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Engenharia Elétrica ·
Eletrônica de Potência
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Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituto de Geociências e Engenharias Graduação em Engenharia Elétrica Eletrônica de Potência 20244 Professora Yonatha Melo Alunoa Observação Considere para a resolução dos cálculos e para a elaboração das curvas de tensão e corrente que os diodos e tiristores são ideais Lista de Exercícios 1ª Parte da 1ª Avaliação Questão 01 Explique em detalhes a região de operação de a polarização direta dos diodos b polarização reversa dos diodos e c a região de operação de ruptura reversa dos diodos Questão 02 Explique em detalhes as regiões de operação de um tiristor Questão 03 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 1 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência de 50 Hz e 𝑉𝑆 220 cos 𝜔𝑡 V Obtenha a o esboço da curva de corrente na carga b a tensão média na carga e c a tensão eficaz na carga Figura 01 Questão 04 Explique em detalhes as principais diferenças na composição e na forma de operação entre diodos e tiristores Questão 05 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 10 kΩ e uma tensão de entrada Vs 220cosωt90 V Determine a a curva de tensão no diodo D1 e D2 b o valor médio da tensão no diodo D2 e c a curva de corrente na carga Figura 02 Questão 06 O retificador da Figura 02 tem uma carga puramente resistiva de R 10 Ω e uma tensão de entrada Vs 127cosωt V Determine a a curva de tensão na carga b o valor médio da tensão na carga e c a corrente média na carga Questão 07 Sendo a alimentação do circuito retificador dada por Vs 1796sen 120𝜋𝑡 V e os quatro diodos com um comportamento ideal esboce as formas de onda da tensão para a a entrada fonte de alimentação do circuito b diodos e c da saída carga Figura 03 Questão 08 Explique as diferenças entre circuitos retificadores com diodos e com tiristores Questão 09 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 10 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência angular de 120π 𝑉𝑆 127 sen 𝜔𝑡 o gatilho tem o ângulo de disparo igual a 60⁰ Obtenha a o valor do período na entrada e na saída do circuito retificador b a forma de onda de tensão do tiristor c o valor da tensão média na saída e d o esboço da forma de onda da corrente Figura 04 Questão 10 O retificador da Figura 04 tem uma carga puramente resistiva de R 9 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por 𝑉𝑆 380 cos 𝜔𝑡 V o gatilho tem o ângulo de disparo igual a 𝜋 6 rad Obtenha a o esboço da corrente na carga b a forma de onda de tensão do tiristor c o valor da tensão média na saída e d a tensão eficaz na saída Questão 11 O circuito abaixo é composto de diodos e tiristores Sabendose que Vs 120 sen 𝜔𝑡 V R 10 kΩ o ângulo de disparo do tiristor T1 é igual a 90⁰ e que T2 tem o disparo análogo no semiciclo negativo de Vs esboce as curvas da tensão para o tiristor T1 e para a carga puramente resistiva Figura 05 Questão 12 O circuito abaixo Figura 06 é composto por quatro diodos e uma carga RE Sabendose que Vi 220 sen𝜔𝑡 V R 5 kΩ e E 100 V a determine a partir de que ângulo os diodos D1 e D4 irão permitir a circulação de corrente b esboce a curva da tensão na carga e c a tensão média na carga Figura 06 Questão 13 Observando o circuito da Figura 06 e sabendose que Vi 120sen𝜔𝑡 V R 5 kΩ e E 80 V a determine a partir de que ângulo os diodos D2 e D3 irão permitir a circulação de corrente b esboce a curva da tensão na carga e c esboce a curva da corrente na carga Questão 14 Dado o circuito da Figura 07 e definindose que Vs Vm sen 𝜔𝑡 V e o ângulo de disparo dos tiristores T1e T2 é igual a 45⁰ e que T3 e T4 têm disparos análogos no semi ciclo negativo de Vs a Esboce a forma de onda da tensão na saída para uma carga altamente indutiva b Esboce a forma de onda da tensão na saída substituindo a carga altamente indutiva por uma carga puramente resistiva Figura 07 Questão 15 Explique o comportamento da frequência neste circuito da Figura 08 Para isto compare a frequência na tensão de alimentação Figura 09 e a frequência da tensão na carga que é puramente resistiva O disparo do tiristor T1 ocorre em 60⁰ T2 em sequência e por último o disparo de T3 é realizado O disparo de cada tiristor ocorre espaçado de 120⁰ Observação A explicação pode ser feita a partir das formas de onda da tensão na saída Figura 08 Figura 09 Questão 16 O retificador da Figura 10 tem uma carga puramente resistiva de R 5Ω e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência de 60 Hz e 𝑉𝑆 127 cos 𝜔𝑡 Calcule a eficiência do retificador Figura 10 Questão 17 O chopper da Figura 11 tem uma carga resistiva R 1 kΩ e a tensão de entrada é Vs 380 V Quando a chave do chopper permanece ligada sua queda de tensão é Vch 5 V e a frequência de operação é fs 1 kHz Se o ciclo de trabalho duty cicle for de 80 determinar a a tensão média da saída Vo b a tensão eficaz de saída Vo c a eficiência do chopper d a resistência efetiva de entrada do chopper R Figura 11 Questão 18 O regulador Buck da Figura 12 tem uma tensão de entrada de Vs 15 V A tensão média requerida de saída é Va 75 V e a ondulação da tensão de saída de pico a pico é 20 mV A frequência de chaveamento é 25 kHz Se a ondulação da corrente do indutor for limitada a 08 A de pico a pico determinar a os circuitos equivalentes do modo de operação b o ciclo de trabalho c a indutância de filtro L e d o capacitor de filtro C Figura 12 Conversor Buck Questão 19 ENADE 2019 O retificador trifásico conhecido como Ponte de Graetz é um conversor de potência utilizado em aplicações de média e alta tensão É empregado em sistemas de transmissão de alta tensão em corrente contínua carregamento de baterias processos de eletrólise operação de motores de corrente contínua fontes de potência 𝑉𝑠 CH controlada sistemas de iluminação controlada e equipamentos de tração A Figura 13 mostra a topologia de um retificador trifásico controlado em ponte Figura 13 Na Figura 14 são mostrados os resultados gráficos das principais formas de onda de tensão do referido retificador trifásico considerandose carga resistiva tiristores ideais e uma tensão eficaz de alimentação de linha igual a 220 V Figura 14 Na Tabela 01 a seguir são listados os intervalos e as respectivas tensões geradas pelo circuito Intervalo Grupo Positivo Grupo Negativo Tensão na Carga VL 30 a 90 VA VB VAB 90 a 150 VA VC VAC 150 a 210 VB VC VBC 210 a 270 VB VA VBA 270 a 330 VC VA VCA 330 a 390 VC VB VCB 390 a 450 VA VB VAB Com base nessas informações avalie as afirmações a seguir I A carga é submetida a uma tensão de fase e na saída do circuito acontece uma condução contínua II Os tiristores do grupo positivo são T1 T2 e T3 já os tiristores do grupo negativo são T4 T5 e T6 III A tensão de saída apresenta uma variação de tensão ripple de 1314801 V IV Os tiristores são disparados no ângulo α de 60º
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Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituto de Geociências e Engenharias Graduação em Engenharia Elétrica Eletrônica de Potência 20244 Professora Yonatha Melo Alunoa Observação Considere para a resolução dos cálculos e para a elaboração das curvas de tensão e corrente que os diodos e tiristores são ideais Lista de Exercícios 1ª Parte da 1ª Avaliação Questão 01 Explique em detalhes a região de operação de a polarização direta dos diodos b polarização reversa dos diodos e c a região de operação de ruptura reversa dos diodos Questão 02 Explique em detalhes as regiões de operação de um tiristor Questão 03 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 1 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência de 50 Hz e 𝑉𝑆 220 cos 𝜔𝑡 V Obtenha a o esboço da curva de corrente na carga b a tensão média na carga e c a tensão eficaz na carga Figura 01 Questão 04 Explique em detalhes as principais diferenças na composição e na forma de operação entre diodos e tiristores Questão 05 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 10 kΩ e uma tensão de entrada Vs 220cosωt90 V Determine a a curva de tensão no diodo D1 e D2 b o valor médio da tensão no diodo D2 e c a curva de corrente na carga Figura 02 Questão 06 O retificador da Figura 02 tem uma carga puramente resistiva de R 10 Ω e uma tensão de entrada Vs 127cosωt V Determine a a curva de tensão na carga b o valor médio da tensão na carga e c a corrente média na carga Questão 07 Sendo a alimentação do circuito retificador dada por Vs 1796sen 120𝜋𝑡 V e os quatro diodos com um comportamento ideal esboce as formas de onda da tensão para a a entrada fonte de alimentação do circuito b diodos e c da saída carga Figura 03 Questão 08 Explique as diferenças entre circuitos retificadores com diodos e com tiristores Questão 09 O retificador abaixo tem uma carga puramente resistiva de R 10 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência angular de 120π 𝑉𝑆 127 sen 𝜔𝑡 o gatilho tem o ângulo de disparo igual a 60⁰ Obtenha a o valor do período na entrada e na saída do circuito retificador b a forma de onda de tensão do tiristor c o valor da tensão média na saída e d o esboço da forma de onda da corrente Figura 04 Questão 10 O retificador da Figura 04 tem uma carga puramente resistiva de R 9 kΩ e a alimentação do circuito é fornecida por 𝑉𝑆 380 cos 𝜔𝑡 V o gatilho tem o ângulo de disparo igual a 𝜋 6 rad Obtenha a o esboço da corrente na carga b a forma de onda de tensão do tiristor c o valor da tensão média na saída e d a tensão eficaz na saída Questão 11 O circuito abaixo é composto de diodos e tiristores Sabendose que Vs 120 sen 𝜔𝑡 V R 10 kΩ o ângulo de disparo do tiristor T1 é igual a 90⁰ e que T2 tem o disparo análogo no semiciclo negativo de Vs esboce as curvas da tensão para o tiristor T1 e para a carga puramente resistiva Figura 05 Questão 12 O circuito abaixo Figura 06 é composto por quatro diodos e uma carga RE Sabendose que Vi 220 sen𝜔𝑡 V R 5 kΩ e E 100 V a determine a partir de que ângulo os diodos D1 e D4 irão permitir a circulação de corrente b esboce a curva da tensão na carga e c a tensão média na carga Figura 06 Questão 13 Observando o circuito da Figura 06 e sabendose que Vi 120sen𝜔𝑡 V R 5 kΩ e E 80 V a determine a partir de que ângulo os diodos D2 e D3 irão permitir a circulação de corrente b esboce a curva da tensão na carga e c esboce a curva da corrente na carga Questão 14 Dado o circuito da Figura 07 e definindose que Vs Vm sen 𝜔𝑡 V e o ângulo de disparo dos tiristores T1e T2 é igual a 45⁰ e que T3 e T4 têm disparos análogos no semi ciclo negativo de Vs a Esboce a forma de onda da tensão na saída para uma carga altamente indutiva b Esboce a forma de onda da tensão na saída substituindo a carga altamente indutiva por uma carga puramente resistiva Figura 07 Questão 15 Explique o comportamento da frequência neste circuito da Figura 08 Para isto compare a frequência na tensão de alimentação Figura 09 e a frequência da tensão na carga que é puramente resistiva O disparo do tiristor T1 ocorre em 60⁰ T2 em sequência e por último o disparo de T3 é realizado O disparo de cada tiristor ocorre espaçado de 120⁰ Observação A explicação pode ser feita a partir das formas de onda da tensão na saída Figura 08 Figura 09 Questão 16 O retificador da Figura 10 tem uma carga puramente resistiva de R 5Ω e a alimentação do circuito é fornecida por meio de um transformador com uma frequência de 60 Hz e 𝑉𝑆 127 cos 𝜔𝑡 Calcule a eficiência do retificador Figura 10 Questão 17 O chopper da Figura 11 tem uma carga resistiva R 1 kΩ e a tensão de entrada é Vs 380 V Quando a chave do chopper permanece ligada sua queda de tensão é Vch 5 V e a frequência de operação é fs 1 kHz Se o ciclo de trabalho duty cicle for de 80 determinar a a tensão média da saída Vo b a tensão eficaz de saída Vo c a eficiência do chopper d a resistência efetiva de entrada do chopper R Figura 11 Questão 18 O regulador Buck da Figura 12 tem uma tensão de entrada de Vs 15 V A tensão média requerida de saída é Va 75 V e a ondulação da tensão de saída de pico a pico é 20 mV A frequência de chaveamento é 25 kHz Se a ondulação da corrente do indutor for limitada a 08 A de pico a pico determinar a os circuitos equivalentes do modo de operação b o ciclo de trabalho c a indutância de filtro L e d o capacitor de filtro C Figura 12 Conversor Buck Questão 19 ENADE 2019 O retificador trifásico conhecido como Ponte de Graetz é um conversor de potência utilizado em aplicações de média e alta tensão É empregado em sistemas de transmissão de alta tensão em corrente contínua carregamento de baterias processos de eletrólise operação de motores de corrente contínua fontes de potência 𝑉𝑠 CH controlada sistemas de iluminação controlada e equipamentos de tração A Figura 13 mostra a topologia de um retificador trifásico controlado em ponte Figura 13 Na Figura 14 são mostrados os resultados gráficos das principais formas de onda de tensão do referido retificador trifásico considerandose carga resistiva tiristores ideais e uma tensão eficaz de alimentação de linha igual a 220 V Figura 14 Na Tabela 01 a seguir são listados os intervalos e as respectivas tensões geradas pelo circuito Intervalo Grupo Positivo Grupo Negativo Tensão na Carga VL 30 a 90 VA VB VAB 90 a 150 VA VC VAC 150 a 210 VB VC VBC 210 a 270 VB VA VBA 270 a 330 VC VA VCA 330 a 390 VC VB VCB 390 a 450 VA VB VAB Com base nessas informações avalie as afirmações a seguir I A carga é submetida a uma tensão de fase e na saída do circuito acontece uma condução contínua II Os tiristores do grupo positivo são T1 T2 e T3 já os tiristores do grupo negativo são T4 T5 e T6 III A tensão de saída apresenta uma variação de tensão ripple de 1314801 V IV Os tiristores são disparados no ângulo α de 60º