4a Lista de Exercícios Chopper e Acionamentos CC

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GNE 211 – Eletrônica Industrial 
 
Profa Sílvia Costa Ferreira – Departamento de Engenharia 
 
 
Lista de Exercícios 
Chopper e Acionamentos CC 
 
Exercício 1 
Sobre os conversores CC/CC Responda: 
(a) Porque é interessante utilizar frequências de 
chaveamento elevadas nos conversores CC-CC? Quais 
são os fatores limitantes dessa frequência? 
(b) De acordo com as características dos principais 
transistores de potência, qual seria o mais indicado para 
cada uma dessas aplicações? 
 Fonte chaveada de um computador pessoal. 
 Máquina de lavar roupa industrial (considere um 
motor CC). 
 Veículo elétrico (baixa potência, baterias de 48 V). 
 Metrô (com motor CC). 
Exercício 2 
Os painéis fotovoltaicos apresentam uma curva de 
PotênciaXTensão para cada nível de irradiância solar conforme 
figura abaixo. 
 
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 mostrado abaixo 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. 
Painel 
solar
+
-
R
L
C
Ch
+
-
Vo
IoIs
D1
Vin
 
 
Para este sistema pede-se: 
(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)? 
Exercício 3 
Um chopper abaixador (buck) é utilizado para carregar um bateria 
de chumbo ácido. Sabe-se que o ciclo de carga desta bateria deve 
seguir a seguinte curva: 
 
Inicialmente, a bateria é carregada com corrente constante. Para 
tanto, a medida que a carga da bateria vai aumentando, é preciso 
aumentar a tensão aplicada em seus terminais, para manter a 
corrente constante. Em seguida, a bateria passa por uma fase onde 
a tensão aplicada aos seus terminais fica constante, e a corrente de 
carga reduz gradativamente. Sabendo-se que a tensão inicial de 
carga é igual a 5V e que a tensão da fonte CC de alimentação é de 
15V. Responda: 
(a) Desenhe a curva do duty cycle do conversor para esta 
aplicação. 
(b) Explique como esta carga pode ser controlada em malha 
fechada. Desenhe um diagrama em blocos com um 
controlador PI. 
Exercício 4 
Um chopper abaixador é utilizado para acionar uma carga RL e 
controlar a potência entregue a carga. Sabe-se que a Resistência da 
carga é igual 8[Ω] e a indutância é igual 8[mH]. A tensão de entrada 
do conversor é de 480[Vdc]. Para este circuito, pede-se: 
(a) A constante de tempo do circuito (τ = L/R) 
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Profa Sílvia Costa Ferreira – Departamento de Engenharia 
 
(b) Tempo de acomodação (regime permanente) (≈5 τ) 
(c) Desenhe as formas de onda de tensão e corrente para o 
chopper operando com duty cycle 50% e frequência de 
operação de 1kHZ. 
(d) Quais as possíveis modificações podem ser feitas nesse 
circuito para melhorar a filtragem da corrente? 
Exercício 5 
Considere o chopper elevador (boost) da Figura abaixo: 
 
(a) Desenhe os circuitos equivalentes para quando a chave 
está ligada e desligada. 
(b) Explique o seu princípio de funcionamento através da lei 
de Faraday das tensões induzidas. 
(c) Desenhe as formas de onda da corrente na fonte, 
corrente no diodo, corrente na chave e tensão na carga 
para o circuito operando com duty cycle de 30%. 
(d) Para este duty cycle, em quantos porcento a tensão de 
saída é elevada? 
(e) Explique porque a frequência de operação deste 
conversor não pode ser muito baixa. 
Exercício 6 
Um motor CC com excitação independente é alimentado por um 
conversor CC-CC, a partir de uma fonte CC de 600[V]. A resistência 
da armadura Ra = 0,05[Ω]. A constante do motor Kv= 1,527[V/A 
rad/s], a corrente média da armadura Ia = 250[A] e a corrente de 
campo é If=2,5[A]. Se o ciclo de trabalho do conversor CC-CC é de 
60% determine: 
(a) A Potência de entrada a partir da fonte. 
(b) A velocidade do motor 
(c) torque desenvolvido 
Exercício 7 
Um conversor CC-CC controla a velocidade de um motor com 
excitação independente. A resistência da armadura Ra = 0,04[Ω], a 
constante Kt =Kv = 1,527 V/A rad/s e a corrente nominal do campo 
é If = 2,5[A]. A tensão CC de entrada é de 600[V]. Para o caso em 
que é necessário manter o torque constante de Td = 547[Nm], faça 
o gráfico da velocidade do motor em função do ciclo de trabalho do 
conversor. 
(a) Qual a tensão mínima necessária para vencer a inercia do 
conjunto e colocá-lo em movimento? 
(b) Qual a velocidade máxima que pode ser desenvolvida 
para este torque e esta tensão de alimentação? 
Exercício 8 
Sobre o circuito do chopper para acionamento de motores, um dos 
circuitos mais comuns é conhecido como chopper de quatro 
quadrantes. Sobre esse circuito responda: 
(a) Desenhe a topologia do conversor. 
(b) Desenhe o circuito equivalente para operação no 
primeiro quadrante, para as chaves 1 e 4 ligada e 
desligada. 
(c) Desenhe o circuito equivalente para operação no quarto 
quadrante, para as chaves 2 e 3 ligadas e desligadas. 
(d) Explique porque o sentido de giro do motor muda do 
item (b) para o item (c). 
Exercício 9 
Sobre o chopper de dois quadrantes: 
(a) Desenhe a topologia do conversor. 
(b) Explique o funcionamento do conversor para um 
acionamento de 1º quadrante. (Circuito Equivalentes e 
princípio de funcionamento) 
(c) Explique o funcionamento do conversor para um 
acionamento de 2º quadrante. (Circuito Equivalentes e 
princípio de funcionamento) 
Exercício 10 
Um motor CC com excitação independente é alimentado por um 
conversor CC-CC, a partir de uma fonte CC de 900[V]. A tensão da 
armadura é de Va = 700V, a resistência da armadura Ra = 0,05[Ω]. 
A constante do motor Kt =Kv= 1,2[V/A rad/s]. A corrente média da 
armadura Ia = 150[A] e a corrente de campo é If=2[A] e Vf=600V. 
A velocidade do motor deve variar de zero até 120% da velocidade 
nominal, o motor deve operar nos dois sentidos de giro e a fonte 
de alimentação não é capaz de absorver energia devolvida pela 
carga. 
(a) Escolha os conversores do campo e da armadura; 
(Desenhe o circuito) 
(b) Defina como deve ser feito o controle das chaves do 
conversor da armadura para operação com sentido de 
giro direto e reverso. 
(c) Calcule o torque desenvolvido pela máquina. 
(d) Desenhe o gráfico do duty cycle do conversor da 
armadura x velocidade deste motor para operação de 
zero á 120% da velocidade nominal sentido de giro 
direto. 
(e) Desenhe o gráfico do duty cycle do conversor da campo 
x velocidade deste motor para operação de zero á 120% 
da velocidade nominal sentido de giro direto.