Lista de Exercícios Resolvidos - Eletrônica de Potência - Gradador Monofásico e Conversores CC-CC Buck

Universidade Estadual do Rio Grande do Sul Unidade de Porto Alegre Engenharia de Energia Eletrˆonica de Potˆencia Prof Luiz Fernando Goncalves 3a Lista de Exercıcios 1 Considerando que a carga resistiva R do circuito gradador monofasico controlado sem trans formador visto na Fig 1 dissipa 965W quando ligada diretamente a rede de 220V eficazes Obter o valor da potˆencia dissipada na resistˆencia quando o gradador opera com um ˆangulo de disparo α 300 Supor o perıodo T 2π V1 V0 R I Figura 1 Circuito para a questao 1 Resposta P0 938W 2 Calcular a potˆencia util P0 dissipada na lˆampada 100W quando alimentada com uma tensao de 127V eficazes do circuito gradador controlado sem transformador visto na Fig 2 Considerar que o SCR esta sendo disparado com um ˆangulo de disparo α 900 e que V1 220V eficazes V1 V0 I Figura 2 Circuito para a questao 2 Respostas P0 75 20W 3 Para um circuito conversor CC CC tipo Buck calcular a a tensao de saıda V0 a potˆencia dissipada na carga P0 a variacao de tensao valor de picoapico V0P P e a variacao de corrente valor de picoapico I0P P Supor tensao de entrada V1 120V frequˆencia de chaveamento fc 10kHz indutˆancia L 0 45mH resistˆencia da carga R 10Ω tempo de conducao com a chave fechada tON 25µs e capacitˆancia C 100µF Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx intervalo de tempo durante qual a tensao sobre o diodo atinge um valor nulo Respostas V0 30V P0 90W V0P P 0 625V e I0P P 5A Conducao contınua 4 Supondo um circuito conversor CC CC tipo Buck calcular a a potˆencia dissipada na carga P0 e a variacao de tensao valor de picoapico V0P P Considerar corrente media da carga IL 10A variacao de corrente valor de picoapico I0P P 10A capacitˆancia C 33µF resistˆencia da carga R 10Ω e frequˆencia de chaveamento fc 20kHz Determinar se a conducao e contınua ou descontınua Respostas P0 1kW e V0P P 1 9V Conducao contınua 5 Considerando um circuito conversor CC CC tipo Buck conducao descontınua obter a expressao de calculo do valor da capacitˆancia vista na Eq 1 C 1 2VCP P ILP P IL2 ILP P tX tON 1 6 Considerando um circuito conversor tipo Boost calcular o ciclo de trabalho D a ondulacao de corrente do indutor valor de picoapico ILP P a corrente maxima do indutor IL e a tensao de ondulacao valor de picoapico VCP P do capacitor Supor tensao de entrada V1 5V tensao de saıda V0 15V corrente media da carga I0 0 5A frequˆencia de chaveamento fc 25kHz indutˆancia L 150µH e capacitˆancia C 220µF Respostas D 0 667 ILP P 0 89A IL 1 946A e VCP P 60 61mV Conducao contınua 7 Supondo um circuito conversor tipo Boost calcular o ciclo de trabalho D a ondulacao de corrente do indutor valor de picoapico ILP P a tensao de saıda V0 a corrente maxima do indutor IL e a tensao de ondulacao valor de picoapico VCP P do capacitor Supor tensao de entrada V1 100V corrente media do indutor IL 5A frequˆencia de chaveamento fc 10kHz indutˆancia L 1mH e capacitˆancia C 10µF resistˆencia R 125Ω Respostas D 0 6 ILP P 6A ILmax 8A e VCP P 12V Conducao contınua 8 Considerando um circuito conversor CC CC tipo Boost conducao contınua calcular a expressao de calculo do valor da capacitˆancia vista na Eq 2 C 1 2VCP P ILmax ID2 ILP P toffILP P 2 9 Para um circuito conversor tipo BuckBoost calcular o ciclo de trabalho D a tensao de saıda V0 a corrente media do diodo ID e o valor da corrente media de entrada I1 Considerar tensao de entrada V1 100V corrente media do indutor IL 5A frequˆencia de chaveamento fc 40kHz in dutˆancia L 50µH resistˆencia R 12 5Ω e intervalo de tempo no qual o diodo nao esta conduzindo tON 5µs Respostas D 0 2 V0 25V ID 2A e I1 3A conducao contınua 10 Considerando um circuito conversor tipo BuckBoost calcular a tensao de saıda V0 a potˆencia dissipada na carga P0 a ondulacao de corrente do indutor valor de picoapico ILP P e a on dulacao da tensao de saıda valor de picoapico V0P P Supor tensao de entrada V1 100V frequˆencia de chaveamento fc 10kHz capacitˆancia C 100µF indutˆancia L 1 2mH resistˆencia R 80Ω e intervalo de tempo no qual o diodo nao esta conduzindo tON 30µs Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx Respostas P0 23W ILP P 2 5A V0P P 0 361A e V0 54 8V tx 54 8µs descontınua 11 Para um circuito conversor tipo BuckBoost obter o valor da indutˆancia L da corrente do diodo valor medio ID e da potˆencia dissipada na carga P0 Considerar tensao de entrada V1 2 1V tON 12µs tOF F 6µs tensao de saıda V0 4 2V variacao de corrente valor de picoapico ILP P 0 5A e resistˆencia da carga R 100Ω Caso a conducao seja descontınua obtenha tambem o tempo tx Respostas L 50 4µH ID 42mA P0 0 176W e tx 6 02µs 12 Considerando um circuito conversor CC CC tipo Boost conducao descontınua determinar a expressao de calculo do valor da capacitˆancia vista na Eq 2 C tX 2VCP P ILmax ID2 ILP P 3 13 Supondo um circuito conversor tipo Boost calcular o valor da indutˆancia L da capacitˆancia C e da resistˆencia da carga R Considerar tensao de entrada V1 127V frequˆencia de chaveamento fc 12kHz tensao de saıda V0 220V variacao de tensao picoapico V0P P 1 5V a variacao de corrente valor de picoapico ILP P 6A e potˆencia dissipada na carga P0 350W Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx Respostas L 685 5µH C 47 76µF R 138 5Ω e tx 44 16µs 14 Dissertar sobre os circuitos inversores ou conversores CCCA abordando as suas principais aplicacoes configuracoes e circuitos de disparo por exemplo 15 Projetar um conversor Forward calculando o valor de indutˆancia L de capacitˆancia C e de resistˆencia da carga R alem dos valores de tempo tON e tOF F Considerar tensao de entrada V1 200V frequˆencia de chaveamento fc 20kHz tensao de saıda V0 40V variacao de tensao picoapico VCP P 1V relacao de espiras NP 3NS a variacao de corrente valor de picoa pico ILP P 2A e potˆencia dissipada na carga P0 100W Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx Respostas L 400µH C 12 5µF R 16Ω tON 30µs e tOF F 20µs 16 Projetar um conversor Flyback calculando o valor de indutˆancia de magnetizacao vista do primario Lm de capacitˆancia C e de resistˆencia da carga R alem do intervalo de tempo tON Considerar a tensao de entrada V1 300V frequˆencia de chaveamento fc 10kHz tensao de saıda V0 50V variacao de tensao picoapico V0P P 0 5V relacao de espiras NP 3NS a variacao de corrente valor de picoapico ILP P 4A e potˆencia dissipada na carga P0 100W Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o intervalo de tempo tx Respostas L 1 25 mH C 30 85µF R 25Ω tON 16 7µs e tx 33 3µs 17 Projetar um conversor Forward calculando o valor da tensao de saıda V0 de potˆencia dissipada na carga P0 de variacao de tensao picoapico VOP P e da variacao de corrente valor de picoa pico ILP P Considerar tensao de entrada V1 100V frequˆencia de chaveamento fc 10kHz relacao de espiras NP 3NS resistˆencia da carga R 8Ω indutˆancia L 0 3mH capacitˆancia C 0 1mF e tON 40µs Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx Respostas V0 40 V P0 200W VOP P 1V ILP P 8A 18 Encontrar a equacao para V0 do conversor CCCC tipo Boost considerando a conducao contınua e as quedas de tensao na chave S VCE de saturacao do transistor VSAT e no diodo VD Resposta V0 V1 DVSAT 1 D 4 19 O circuito representado na Fig 5 e conhecido como conversor BuckBoost sendo V1 a tensao contınua de entrada e V0 a tensao de saıda Sobre este circuito considere as seguintes afirmacoes apresentadas a seguir A aplicacao do conversor BuckBoost e converter uma tensao contınua em alternada PORQUE A variacao de tensao V0 no conversor BuckBoost ocorrera em funcao da frequˆencia de chaveamento da chave S C V1 S D L R V0 Figura 3 Circuito para a questao 19 Considerando as informacoes apresentadas e analisando as afirmacoes acima concluise que a as duas afirmacoes sao verdadeiras e a segunda justifica a primeira b as duas afirmacoes sao verdadeiras e a segunda nao justifica a primeira c a primeira afirmacao e verdadeira e a segunda e falsa d a primeira afirmacao e falsa e a segunda e verdadeira e as duas afirmacoes sao falsas 20 Para um circuito conversor CC CC tipo Buck que opera com a forma de onda mostrada na Fig 2 calcular o valor da indutˆancia L da tensao de saıda V0 da variacao de tensao picoapico V0P P e da potˆencia dissipada na carga P0 Supor tensao de entrada V1 100 V e capacitˆancia C 100µF 30 50 tµs 10 4 ILt Figura 4 Sinal de corrente para a questao 20 Respostas L 312 5µH V0 37 5 V V0P P 0 6 V e P0 262 5 W 21 Projetar um conversor Flyback calculando o valor da tensao de saıda V0 de potˆencia dissipada na carga P0 de variacao de tensao picoapico VOP P e da variacao de corrente valor de picoa pico ILP P Considerar tensao de entrada V1 200V frequˆencia de chaveamento fc 20kHz relacao de espiras NS 0 7NP resistˆencia da carga R 20Ω indutˆancia L 2 23mH capacitˆancia C 833 33µF e tON 16 67µs Caso a conducao seja descontınua calcule tambem o tempo tx Respostas V0 200 V P0 500W VOP P 0 1V ILP P 1 5A 22 Considerando um retificador monofasico com filtro capacitivo funcionando em 220 V calcular a potˆencia de entrada PIN os capacitores C1 e C2 e o perıodo de conducao tc para este retificador Supor tensao de entrada V1 117 V V1max 135 V V1min 100 V tensao do capacitor mınima VCmin 100 V rendimento µ 0 7 potˆencia de saıda Pout 70 W e frequˆencia f 60 Hz Respostas P 100 W C1 C2 405 3 µF e tc 112 ms 23 Supondo um retificador monofasico com filtro capacitivo funcionando em 110 V calcular a potˆencia de entrada PIN os capacitores C1 e C2 e o perıodo de conducao tc para este retificador Supor tensao de entrada V1 117 V V1max 135 V V1min 100 V tensao do capacitor mınima VCmin 200 V rendimento µ 0 7 potˆencia de saıda Pout 70 W e frequˆencia f 60 Hz Respostas P 100 W C1 C2 202 µF e tc 1 954 ms 24 Avaliar as seguintes afirmacoes apresentadas a seguir sobre os circuitos conversores CCCC obtendo o somatorio total ST relativo as alternativas corretas 2 Para o conversor tipo Buck a tensao de entrada e sempre maior do que a tensao de saıda 4 No circuito tipo Buck quando a chave S esta aberta a corrente do indutor diminui linearmente 8 Para o conversor tipo Boost a tensao de entrada e sempre menor do que a tensao de saıda 16 No circuito tipo Boost quando a chave S esta fechada a corrente do indutor diminui linearmente 32 No conversor BuckBoost a tensao de saıda e sempre menor que a tensao de entrada Resposta ST 14 25 Os circuitos conversores CC CC sao equipamentos eletrˆonicos responsaveis por converter tensoes e correntes contınuas em tensoes e corentes contınuas Dentre as vantagens desse tipo de conversores citase o seu alto rendimento e o seu baixo custo como exemplo A esse respeito analise as seguintes assercoes Para o conversor tipo Buck a tensao de entrada e sempre maior do que a tensao de saıda PORQUE A energia armazenada no indutor que recebe parte da tensao de entrada forca a corrente atraves do diodo e da carga A respeito dessas assercoes assinale a opcao correta a As duas assercoes sao verdadeiras e a segunda e uma justificativa da primeira b As duas assercoes sao verdadeiras mas a segunda nao e uma justificativa da primeira c A primeira assercao e verdadeira e a segunda e falsa d A primeira assercao e falsa e a segunda e verdadeira e As duas assercoes sao proposicoes falsas Opcao correta alternativa a