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Acionamentos Eletroeletrônicos Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Esp. Alexandre Leite Nunes Revisão Textual: Prof. Me. Luciano Vieira Francisco Inversores Trifásicos de Tensão • Retificador Trifásico com Ponto Médio; • Retificador Trifásico de Onda Completa – Ponte de Graetz; • Operação como Retificador e como Inversor; • Simulação Computacional. • Estudar o funcionamento dos sistemas retifi cadores. OBJETIVO DE APRENDIZADO Inversores Trifásicos de Tensão Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Inversores Trifásicos de Tensão Retificador Trifásico com Ponto Médio Retificadores trifásicos são amplamente utilizados na indústria para gerar Cor- rente Contínua (CC) para grandes consumidores. No circuito da Figura 1 podemos observar uma fonte de tensão trifásica contí- nua; basicamente temos uma associação de três retificadores monofásicos de meia onda, de modo que para cada fase temos um diodo associado. Para este tipo de retificação o uso do neutro é indispensável. N T S R D1V1 V2 V3 CARGA D2 D3 R1 Figura 1 – Retificador trifásico de ponto médio Para o circuito da Figura 1 temos que cada diodo do retificador conduz, durante um intervalo de tempo, o que corresponde a 120 graus elétricos da tensão alter- nada fornecida pelo transformador ou rede elétrica – tal defasagem garante que as fases (R, S, T) não entrem em curto. A seguir podemos observar as formas de ondas retiradas do circuito do retificador: Figura 2 – Formas de ondas nos diodos e carga (saída) Fonte: unesp.br 8 9 Com base no funcionamento desse circuito, podemos deduzir algumas fórmulas para o cálculo e projeto de um sistema retificador trifásico de meia onda com ponto médio e carga resistiva: • Valor médio da tensão na carga (R): V V sen t d t V V V V Lmed Lmed � � � � � 3 2 2 3 3 2 2 1 17 1 17 0 0 0 6 5 6 � � � �� � ( ) ( ) , . , . 00 • Valor eficaz da tensão na carga (R): V VLef = 1 19 0, . • Valor médio da corrente na carga: I V RLmed Lmed= Valor médio da corrente nos diodos: este item é fundamental, pois determina uma característica do diodo a ser adquirido. I I V R I V R Dmed Lmed Lmed Dmed Lmed � � � 3 3 3 • Valor eficaz da corrente na carga: I V RLef = 1 19 0 , • Valor da corrente de pico nos diodos: I V RDp = 2 0 • Valor da corrente eficaz nos diodos: I IDef Lmed= 0 59, . 9 UNIDADE Inversores Trifásicos de Tensão Retificador Trifásico de Onda Completa – Ponte de Graetz A retificação de onda completa, ou ponte de Graetz, é uma das estruturas mais empregadas industrialmente, na Figura 3 temos um exemplo do circuito elétrico deste sistema: R Secundário do Trafo RI D5 DIODE D4 DIODE D7 DIODE D9 DIODE D6 DIODE D8 DIODE S T Figura 3 – Retificador de onda completa Figura 4 – Formas de onda do retificador Fonte: unesp.br Para a determinação dos parâmetros e projeto do sistema temos as seguintes fórmulas. • Tensão média na carga: V VLmed = 2 339 0, . • Tensão eficaz na carga: V VLef = 2 341 0, . 10 11 • Corrente média na carga: I V RLmed ≅ 2 339 0, . • Corrente eficaz na carga: I V RLef ≅ 2 341 0, . • Potência ativa na carga: P R IL Lef= . 2 • Potência aparente na carga: S V IL Lef ef= . • Tensão reversa: V VDmax .= 3 2 0 • Corrente de pico: I V RDmax . = 3 2 0 • Corrente média: I V RDmed = 0 78 0, . • Corrente eficaz: I V RDef = 1 35 0, . Operação como Retificador e como Inversor Até então vimos apenas o funcionamento do sistema retificador, ou seja, a po- tência transferida do CA ao CC, de modo que podemos considerar que um reti- ficador em ponte funciona como um inversor, induzindo potência do CC ao CA, tal como no circuito da seguinte Figura, onde uma fonte de CC está conectada na saída do retificador e fornece potência ao lado CA – observe que este retificador, funcionando como inversor, utiliza SCR como dispositivo de retificação. 11 UNIDADE Inversores Trifásicos de Tensão R S T VCC R L U2 THYRISTOR U1 THYRISTOR U4 THYRISTOR U6 THYRISTOR U3 THYRISTOR U5 THYRISTOR Figura 5 – Retificador funcionando como inversor Simulação Computacional Utilizando o software Proteus, vejamos a simulação de um circuito retificador trifásico de onda completa com carga resistiva: Figura 6 – Simulação do circuito retificador Fonte: Acervo do Conteudista E a seguir a simulação do retificador com carga RL: Figura 7 – Simulação do circuito com carga RL Fonte: Acervo do Conteudista 12 13 Vamos à resolução de um exercício sobre retificação trifásica: Considerando que em um retificador trifásico em ponte existe uma carga conec- tada puramente resistiva, determine a tensão de pico inverso e corrente máxima através dos diodos. • Itens: » Eficiência; » Fator de forma; » Fator de ondulação; » Tensão de pico inverso. • Dados: » Corrente média Imédio: 60ª » Tensão de saída Vm: 280,7 V » Frequência: 60 HZ Resolução • Eficiência: V Vm V Vm V V Médio rms Médio rms � � � � � � � 1 654 1 6554 1 654 280 2 2 , , ( ) ( ) ( , � ,, ) ( , , ) , % 7 1 654 280 7 99 83 2 2� � • Fator de forma: FF V V rms Médio � � � � � ( ) ( ) ( , , ) ( , , ) , % 1 6554 280 7 1 654 280 7 100 08 2 2 • Fator de ondulação: RF FF� � � � �2 21 1 0008 1 4, % • Tensão de pico reverso nos diodos: PIV V VMédio� � � � �3 1 654 3 280 7 1 654 293 94 , , , , 13 UNIDADE Inversores Trifásicos de Tensão Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Robótica CRAIG, J. J. Robótica. 3. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2012. Eletrotécnica geral: teoria e exercícios resolvidos FRANCISCO, F. Eletrotécnica geral: teoria e exercícios resolvidos. 2. ed. [S.l.]: Manole, 2006. Projetos de circuitos analógicos FRANCO, S. Projetos de circuitos analógicos. [S.l.]: McGraw Hill, 2016. Matlab com aplicações em Engenharia GILAT, A. Matlab com aplicações em Engenharia. 4. ed. [S.l.]: Bookman, 2006. Análise de circuitos elétricos MARIOTTO, P. A. Análise de circuitos elétricos. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2003. Vídeos TRIAC e DIAC - Tiristores - O que são e como funcionam! https://youtu.be/GBxwM8ROV7k Controle de potência ACcom TRIAC e Arduino https://youtu.be/h5QpmV4AqAk 14 15 Referências AHMED, A. Eletrônica de potência. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009. JOHNSON. Fundamentos de análise de circuitos elétricos. [S.l.]: LTC, [20--?]. MOHAN, N. Eletrônica de potência – curso introdutório. [S.l.: s.n., 20--?]. RASHID, M. H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos e aplicações. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1999. SOLOMON. Fundamentos de processamento digital de imagens – uma abor- dagem prática com exemplos em Matlab. [S.l.]: LTC, [20--?]. 15
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