Questão Aberta Eletrônica Industrial potencia

Eletrônica industrial ATIVIDADE CONTINUADA QUESTÃO ABERTA Antes de iniciar a resolução da atividade LEIA ATENTAMENTE AS INFORMAÇÕES A SEGUIR 1 Todos os cálculos devem ser apresentados na resolução e ter suas respostas finais destacadas Os itens que não envolverem cálculos matemáticos devem ser contextualizados explicados de forma clara e detalhada com o máximo informações Caso seja adequado utilize gráficos imagens fluxogramas e outros itens que possam enriquecer as respostas 2 A resolução pode realizada diretamente em um editor de texto na área de postagem da ACQA ou feita manualmente Para as duas situações você deverá inserir um cabeçalho informando seu nome Período RA Curso e Disciplina Organize as informações no documento e caso seja feita a mão capriche na letra para que as informações possam ser compreendidas3 Caso você opte por realizar a resolução através da postagem de um arquivo em anexo MAIS RECOMENDÁVEL você deverá anexar APENAS UM ARQUIVO EM FORMATO PDF 4 Caso realizar a atividade manualmente e esteja com várias imagens das folhas de resolução utilize aplicativos como por exemplo o CAM SCANNER para juntar as imagens e gerar um único arquivo Não envie arquivos compactados lembrese de anexar um único arquivo em PDF 5 É importante descatar que para cada questão teórica você deverá enriquecer sua resposta e contextualizar com imagens circuitos exemplos diagramas gráficos etc se esse form o caso Para o circuito retificador apresentado responda as questões VAB 311 sen377t VBC 311 sen377t 120º VCA 311 sen377t 120º a Classifique o retificador apresentado no circuito 10 b Considerando as especificações de alimentação qual é a frequência do sinal trifásico de entrada 10 c Calcule a tensão máxima aplicada a carga RL 10 d Qual é o valor da tensão media na carga 10 e Qual é o número de pulsos deste retificador e o valor da frequência do sinal de saída 10 f Calcule o valor da corrente média na carga 10 g Calcule a corrente média em cada diodo 10 h Qual é a máxima tensão reversa aplicada aos diodos 10 i Calcule o fator de forma do sinal do sinal de saída 10 j Neste tipo de retificador informe quantos diodos estarão conduzindo em cada instante de tempo e qual é o ângulo de condução de cada um θ 10 Eletrônica industrial Para o circuito retificador apresentado responda as questões VAB 311 sen377t VBC 311 sen377t 120º VCA 311 sen377t 120º a Classifique o retificador apresentado no circuito 10 b Considerando as especificações de alimentação qual é a frequência do sinal trifásico de entrada 10 c Calcule a tensão máxima aplicada a carga RL 10 d Qual é o valor da tensão média na carga 10 e Qual é o número de pulsos deste retificador e o valor da frequência do sinal de saída 10 f Calcule o valor da corrente média na carga 10 g Calcule a corrente média em cada diodo 10 h Qual é a máxima tensão reversa aplicada aos diodos 10 i Calcule o fator de forma do sinal do sinal de saída 10 j Neste tipo de retificador informe quantos diodos estarão conduzindo em cada instante de tempo e qual é o ângulo de condução de cada um θ 10 a Classifique o retificador apresentado no circuito O circuito em questão é classificado como um Retificador Trifásico Não Controlado de Meia Onda Vamos detalhar cada termo desta classificação Trifásico Referese ao fato de que a fonte de alimentação do circuito é um sistema de corrente alternada CA com três fases Fase A Fase B e Fase C Sistemas trifásicos são o padrão para a geração e distribuição de energia elétrica em aplicações industriais e comerciais pois são mais eficientes que os sistemas monofásicos para alimentar cargas de maior potência Não Controlado Este termo se refere ao tipo de componente semicondutor utilizado para a retificação O circuito utiliza diodos especificamente o modelo 1N4007 Diodos são componentes passivos ou seja seu estado de condução ou bloqueio depende exclusivamente da polaridade da tensão aplicada em seus terminais tensão anodocatodo Eles não necessitam de um sinal de controle externo para funcionar Em contrapartida os retificadores controlados utilizam componentes como Tiristores SCRs que exigem um pulso de disparo em um terminal de controle gate para iniciar a condução De Meia Onda Esta característica indica que para cada uma das três fases apenas metade do ciclo da onda senoidal de tensão é utilizada para fornecer corrente à carga No circuito cada fase está conectada a um único diodo O diodo por sua natureza só permite a passagem de corrente em um sentido Assim ele corta o semiciclo negativo de sua respectiva fase aproveitando apenas o semiciclo positivo A tensão na carga será sempre igual à tensão da fase que tiver o potencial mais positivo a cada instante Diagrama Ilustrativo do Funcionamento O gráfico a seguir ilustra como a tensão na carga linha vermelha é formada pelos picos de cada uma das três fases de entrada Observe que a cada instante apenas uma fase está alimentando a carga b Considerando as especificações de alimentação qual é a frequência do sinal trifásico de entrada A frequência do sinal de entrada pode ser determinada a partir da frequência angular ω presente nas equações de tensão fornecidas Vamos utilizar a equação da tensão de linha VAB VAB 311 sen377t A forma geral da equação de uma tensão senoidal é Vt Vp senωt onde ω é a frequência angular em radianos por segundo rads Pela comparação identificamos que ω 377 rads A relação entre a frequência angular ω e a frequência em Hertz f é dada pela fórmula ω 2 π f Isolando a frequência f na fórmula f ω 2 π f 377 2 314159 f 5999 Hz Resposta A frequência do sinal trifásico de entrada é 60 Hz Este valor é o padrão da rede elétrica no Brasil c Calcule a tensão máxima aplicada a carga RL A tensão máxima ou tensão de pico aplicada à carga RL corresponde ao valor máximo da tensão de fase As equações fornecidas VAB VBC VCA representam as tensões de linha do sistema O valor de pico da tensão de linha Vplinha é a amplitude da senoide ou seja 311 V Em um sistema trifásico equilibrado a relação entre a tensão de pico de linha Vplinha e a tensão de pico de fase Vpfase é Vplinha Vpfase 3 Para encontrar a tensão máxima na carga que é a tensão de pico de fase devemos isolar Vpfase na equação Vpfase Vplinha 3 Vpfase 311 1732 Vpfase 17956 V Resposta A tensão máxima aplicada à carga RL é de aproximadamente 17956 V d Qual é o valor da tensão média na carga A tensão média na carga Vmedia ou Vdc em um retificador trifásico de meia onda é calculada através da integração da forma de onda de saída ao longo de um período de repetição e dividindo pelo mesmo período A fórmula resultante para este tipo de retificador é Vmedia 3 3 Vp fase 2 π Utilizaremos o valor de Vpfase calculado no item anterior Vmedia 3 1732 17956 2 314159 Vmedia 93335 628318 Vmedia 14855 V Resposta O valor da tensão média na carga é de aproximadamente 14855 V e Qual é o número de pulsos deste retificador e o valor da frequência do sinal de saída Em um ciclo completo de 360 da tensão de entrada cada uma das três fases atinge seu valor máximo positivo Como o retificador de meia onda entrega à carga sempre a tensão da fase mais positiva teremos três picos ou pulsos de tensão na saída para cada ciclo da entrada Portanto este é um retificador de 3 pulsos A frequência do sinal de saída também chamada de frequência de ondulação ripple é o número de pulsos que ocorrem por segundo Ela é obtida multiplicando o número de pulsos pela frequência da rede de entrada fsaida Número de Pulsos fentrada fsaida 3 60 Hz fsaida 180 Hz Resposta O número de pulsos do retificador é 3 e a frequência do sinal de saída ondulação é de 180 Hz f Calcule o valor da corrente média na carga A corrente média na carga Imedia ou Io pode ser calculada de forma direta utilizando a Lei de Ohm que relaciona a tensão média na carga Vmedia e o valor da resistência RL Calculando Imedia Vmedia RL Imedia 14855 15 Ω Imedia 990 A Resposta O valor da corrente média na carga é de aproximadamente 990 A g Calcule a corrente média em cada diodo Neste tipo de retificador a corrente total que flui para a carga é compartilhada entre os três diodos Como cada diodo conduz por um terço do ciclo total 120 de 360 a corrente média que passa por cada diodo é um terço da corrente média total na carga Idmedio Imedia 3 Idmedio 990 3 Idmedio 330 A Resposta A corrente média em cada diodo é de 330 A h Qual é a máxima tensão reversa aplicada aos diodos A máxima tensão reversa ou PIV Peak Inverse Voltage é o maior valor de tensão que um diodo deve ser capaz de bloquear quando não está conduzindo O pior cenário para um diodo ocorre quando a tensão em seu anodo está em seu ponto mais negativo enquanto outro diodo está conduzindo no pico da sua fase A diferença de potencial entre esses dois pontos corresponde à tensão de pico entre duas linhas Vplinha Por exemplo quando a Fase A está em seu pico positivo e D1 conduz a Fase B ou C estará se aproximando de seu vale negativo A tensão entre a linha A e a linha B VAB nesse momento será máxima PIV Vplinha O valor de Vplinha é a amplitude da tensão VAB que foi dada no enunciado PIV 311 V Resposta A máxima tensão reversa aplicada a cada diodo é de 311 V Os diodos 1N4007 que suportam até 1000 V estão bem dimensionados para esta aplicação i Calcule o fator de forma do sinal de saída O Fator de Forma FF é uma medida que descreve a qualidade da forma de onda retificada comparando seu valor eficaz RMS com seu valor médio Para uma tensão CC pura o FF é igual a 1 FF Vrms Vmedia Primeiramente precisamos calcular a tensão eficaz Vrms na carga para este retificador A fórmula deduzida para um retificador trifásico de meia onda é Vrms Vpfase 12 3 38π Vrms Vp fase 08406 Vrms 17956 08406 Vrms 15094 V FF 15094 14855 FF 1016 Resposta O fator de forma do sinal de saída é aproximadamente 1016 Este valor muito próximo de 1 indica que a tensão de saída possui uma ondulação ripple relativamente baixa uma característica vantajosa dos retificadores trifásicos j Neste tipo de retificador informe quantos diodos estarão conduzindo em cada instante de tempo e qual é o ângulo de condução de cada um A cada instante de tempo apenas um diodo conduzirá A lógica de funcionamento é que a corrente sempre buscará o caminho de menor resistência que neste caso é através do diodo conectado à fase que possui o potencial elétrico mais elevado mais positivo em relação ao ponto comum Como as fases estão defasadas sempre haverá uma fase com tensão superior às outras duas garantindo que apenas um diodo conduza por vez A condução é comutada de um diodo para o outro no exato momento em que a tensão de uma fase ultrapassa a tensão da fase que estava conduzindo Um ciclo completo da rede elétrica tem 360 Como são três diodos e eles dividem a tarefa de condução igualmente ao longo do ciclo cada diodo permanece em condução por um terço do período total Ângulo de Condução 360 3 Ângulo de Condução 120 Resposta Em cada instante de tempo apenas 1 diodo conduz a corrente para a carga e o ângulo de condução para cada um dos diodos é de 120 Eletrônica industrial Para o circuito retificador apresentado responda as questões VAB 311 sen377t VBC 311 sen377t 120º VCA 311 sen377t 120º a Classifique o retificador apresentado no circuito 10 b Considerando as especificações de alimentação qual é a frequência do sinal trifásico de entrada 10 c Calcule a tensão máxima aplicada a carga RL 10 d Qual é o valor da tensão média na carga 10 e Qual é o número de pulsos deste retificador e o valor da frequência do sinal de saída 10 f Calcule o valor da corrente média na carga 10 g Calcule a corrente média em cada diodo 10 h Qual é a máxima tensão reversa aplicada aos diodos 10 i Calcule o fator de forma do sinal do sinal de saída 10 j Neste tipo de retificador informe quantos diodos estarão conduzindo em cada instante de tempo e qual é o ângulo de condução de cada um θ 10 a Classifique o retificador apresentado no circuito O circuito em questão é classificado como um Retificador Trifásico Não Controlado de Meia Onda Vamos detalhar cada termo desta classificação Trifásico Referese ao fato de que a fonte de alimentação do circuito é um sistema de corrente alternada CA com três fases Fase A Fase B e Fase C Sistemas trifásicos são o padrão para a geração e distribuição de energia elétrica em aplicações industriais e comerciais pois são mais eficientes que os sistemas monofásicos para alimentar cargas de maior potência Não Controlado Este termo se refere ao tipo de componente semicondutor utilizado para a retificação O circuito utiliza diodos especificamente o modelo 1N4007 Diodos são componentes passivos ou seja seu estado de condução ou bloqueio depende exclusivamente da polaridade da tensão aplicada em seus terminais tensão anodocatodo Eles não necessitam de um sinal de controle externo para funcionar Em contrapartida os retificadores controlados utilizam componentes como Tiristores SCRs que exigem um pulso de disparo em um terminal de controle gate para iniciar a condução De Meia Onda Esta característica indica que para cada uma das três fases apenas metade do ciclo da onda senoidal de tensão é utilizada para fornecer corrente à carga No circuito cada fase está conectada a um único diodo O diodo por sua natureza só permite a passagem de corrente em um sentido Assim ele corta o semiciclo negativo de sua respectiva fase aproveitando apenas o semiciclo positivo A tensão na carga será sempre igual à tensão da fase que tiver o potencial mais positivo a cada instante Diagrama Ilustrativo do Funcionamento O gráfico a seguir ilustra como a tensão na carga linha vermelha é formada pelos picos de cada uma das três fases de entrada Observe que a cada instante apenas uma fase está alimentando a carga b Considerando as especificações de alimentação qual é a frequência do sinal trifásico de entrada A frequência do sinal de entrada pode ser determinada a partir da frequência angular ω presente nas equações de tensão fornecidas Vamos utilizar a equação da tensão de linha VAB VAB 311 sen377t A forma geral da equação de uma tensão senoidal é Vt Vp senωt onde ω é a frequência angular em radianos por segundo rads Pela comparação identificamos que ω 377 rads A relação entre a frequência angular ω e a frequência em Hertz f é dada pela fórmula ω 2 π f Isolando a frequência f na fórmula f ω 2 π f 377 2 314159 f 5999 Hz Resposta A frequência do sinal trifásico de entrada é 60 Hz Este valor é o padrão da rede elétrica no Brasil c Calcule a tensão máxima aplicada a carga RL A tensão máxima ou tensão de pico aplicada à carga RL corresponde ao valor máximo da tensão de fase As equações fornecidas VAB VBC VCA representam as tensões de linha do sistema O valor de pico da tensão de linha Vplinha é a amplitude da senoide ou seja 311 V Em um sistema trifásico equilibrado a relação entre a tensão de pico de linha Vplinha e a tensão de pico de fase Vpfase é Vplinha Vpfase 3 Para encontrar a tensão máxima na carga que é a tensão de pico de fase devemos isolar Vpfase na equação Vpfase Vplinha 3 Vpfase 311 1732 Vpfase 17956 V Resposta A tensão máxima aplicada à carga RL é de aproximadamente 17956 V d Qual é o valor da tensão média na carga A tensão média na carga Vmedia ou Vdc em um retificador trifásico de meia onda é calculada através da integração da forma de onda de saída ao longo de um período de repetição e dividindo pelo mesmo período A fórmula resultante para este tipo de retificador é Vmedia 3 3 Vpfase 2 π Utilizaremos o valor de Vpfase calculado no item anterior Vmedia 3 1732 17956 2 314159 Vmedia 93335 628318 Vmedia 14855 V Resposta O valor da tensão média na carga é de aproximadamente 14855 V e Qual é o número de pulsos deste retificador e o valor da frequência do sinal de saída Em um ciclo completo de 360 da tensão de entrada cada uma das três fases atinge seu valor máximo positivo Como o retificador de meia onda entrega à carga sempre a tensão da fase mais positiva teremos três picos ou pulsos de tensão na saída para cada ciclo da entrada Portanto este é um retificador de 3 pulsos A frequência do sinal de saída também chamada de frequência de ondulação ripple é o número de pulsos que ocorrem por segundo Ela é obtida multiplicando o número de pulsos pela frequência da rede de entrada fsaida Número de Pulsos fentrada fsaida 3 60 Hz fsaida 180 Hz Resposta O número de pulsos do retificador é 3 e a frequência do sinal de saída ondulação é de 180 Hz f Calcule o valor da corrente média na carga A corrente média na carga Imedia ou Io pode ser calculada de forma direta utilizando a Lei de Ohm que relaciona a tensão média na carga Vmedia e o valor da resistência RL Calculando Imedia Vmedia RL Imedia 14855 15 Ω Imedia 990 A Resposta O valor da corrente média na carga é de aproximadamente 990 A g Calcule a corrente média em cada diodo Neste tipo de retificador a corrente total que flui para a carga é compartilhada entre os três diodos Como cada diodo conduz por um terço do ciclo total 120 de 360 a corrente média que passa por cada diodo é um terço da corrente média total na carga Idmedio Imedia 3 Idmedio 990 3 Idmedio 330 A Resposta A corrente média em cada diodo é de 330 A h Qual é a máxima tensão reversa aplicada aos diodos A máxima tensão reversa ou PIV Peak Inverse Voltage é o maior valor de tensão que um diodo deve ser capaz de bloquear quando não está conduzindo O pior cenário para um diodo ocorre quando a tensão em seu anodo está em seu ponto mais negativo enquanto outro diodo está conduzindo no pico da sua fase A diferença de potencial entre esses dois pontos corresponde à tensão de pico entre duas linhas Vplinha Por exemplo quando a Fase A está em seu pico positivo e D1 conduz a Fase B ou C estará se aproximando de seu vale negativo A tensão entre a linha A e a linha B VAB nesse momento será máxima PIV Vplinha O valor de Vplinha é a amplitude da tensão VAB que foi dada no enunciado PIV 311 V Resposta A máxima tensão reversa aplicada a cada diodo é de 311 V Os diodos 1N4007 que suportam até 1000 V estão bem dimensionados para esta aplicação i Calcule o fator de forma do sinal de saída O Fator de Forma FF é uma medida que descreve a qualidade da forma de onda retificada comparando seu valor eficaz RMS com seu valor médio Para uma tensão CC pura o FF é igual a 1 FF Vrms Vmedia Primeiramente precisamos calcular a tensão eficaz Vrms na carga para este retificador A fórmula deduzida para um retificador trifásico de meia onda é Vrms Vpfase 12 338π Vrms Vpfase 08406 Vrms 17956 08406 Vrms 15094 V FF 15094 14855 FF 1016 Resposta O fator de forma do sinal de saída é aproximadamente 1016 Este valor muito próximo de 1 indica que a tensão de saída possui uma ondulação ripple relativamente baixa uma característica vantajosa dos retificadores trifásicos j Neste tipo de retificador informe quantos diodos estarão conduzindo em cada instante de tempo e qual é o ângulo de condução de cada um A cada instante de tempo apenas um diodo conduzirá A lógica de funcionamento é que a corrente sempre buscará o caminho de menor resistência que neste caso é através do diodo conectado à fase que possui o potencial elétrico mais elevado mais positivo em relação ao ponto comum Como as fases estão defasadas sempre haverá uma fase com tensão superior às outras duas garantindo que apenas um diodo conduza por vez A condução é comutada de um diodo para o outro no exato momento em que a tensão de uma fase ultrapassa a tensão da fase que estava conduzindo Um ciclo completo da rede elétrica tem 360 Como são três diodos e eles dividem a tarefa de condução igualmente ao longo do ciclo cada diodo permanece em condução por um terço do período total Ângulo de Condução 360 3 Ângulo de Condução 120 Resposta Em cada instante de tempo apenas 1 diodo conduz a corrente para a carga e o ângulo de condução para cada um dos diodos é de 120