Mapa - Eletrônica de Potência

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 https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentoscircuitoscom tiristoreshtml 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 ÂnodoCátodo 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 httpsstaticwegnetmediasdownloadcenterh8fh39WEGSSW07usermanual 08995832enesptpdf 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 https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinaiscircuito disparotiristoralimentadorponteretificadorahtml 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 C 1 R 2 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 https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinais circuitodisparotiristoralimentadorponteretificadorahtml 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 https221322whaazioncdnnetArquivoID8051experimentosanalisesinais circuitodisparotiristoralimentadorponteretificadorahtml 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 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 Seguem fotos da atividade prática para melhor composição do trabalho além da foto do osciloscópio solicitada 218 1235 ALGETEC BANCADA DIDÁTICA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 1235 2236 0617 1426 0985 9358 9357 Alimentação 220V Disparo de SCR IJT Controle Rv Seletora S1 LDR Chaveamento Microcontrolado de IGBT Tektronix TBS 1000C SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE Save Multipurpose Cursor Measure Help Run Stop Input Vertícal Position Horizontal Position Trigger Math Position Menu Level Scale Force Trig Aux In Seletora S1 LDR Chaveamento Microcontrolado de IGBT Controle Direção Modo Referência Falta Liga Tektronix TBS1000C SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE Multipurpose Save Coarse Measurement CH1 CH2 Math Remove All Measurements more Page 12 06 Sep 2024 CH1 RMS 4112V Frequency 3142kHz CH2 RMS 3093mV Frequency 5952Hz CH1 500V CH2 200V 100ms 1256ks 180V 000000s 2000 points 10Hz TBS1052C 50 MHz 1 GSs Tektronix TBS1000C SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE Multipurpose Coarse Measure Help RunStop Save Zoom Funcțion Utility AutoSet Math Vertical Horizontal Trigger Talk Time M Position FFT Menu Ref Scale Position Menu Acquire Scale Level Force Trig Aux In Disparo de SCR UJT Controle Rv 40 50 60 30 70 20 80 10 90 0 KΩ 100 Seletora S1 0 1 LDR ALGETEC BANCADA DIDÁTICA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Tektronix TBS 1000C SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE Multipurpose Run Stop UniCesumar Bancada Energia Alimentação 220 Vac Disparo de SCR UJT Controle Rv Seletora S1 LDR H2 L1 Habilitar Chave quântica descontrolado de IGBT Tektronix 105 1000X SERIES DIGITAL OSCILLOSCOPE ALGETEC UNICESUMAR 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 Silicon Controlled Rectifier do experimento comeca a conduzir quando o sinal de gate IGT atinge o valor mınimo especificado Para o SCR da serie JCT825 o valor maximo do IGT e de 40 mA JCT825 Questao 1b Qual o valor da corrente maxima entre Gate e Catodo especificada para o SCR em questao O valor maximo da corrente entre Gate e Catodo IGM especificada para o SCR JCT825 e de 4 A JCT825 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 mantenha a conducao apos a retirada do sinal de gate a corrente entre o Anodo e Catodo deve ser maior que a corrente de manutencao IH cujo valor maximo e de 50 mA 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 uando a botoeira NA Normalmente Aberta e pressionada o circuito se fecha permitindo a pas sagem de corrente o que faz com que o LED acenda A medicao da corrente no circuito resultou em um valor de I1 1235 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 0617 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 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 8 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 9 ALGETEC BANCADA DIDÁTICA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA