MAPA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - 53_2024

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<p>Olá, aluno(a)! Está com dificuldade ou sem tempo para elaborar</p><p>esse MAPA? Iremos te ajudar!</p><p>Entre em contato</p><p>(63) 99129-5554</p><p>MAPA – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - 53_2024</p><p>Seja bem-vindo, engenheiro!</p><p>Este M.A.P.A. estará dividido em duas atividades, contextualizadas em diferentes assuntos</p><p>da disciplina, em que você será estimulado a responder às perguntas feitas baseando-se na</p><p>observação e prática, sempre contando com o embasamento teórico feito durante as aulas.</p><p>ATENÇÃO! Este M.A.P.A. é INDIVIDUAL!</p><p>Contudo, você pode discutir resultados com seus colegas de classe e trocar informações</p><p>sobre as simulações e processos. A informação, quando não compartilhada, não gera</p><p>conhecimento. Discutir a observação de fenômenos físicos e buscar compreender os</p><p>motivos que levam ao acontecimento daqueles fenômenos é um exercício quase que diário</p><p>na vida do profissional de engenharia.</p><p>Bons estudos!</p><p>ASSUNTO 1: RETIFICADORES EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA</p><p>Os retificadores, tanto controlados quanto não controlados, desempenham um papel</p><p>fundamental nos circuitos de geração de energia alternativa. A energia eólica, obtida a partir</p><p>do vento, é uma fonte de energia limpa e renovável que pode ser convertida em eletricidade</p><p>por meio de aerogeradores (turbinas eólicas). No entanto, a eletricidade gerada pelos</p><p>aerogeradores é do tipo alternada e precisa ser retificada para ser utilizada de forma</p><p>eficiente.</p><p>Os retificadores não controlados são amplamente utilizados na conversão de energia</p><p>eólica, especialmente em sistemas de pequena escala. Eles são responsáveis por converter</p><p>a corrente alternada gerada pelos aerogeradores em corrente contínua, que pode ser</p><p>armazenada em baterias, alimentar diretamente cargas de corrente contínua ou mesmo</p><p>alimentar um barramento CC para alimentar um inversor de tensão para injetar energia</p><p>diretamente à rede elétrica. Esses retificadores são construídos com diodos e, por isso, não</p><p>exigem um circuito de controle para sua operação.</p><p>Por outro lado, os retificadores controlados, como o retificador de onda completa</p><p>controlado, têm a capacidade de ajustar a quantidade de energia convertida. Isso é possível</p><p>através do controle da fase de disparo dos dispositivos semicondutores, como tiristores,</p><p>utilizados nesses retificadores. Os retificadores controlados são mais comumente</p><p>encontrados em sistemas de geração de energia eólica em grande escala, em que o</p><p>controle preciso e a regulação de potência são essenciais.</p><p>Um diagrama de blocos pode ilustrar o sistema de geração de energia eólica, mostrando os</p><p>diferentes componentes e circuitos de potência envolvidos. Cada bloco representaria um</p><p>elemento-chave, como o gerador, o retificador, o inversor e o consumidor, que pode ser a</p><p>própria rede elétrica interligada no caso de sistemas on-grid. A Figura 1 apresenta um</p><p>exemplo de diagrama de blocos de um sistema de geração eólica conectado à rede, onde</p><p>cada bloco representa um circuito de potência específico.</p><p>Figura 1 - Diagrama de blocos do sistema de geração eólica</p><p>Fonte: o autor.</p><p>No sistema citado a energia cinética do vento é capturada pelo aerogerador e convertida em</p><p>energia elétrica alternada, comumente a partir de um gerador trifásico, representado no</p><p>diagrama por PMSG (do inglês, Permanent Magnet Synchronous Generator). Essa energia</p><p>é então retificada por meio de um retificador controlado, convertendo-a em corrente</p><p>contínua. A corrente contínua pode ser utilizada para alimentar um barramento CC para uso</p><p>posterior como um Inversor de tensão, para que seja adequada aos padrões da rede</p><p>elétrica, permitindo o uso eficiente da energia eólica gerada.</p><p>Atividade 1)</p><p>Uma vez que entendemos uma das aplicações mais importantes dos circuitos retificadores</p><p>controlados em sistemas de geração de energia eólica, iniciaremos analisando o</p><p>comportamento do principal dispositivo de um retificador controlado: O SCR. A Figura 2</p><p>mostra um circuito retificador em onda completa formado por 4 SCRs em ponte alimentando</p><p>uma carga R-L.</p><p>Figura 2 - Retificador monofásico controlado em ponte de SCRs</p><p>Fonte: adaptada de: HART, D. W. Eletrônica de potência: análise e projetos de circuitos.</p><p>São Paulo: McGraw Hill Brasil, 2016.</p><p>Nessa atividade você identificará a polaridade do dispositivo pelo esquemático e entenderá</p><p>as informações contidas na folha de dados (datasheet), verificando-as na prática. Para isso,</p><p>siga os passos descritos no roteiro acessível pelo LINK: CIRCUITOS COM TIRISTORES</p><p>(https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/circuitos-com-</p><p>tiristores.html), começando pela página 11 (ATIVIDADE 3).</p><p>Agora, responda às questões a seguir:</p><p>1.a) Quais as condições necessárias para que o SCR do experimento comece a conduzir?</p><p>1.b) Qual o valor da corrente máxima entre Gate e Catodo especificada para o SCR em</p><p>questão?</p><p>1.c) Qual o valor da corrente entre Anodo e Catodo, para que o SCR do experimento</p><p>mantenha a condução após a retirada do sinal de gate?</p><p>O próximo objetivo é verificar o funcionamento de um circuito com SCR, evidenciando as</p><p>condições para que o dispositivo inicie a condução e bloqueio da corrente. Para isso,</p><p>proceda a montagem do circuito da Figura 8 da página 12 do roteiro destacado. A</p><p>Figura 3 mostra este circuito, que deve ser feita a montagem.</p><p>Figura 3 - Circuito de acionamento SCR1 (LED e R1 em paralelo)</p><p>Fonte: o autor.</p><p>Após a montagem completa, responda às questões a seguir:</p><p>1.d) Quando pressionamos a botoeira NA, o que ocorre com o LED? Qual o valor da</p><p>corrente I1? (Faça a medição da corrente com o multímetro e apresente uma foto da</p><p>medição realizada).</p><p>1.e) Quando liberamos a botoeira, o que ocorre com o LED e por quê? Com qual valor de</p><p>corrente Ânodo-Cátodo os LEDs continuariam ligados mesmo sem ser acionada a botoeira?</p><p>ASSUNTO 2: PARTIDA SUAVE DE MOTORES DE INDUÇÃO</p><p>Os motores elétricos estão presentes na maioria dos processos industriais e em grande</p><p>parte desses processos há necessidade de partidas suaves ou controle de velocidade</p><p>durante a partida.</p><p>Com a evolução da eletrônica de potência, torna-se cada vez mais viável e prático o uso de</p><p>chaves eletrônicas de partida de motores. A partida suave de motores de indução, ou como</p><p>são comumente conhecidas as “soft-starter” são equipamentos eletrônicos utilizados como</p><p>chave de partida de ótimo desempenho.</p><p>As chaves de partida soft-starter são destinadas ao comando de motores de corrente</p><p>alternada ou contínua, assegurando a aceleração e desaceleração progressiva e permitindo</p><p>uma adaptação da velocidade às condições de operação.</p><p>A alimentação do motor, quando é colocado em funcionamento, é feita por aumento</p><p>progressivo de tensão, o que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de corrente.</p><p>Isso é obtido por meio de um conversor com tiristores em antiparalelo, montados de dois a</p><p>dois em cada fase da rede.</p><p>A Figura 4 mostra o diagrama de blocos de uma soft-starter modelo SSW07, do fabricante</p><p>WEG, onde é possível verificar os pares de SCR em conectados em cada fase.</p><p>Figura 4 - Diagrama de blocos da soft-starter WEG SSW-07</p><p>Fonte: https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h8f/h39/WEG-SSW07-user-manual-</p><p>0899.5832-en-es-pt.pdf. Acesso em: 5 jul. 2024</p><p>Atividade 2)</p><p>Agora que já conhecemos uma aplicação importante dos circuitos com SCR, analisaremos</p><p>o funcionamento de um circuito clássico para disparo do SCR: o oscilador de relaxação com</p><p>UJT.</p><p>Este circuito utiliza um Transistor de Unijunção para gerar os pulsos de disparo conectados</p><p>ao Gate do Tiristor. A frequência dos pulsos pode ser controlada a partir da carga/descarga</p><p>de um circuito RC, em que a combinação Resistência-Capacitância determina o tempo de</p><p>carregamento do capacitor e, consequentemente, os pulsos entregues ao gate do SCR a</p><p>partir do UJT</p><p>Para essa parte da atividade, utilizaremos como base o seguinte roteiro experimental:</p><p>ANÁLISE DE SINAIS DE UM CIRCUITO DE DISPARO DE TIRISTOR (UJT)</p><p>ALIMENTADOR</p><p>POR PONTE RETIFICADORA:</p><p>https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-sinais-circuito-</p><p>disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html.</p><p>Atividade experimental:</p><p>2.a) Primeiramente, com a bancada desenergizada e sem realizar nenhuma conexão, meça</p><p>os valores da capacitância C1, resistência R2 e o valor máximo de P utilizando o multímetro</p><p>digital.</p><p>C1</p><p>R2</p><p>P</p><p>2.b) Realize a montagem do circuito retificador não controlado para alimentação, conforme</p><p>o diagrama da Figura 5 a seguir e, em seguida, anote o valor médio da tensão entre Vdc+ e</p><p>Vdc-.</p><p>Figura 5 - Circuito retificador a diodos para alimentação do oscilador de relaxação</p><p>Fonte: https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-sinais-</p><p>circuito-disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html. Acesso em: 5 jul. 2024.</p><p>Tensão de alimentação (Vdc)</p><p>Realize a montagem do Oscilador de Relaxação ilustrado na Figura 6, utilizando a saída do</p><p>retificador à diodos como alimentação.</p><p>Figura 6 - Circuito oscilador de relaxação com UJT</p><p>Fonte: https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-sinais-</p><p>circuito-disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html. Acesso em: 5 jul. 2024.</p><p>Utilizando o osciloscópio digital, efetue a medição da tensão sobre o capacitor C1 (CH1) e a</p><p>tensão no primário do transformador de pulso TP (CH2). Em seguida, responda:</p><p>2.c) Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e a frequência da tensão</p><p>no capacitor C1? Justifique.</p><p>2.d) Qual a relação entre a tensão em C1 e no primário de TP? Justifique.</p><p>Posicione o potenciômetro P no valor mínimo e verifique o formato da onda no canal 1. Em</p><p>seguida, posicione o potenciômetro no valor máximo e repita a análise.</p><p>2.e) Qual a relação entre as formas de onda dos canais 1 e 2? (Apresente uma foto da</p><p>tela do osciloscópio com os sinais observados).</p><p>2.f) Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e o valor eficaz da tensão</p><p>na carga? Justifique a sua resposta.</p><p>2.g) Houve alteração na potência absorvida pela lâmpada a partir da alteração do valor do</p><p>potenciômetro?</p>