Eletrônica de potencia - Lista 04 EEN502 2017

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ 
Quarta Lista de Exercícios – EEN502 
Conversores CC-CC 
 
Questões para revisão 
1. Porque é interessante utilizar frequências de chaveamento elevadas nos conversores CC-CC? Quais 
são os fatores limitantes dessa frequência? 
2. De acordo com as características dos principais transistores de potência, qual seria o mais indicado 
para cada uma dessas aplicações? 
a. Fonte chaveada de um computador pessoal. 
b. Máquina de lavar roupa industrial (considere um motor CC). 
c. Veículo elétrico (baixa potência, baterias de 48 V). 
d. Metrô (com motor CC). 
3. Desenhe os circuitos equivalentes para cada modo de operação do conversor CC-CC abaixador, 
indicando as principais tensões e correntes envolvidas. 
4. Desenhe os circuitos equivalentes para cada modo de operação do conversor CC-CC elevador, 
indicando as principais tensões e correntes envolvidas. 
5. Qual a vantagem de um chopper de 2 quadrantes sobre o de 1 quadrante? 
6. Considere o acionamento de um veículo elétrico tracionado por um motor CC, qual seria o tipo de 
chopper mais adequado (em relação ao número de quadrantes)? Porque? 
 
Problemas 
7. Para o chopper da Figura 1, considere Vin = 80 V, um ciclo de trabalho de 40%, uma frequência de 
chaveamento de 30kHz e uma carga de 20 Ω. 
a. Especificar a tensão e a corrente na carga. 
b. Considerando um ripple de 20% na corrente do indutor, calcule o valor da indutância. 
c. Considerando um ripple de 5% na tensão de saída do conversor, calcule o valor do capacitor. 
d. Caso a tensão de entrada diminuísse para 50 V, qual deveria ser o novo ciclo de trabalho 
para manter a tensão de saída igual à do item a? O que aconteceria com a corrente na 
fonte? 
+
-
R
L
C
Ch
+
-
Vo
IoIs
D1
Vin
 
Figura 1 – Chopper abaixador. 
 
8. Para o chopper da Figura 2 Vin = 100 V. Para um ciclo de trabalho de 40%, uma frequência de 10kHz 
e uma carga de 500 W. 
a. Especificar a tensão e a corrente na carga. 
b. Considerando um ripple de 30% na corrente do indutor, calcule o valor da indutância. 
c. Considerando um ripple de 10% na tensão de saída do conversor, calcule o valor do 
capacitor. 
d. Caso a tensão de entrada aumentasse para 150 V, qual deveria ser o novo ciclo de trabalho 
para manter a tensão de saída igual à do item a? O que aconteceria com a corrente na 
fonte? 
+
-
R
L
CCh
+
-
Vo
IoIs
D
Vin
 
Figura 2 – Chopper elevador. 
9. Os painéis fotovoltaicos apresentam uma curva de Potência X Tensão para cada nível de irradiância 
solar conforme Figura 3. Para o melhor aproveitamento da geração fotovoltaica é desejável que o 
painel opere sempre no ponto de máxima potência, para qualquer condição climática. O conversor 
CC-CC tipo buck da Figura 4 está instalado na saída do painel fotovoltaico e deve ser controlado de 
modo a entregar para a carga R = 5 Ω, sempre a máxima potência disponível. 
a. Sabendo que para uma irradiância de 1kW/m² a potência máxima do painel é de 315,1 W com 
uma tensão de 54,7 V, calcule o Duty Cycle da chave Ch para que o conversor transfira a 
máxima potência do painel para a carga. Apresente também o valor da tensão, corrente e 
potência na saída do conversor confirmando que toda a potência foi entregue à carga. OBS: 
Fazer as contas com duas casas decimais de precisão. Considere que os valores de L e C do 
conversor estão corretamente especificados para garantir um ripple desprezível. 
b. Supondo que a irradiância mude para 0,5 kW/m², qual deverá ser o novo ponto de operação 
do sistema (duty cycle, tensão e corrente na entrada e na saída do conversor)? 
 
 
Painel 
solar
+
-
R
L
C
Ch
+
-
Vo
IoIs
D1
Vin
 
Figura 3 - Curva Potência x Tensão do painel solar. Figura 4 – Circuito de potência. 
10. Um conversor CC-CC é utilizado para regular a carga de uma bateria conforme circuito da Figura 5. 
a. Qual tipo de conversor deve ser utilizado? 
b. Qual deve ser a tensão na saída do conversor no início da operação de carga? Qual o valor 
do duty cycle para essa tensão de saída? OBS: A corrente máxima suportada pela bateria 
durante sua carga é de 6 A. A corrente na bateria é limitada pela sua tensão interna Vb e 
resistência interna r. 
Fonte 
CC
+
-
r = 0,2 Ω 
L
C
Ch
+
-
Vo
IoIs
D1
Conversor 
CC-CC
Bateria
Vb = 
11,8 V
20 V
+
-
Vin
 
Figura 5 – Carregador de bateria. 
 
11. Um motor CC de excitação independente com constante Kv = 3,8 V/A rad/s, corrente de excitação 
(If) de 1 A e resistência interna de 5 Ω deve ser controlado para desenvolver um torque Td = 14 N.m 
e girar a uma velocidade de 500 RPM (52,36 rad/s). A fonte de alimentação CC é de 300 V. 
Determinar: 
c. A tensão (Va) e corrente de armadura (Ia) para que desenvolva a velocidade e o torque 
exigidos. 
d. O conversor que deve ser utilizado para controlar esse motor. 
e. O ciclo de trabalho do conversor para que ele opere nessa condição. 
f. Se a velocidade do motor for reduzida para 300 RPM, mas o torque permanecer constante, 
qual será o novo ponto de operação do sistema (Va, Ia e D)? 
g. Se o torque exigido for reduzido para 10 N.m, e a velocidade permanecer em 500 RPM, qual 
será o ponto de operação?