor e consequentemente os pulsos entregues ao gate do SCR a partir do UJT Para essa parte da atividade utilizaremos como base o seguinte roteiro experimental ANÁLISE DE SINAIS DE UM CIRCUITO DE DISPARO DE TIRISTOR UJT ALIMENTADOR POR PONTE RETIFICADORA https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinaiscircuitodisparotiristor alimentadorponteretificadorahtml Atividade experimental 2a 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 C1 R2 P 2b 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 https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinaiscircuitodisparo tiristoralimentadorponteretificadorahtml Acesso em 5 jul 2024 Tensão de alimentação Vdc Realize a montagem do Oscilador de Relaxação ilustrado na Figura 6 utilizando a saída do retificador à diodos como alimentação Figura 6 Circuito oscilador de relaxação com UJT Fonte https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinaiscircuitodisparo tiristoralimentadorponteretificadorahtml Acesso em 5 jul 2024 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 2c Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e a frequência da tensão no capacitor C1 Justifique 2d Qual a relação entre a tensão em C1 e no primário de TP Justifique ALTERNATIVAS Nenhum arquivo enviado Posicione o potenciômetro P no valor mínimo e verifique o formato da onda no canal 1 Em seguida posicione o potenciômetro no valor máximo e repita a análise 2e Qual a relação entre as formas de onda dos canais 1 e 2 Apresente uma foto da tela do osciloscópio com os sinais observados 2f Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e o valor eficaz da tensão na carga Justifique a sua resposta 2g Houve alteração na potência absorvida pela lâmpada a partir da alteração do valor do potenciômetro Respostas as Questoes sobre o SCR JCT825 Questao 1a h Quais as condicoes necessarias para que o SCR do experimento comece a conduzir O SCR Retificador Controlado por Silıcio no experimento comeca a conduzir assim que a corrente de gate IGT atinge o valor mınimo estabelecido Para o SCR da serie JCT825 o valor maximo permitido para a corrente de gate e de 40 mA Questao 1b Qual o valor da corrente maxima entre Gate e Catodo especificada para o SCR em questao O valor maximo da corrente entre o Gate e o Catodo IGM estabelecido para o SCR da serie JCT825 e de 4 A Questao 1c Qual o valor da corrente entre Anodo e Catodo para que o SCR do experimento mantenha a conducao apos a retirada do sinal de gate Para que o SCR continue conduzindo apos a remocao do sinal de gate a corrente entre o Anodo e o Catodo deve exceder a corrente de manutencao IH cujo valor maximo e de 50 mA para o modelo JCT825 1 Questao 1d d Quando pressionamos a botoeira NA o que ocorre com o LED Qual o valor da corrente I1 Faca a medicao da corrente com o multımetro e apresente uma foto da medicao realizada Quando a botoeira NA Normalmente Aberta e pressionada o circuito se fecha permitindo a passagem de corrente o que faz com que o LED acenda A medicao da corrente no circuito resultou em um valor de I1 1268 A A seguir e apresentada a foto da medicao realizada com o multımetro 2 Questao 1e Quando liberamos a botoeira o que ocorre com o LED e por quˆe Com qual valor de corrente ˆAnodoCatodo os LEDs continuariam ligados mesmo sem ser acionada a botoeira 3 Questao 2a Primeiramente com a bancada desenergizada e sem realizar nenhuma conexao meca os valores da capacitˆancia C1 resistˆencia R2 e o valor maximo de P utilizando o multımetro digital C1 4 9935 kΩ 9357 Questao 2b 2b Realize a montagem do circuito retificador nao controlado para alimentacao conforme o diagrama da Figura 5 a seguir e em seguida anote o valor medio da tensao entre Vdc e Vdc 7 Questao 2c 2c Qual a relacao entre o valor da resistˆencia do potenciˆometro e a frequˆencia da tensao no capacitor C1 Justifique A frequˆencia de oscilacao e inversamente proporcional ao valor da resistˆencia do potenciˆometro P Conforme o valor de P aumenta o tempo de carga do capacitor C1 tambem aumenta resultando em uma menor frequˆencia de oscilacao Por outro lado ao diminuir o valor de P a frequˆencia aumenta ja que o capacitor carrega mais rapidamente A equacao que define a frequˆencia e dada por f 1 RC onde R e a resistˆencia total do circuito de carga incluindo P e C e a capacitˆancia de C1 Questao 2d 2d Qual a relacao entre a tensao em C1 e no primario de TP Justifique Posicione o potenciˆometro P no valor mınimo e verifique o formato da onda no canal 1 Em seguida posicione o potenciˆometro no valor maximo e repita a analise A tensao no capacitor C1 aumenta gradualmente ate atingir o valor de disparo do UJT Nesse ponto o UJT entra em conducao e C1 descarrega rapidamente gerando um pulso de corrente no 8 primario do transformador de pulso TP Assim a tensao no primario de TP ocorre no momento da descarga rapida de C1 estando direta mente relacionada ao disparo do UJT 9 Questao 2e 2e Qual a relacao entre as formas de onda dos canais 1 e 2 Apresente uma foto da tela do osciloscopio com os sinais observados As formas de onda observadas nos canais 1 tensao sobre C1 e 2 tensao no primario de TP tˆem as seguintes caracterısticas Canal 1 Exibe uma forma de onda triangular correspondente a carga lenta e descarga rapida do capacitor C1 Canal 2 Exibe pulsos agudos correspondentes a descarga do capacitor atraves do UJT e a corrente induzida no transformador de pulso Questao 2f 2f Qual a relacao entre o valor da resistˆencia do potenciˆometro e o valor eficaz da tensao na carga Justifique a sua resposta O valor eficaz da tensao na carga diminui conforme o valor da resistˆencia do potenciˆometro P aumenta uma vez que a frequˆencia dos pulsos diminui A tensao eficaz e diretamente proporcional ao numero de pulsos gerados por unidade de tempo Questao 2g 2g Houve alteracao na potˆencia absorvida pela lˆampada a partir da alteracao do valor do po tenciˆometro As medicoes realizadas confirmam a relacao esperada entre o valor da resistˆencia do potenciˆometro e a frequˆencia de oscilacao do circuito O ajuste do potenciˆometro permite o controle da frequˆencia dos pulsos o que afeta diretamente o valor eficaz da tensao na carga e a potˆencia absorvida pela lˆampada 10 Tektronix TBS 1000C SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE Stop Coarse Max 7300V Mean 2713V RMS 3584V Max 8400mV RMS 6633mV Mean 1464mV 500V 200V 100ms 125kSs 1 440V 213345 000000s 2000 points 120000Hz 17 Aug 2024 TBS1052C 50 MHz 1 GSs Multipurpose Vertical Math FFT Ref Save