2º Relatório Eletrônica de Potência I

Prévia do material em texto

PONTIFÍCIA​ ​UNIVERSIDADE​ ​CATÓLICA​ ​DE ​ ​MINAS​ ​GERAIS 
Instituto​ ​Politécnico​ ​da​ ​Universidade​ ​Católica​ ​–​ ​IPUC 
Engenharia​ ​Eletrônica​ ​e​ ​de​ ​Telecomunicação 
Laboratório​ ​de​ ​Eletrônica​ ​de​ ​Potência​ ​I 
 
 
 
 
 
Brena​ ​dos​ ​Reis​ ​Felipe 
Lívia​ ​Esther​ ​de​ ​Moura​ ​Silva 
 
 
 
 
 
 
 
 
PRÁTICA​ ​02​ ​-​ ​RETIFICADOR​ ​MONOFÁSICO​ ​DE ​ ​MEIA ​ ​ONDA ​ ​NÃO 
CONTROLADO​ ​ALIMENTANDO​ ​CARGA ​ ​R+L​ ​E​ ​R+L+E 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Belo​ ​Horizonte 
Setembro​ ​de​ ​2017 
OBJETIVOS 
● Analisar através de montagem e simulação o circuito retificador monofásico 
não controlado de meia-onda alimentando carga R+L, R+L+E, e com diodo 
de ​ ​“roda-livre”. 
● Determinar​ ​os​ ​principais​ ​parâmetros​ ​de​ ​desempenho​ ​do​ ​retificador. 
 
MATERIAL 
● Módulo​ ​03 
● Módulo​ ​8840 
● Módulo​ ​06 
● Varivolt 
 
EQUIPAMENTO 
● Osciloscópio​ ​TDS​ ​220 
● Microcomputador 
 
TEMPO​ ​PREVISTO​ ​PARA​ ​EXECUÇÃO 
06 ​ ​H/A 
 
AVALIAÇÃO 
Valor:​ ​​3,0​ ​pontos 
 
CRITÉRIOS: 
● Utilização correta do osciloscópio para observação simultânea de 
oscilogramas; 
● Respostas ​ ​às​ ​questões​ ​propostas. 
 
CIRCUITO​ ​EXPERIMENTAL ​ ​1 
 
Transformador: ​Utilizar um transformador de força do módulo 8840 com a seguinte 
ligação: 
 
No enrolamento secundário do transformador, temos 24 V rms, portanto o 
V​MAX​ ​​=​ ​33,94​ ​V 
 
R=220 ; L= Enrolamento secundário de um transformador ou enrolamento deΩ 
saída ​ ​do​ ​varivolt 
 
PROCEDIMENTO​ ​PRÁTICO 
OBJETIVO​ ​1:​ ​FUNCIONAMENTO​ ​DO​ ​CIRCUITO 
 
1. Montar​ ​o ​ ​circuito ​ ​experimental ​ ​1 
2. Observar utilizando o osciloscópio e fazer a aquisição simultânea das formas 
de ​ ​ondas: 
● Tensão​ ​média​ ​na​ ​carga,​ ​V​OMED 
● Corrente​ ​média ​ ​na ​ ​carga,​ ​I​OMED 
● Corrente​ ​média ​ ​no ​ ​diodo,​ ​I​D 
● PIV​ ​aplicada​ ​ao​ ​diodo 
 
3. Complete​ ​a​ ​tabela​ ​a​ ​seguir: 
 
 VALORES ​ ​MEDIDOS 
sem​ ​indutor​ ​-​ ​com​ ​indutor 
VALORES​ ​CALCULADOS 
sem​ ​indutor​ ​-​ ​com​ ​indutor 
V​OMED 14,1​ ​V​ ​-​ ​13,8​ ​V 10,80​ ​V​ ​-​ ​10,11​ ​V 
I​OMED 45,0​ ​mA​ ​-​ ​41,1​ ​mA 49,11mA​ ​-​ ​45,95mA 
PIV 34,4​ ​V​ ​-​ ​34,4​ ​V 33,94​ ​V​ ​-​ ​33,94​ ​V 
I​D 45,0​ ​mA​ ​-​ ​41,1​ ​mA 49,11mA​ ​-​ ​45,95mA 
 
VALORES​ ​CALCULADOS: 
 
Sem​ ​indutor 
V​OMED​​ ​=​​ ​ =​0,318V​MAX​​ ​​=​ ​​10,80​ ​Vπ
V MAX 
 
I​OMED​ ​= =​ ​​49,11​ ​mA
R
V OMED = 220
0,318V MAX 
 
PIV​ ​​=​ ​V ​MAX​ ​​=​​ ​33,94​ ​V 
 
I ​D​ ​​= =​ ​​49,11​ ​mA
R
V OMED = 220
0,318V MAX 
 
 
Com​ ​indutor 
 
V​OMED​​ ​= (1-2π
V MAX )cos θc 
 
 
-​ ​​ ​60º 3 160 
​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ -​ ​​ ​ ​ ​​ ​​ ​​ ​ ​ ​ ​ ​=​ ​1,360​ ​ms θ x tΔ → tΔ 
​ ​ =​ ​29,376º θ x 
 
c 80° 9, 76° 09, 76º θ = 1 + 2 3 = 2 3 
 
V​OMED​​ ​=​ ​​10,11​ ​V 
 
I​OMED​ ​=​​ ​ =​​ ​ =​ ​​45,95​ ​mAR
V OMED
220
10,11
 
 
PIV​​ ​=​ ​​33,94​ ​V 
 
I​D​​ ​​=​​ ​ = ​ ​ =​ ​​45,95​ ​mAR
V OMED
220
10,11
 
 
Formas​ ​de​ ​onda 
 
Forma ​ ​de ​ ​onda​ ​do​ ​experimento​ ​sem​ ​indutor 
 
CH1:​ ​corrente​ ​na​ ​carga ​ ​(tensão​ ​em​ ​um​ ​resistor​ ​de​ ​1​ ​ohm​ ​em​ ​série​ ​com​ ​a​ ​carga) 
CH2​ ​:​ ​tensão​ ​na​ ​carga​ ​R 
Forma ​ ​de ​ ​onda​ ​do​ ​experimento​ ​com​ ​indutor 
 
CH1:​ ​corrente​ ​na​ ​carga ​ ​(tensão​ ​em​ ​um​ ​resistor​ ​de​ ​1​ ​ohm​ ​em​ ​série​ ​com​ ​a​ ​carga) 
CH2 ​ ​:​ ​tensão​ ​na​ ​carga​ ​R+L 
 
QUESTÕES 
1. Observando ​ ​os​ ​valores​ ​medidos​ ​e​ ​os​ ​valores​ ​calculados,​ ​compare-os 
procurando​ ​justificar​ ​as​ ​possíveis​ ​discrepâncias 
 
Algumas discrepâncias se devem ao fato de que o sinal na tela do 
osciloscópio não está perfeitamente filtrado, apresentando alguns ruídos, o 
que compromete as medidas. Outra justificativa é que os valores calculados 
consideram os parâmetros dos componentes como valores exatos, quando a 
realidade ​ ​esses​ ​parâmetros​ ​apresentam​ ​alguns​ ​desvios. 
 
2. Determine​ ​o​ ​valor​ ​da ​ ​indutância​ ​L​ ​utilizada​ ​nesta​ ​prática 
 
​ ​rctg 180º 9, 76º a ( RX L ) = + 2 3 123, 42 → XL = 8 
​ ​=​ ​2 L​ ​=​ ​0,3285​ ​H​ ​=​ ​328,50​ ​mHXL fLπ → 
 
 
OBJETIVO​ ​2:​ ​COMPORTAMENTO​ ​COM​ ​DIODO​ ​DE ​ ​“RODA-LIVRE” 
 
1. Insira um diodo em paralelo com a carga para fazer a função de “roda-livre” 
conforme​ ​o​ ​circuito​ ​abaixo 
 
2. Observar utilizando o osciloscópio e fazer a aquisição ​simultânea das 
seguintes​ ​formas​ ​de​ ​ondas: 
● Tensão​ ​na​ ​carga 
=​​ ​10,15​ ​VV OMED 
● Corrente​ ​na​ ​carga 
=​​ ​45,1​ ​mAIOMED 
● Corrente​ ​em​ ​DP 
=​ ​​45,1​ ​mAIOMED 
● Corrente​ ​em​ ​DRL 
=​ ​​46,6​ ​mA​​ ​(valor​ ​máximo)IDRL 
 
 
 
 
 
 
 
Formas​ ​de​ ​onda 
 
CH1:​ ​corrente ​ ​no​ ​diodo ​ ​principal​ ​e​ ​na​ ​carga​ ​(tensão​ ​em​ ​um​ ​resistor​ ​de​ ​1​ ​ohm​ ​em 
série​ ​com​ ​o​ ​diodo​ ​principal) 
CH2​ ​:​ ​tensão​ ​na​ ​carga 
 
 
CH1:​ ​corrente ​ ​no​ ​diodo ​ ​principal​ ​e​ ​na​ ​carga​ ​(tensão​ ​em​ ​um​ ​resistor​ ​de​ ​1​ ​ohm​ ​em 
série​ ​com​ ​o​ ​diodo​ ​principal) 
CH2​ ​:​ ​corrente​ ​no​ ​diodo​ ​“roda-livre”​ ​(tensão​ ​em​ ​um​ ​resistor​ ​de​ ​1​ ​ohm​ ​em​ ​série​ ​com 
o​ ​diodo​ ​de​ ​roda-livre) 
Tempo ​ ​de​ ​comutação​ ​do​ ​diodo​ ​principal 
 
 
Tempo​ ​total​ ​de​ ​comutação​ ​dos​ ​diodos 
 
 
3. Varie​ ​a​ ​indutância​ ​e ​ ​observe​ ​as​ ​formas​ ​de​ ​ondas​ ​do​ ​item​ ​anterior. 
4. Verifique a “comutação” dos diodos observando simultaneamente as formas 
de ​ ​onda ​ ​de ​ ​corrente, ​ ​ e​ ​ ​ ​atuando​ ​na​ ​base​ ​de​ ​tempo​ ​do​ ​osciloscópio.IDP IDR 
 
QUESTÕES 
1. Relate ​ ​sua​ ​observações​ ​a​ ​respeito​ ​do​ ​item​ ​3 
 
A tensão na carga não se altera porque o diodo de roda livre garante que a 
retificação​ ​do​ ​sinal​ ​se ​ ​limite​ ​ao​ ​semiciclo​ ​positivo​ ​da​ ​senóide. 
A corrente em diminui à medida que a indutância diminui e aumenta DRL 
quando a indutância aumenta, pois, a corrente que circula no diodo de 
“roda-livre” é diretamente proporcional à capacidade do indutor de armazenar 
corrente. A corrente em e na carga aumenta quando a indutância DP 
diminui e diminui quando a indutância aumenta, pois, essa corrente é 
inversamente proporcional à impedância do circuito que varia quando a 
indutância​ ​varia. 
 
2. Determine​ ​o​ ​tempo​ ​total ​ ​de​ ​comutação​ ​dos​ ​diodos 
 
O tempo total de comutação dos diodos é de 130 s, tempo no qual o diodo μ 
principal leva para deixar de conduzir e o tempo que o diodo “roda-livre” 
começa​ ​a ​ ​conduzir. 
 
3. Determine​ ​o​ ​tempo​ ​de​ ​recuperação​ ​reversa​ ​do​ ​diodo​ ​principal 
 
O tempo de recuperação reversa do diodo principal é 40 s, este é o tempo μ 
que o diodo leva para ir do estado de condução para o estado de 
não-condução. 
 
OBJETIVO​ ​3:​ ​FUNCIONAMENTO​ ​DO​ ​CIRCUITO​ ​ALIMENTANDO​ ​CARGA​ ​R+L+E 
 
1. Utilizando o SYSTEM VISION desenhe o circuito experimental com carga 
R+L+E ​conforme circuito abaixo. Utilize o valor da indutância determinado no 
procedimento ​ ​prático, ​ ​E=5​ ​volts​ ​e​ ​demais ​ ​valores​ ​do​ ​circuito​ ​experimental​ ​1. 
 
 
Circuito​ ​esquemático 
 
 
2. Simule​ ​o​ ​circuito​ ​obtendo​ ​as​ ​seguintes​ ​formas​ ​de​ ​ondas: 
● Tensão​ ​na​ ​carga 
●Corrente​ ​na ​ ​carga 
● Tensão​ ​sobre​ ​o​ ​diodo 
 
Formas​ ​de​ ​onda 
 
● tensão​ ​de​ ​entrada 
● tensão​ ​na​ ​carga 
● corrente​ ​na​ ​carga 
● tensão​ ​sobre ​ ​o​ ​diodo​ ​Dp 
 
3. Ainda ​ ​utilizando​ ​o ​ ​software,​ ​obtenha​ ​os​ ​valores​ ​de: 
● V​OMED 
​ ​V​OMED​​ ​=​ ​12,431​ ​V 
 
● I​OMED 
I ​OMED​​ ​=​ ​33,776​ ​mA 
 
● I​D 
I ​D​​ ​=​ ​​I​OMED​​ ​=​ ​33,776​ ​mA 
 
4. Varie a indutância (valores maiores e menores) utilizando uma análise 
paramétrica, ​ ​simulando​ ​o​ ​circuito​ ​e​ ​repetindo​ ​os​ ​itens​ ​2​ ​e​ ​3 
 
 
com​ ​L=​ ​3,283 ​ ​H​ ​(dez​ ​vezes​ ​maior​ ​que​ ​o​ ​valor​ ​da​ ​indutância) 
 
● tensão​ ​de​ ​entrada 
● tensão​ ​na​ ​carga 
● corrente​ ​na​ ​carga 
● tensão​ ​sobre ​ ​o​ ​diodo​ ​Dp 
 
V​OMED​​ ​=​ ​7,7576​ ​V 
I​D​=I​OMED​​ ​=​ ​12,534​ ​mA 
PIV ​ ​=​ ​97,4871​ ​V 
 
com​ ​L​ ​=​ ​32,83​ ​mH​ ​(um ​ ​décimo​ ​do​ ​valor​ ​da​ ​indutância) 
 
● tensão​ ​de​ ​entrada 
● tensão​ ​na​ ​carga 
● corrente​ ​na​ ​carga 
● tensão​ ​sobre ​ ​o​ ​diodo​ ​Dp 
 
V​OMED​​ ​=​ ​13,048​ ​V 
I​D​=I​OMED​​ ​=​ ​36,583​ ​mA 
PIV​ ​=​ ​38,985​ ​V 
 
5. Varie o E (valores maiores e menores) utilizando uma análise paramétrica, 
simulando ​ ​o​ ​circuito​ ​e​ ​repetindo​ ​os​ ​itens​ ​2​ ​e​ ​3 
 
 
com ​ ​E=20​ ​V​ ​(quatro​ ​vezes​ ​maior​ ​que​ ​o​ ​valor​ ​da​ ​bateria) 
 
● tensão​ ​de​ ​entrada 
● tensão​ ​na​ ​carga 
● corrente​ ​na​ ​carga 
● tensão​ ​sobre ​ ​o​ ​diodo​ ​Dp 
 
 
 
com ​ ​E=1,25​ ​V​ ​(um​ ​quarto​ ​do​ ​valor​ ​da​ ​bateria) 
 
● tensão​ ​de​ ​entrada 
● tensão​ ​na​ ​carga 
● corrente​ ​na​ ​carga 
● tensão​ ​sobre ​ ​o​ ​diodo​ ​Dp 
 
V​OMED​​ ​=​ ​10,377​ ​V 
I​D​=I​OMED​​ ​=​ ​41,485​ ​mA 
PIV ​ ​=​ ​49,7238​ ​V 
 
QUESTÕES 
 
1. Determine os ângulos de início de comutação ( ) e de corte ( ) do α β 
diodo 
 
 
-​ ​​ ​60º 3 160 
​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ -​ ​​ ​ ​ ​​ ​​ ​​ ​ ​ ​ ​ ​=​ ​412,37​ ​ s α tΔ → tΔ μ 
=​ ​8,91°=0,05 rad α π 
 
-​ ​​ ​60º 3 160 
​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​​ ​ -​ ​​ ​ ​ ​​ ​​ ​​ ​ ​ ​ ​ ​=​ ​9,1753​ ​ms β tΔ → tΔ 
​ ​=​ ​198,19º=1,1 radβ π 
 
 
2. Determine​ ​matematicamente​ ​os​ ​valores​ ​de​ ​V​OMED​ ​​e​ ​I​OMED 
 
(x) dx V OMED = 1T ∫
T
0
f = 12π dωt sen ωt dωt dωt[∫α0 E + ∫βα V MÁX + ∫2πβ E ] = 
 = 12π E α (− os β cos α) E (2π β )[ + V MÁX c + + − ] = 
= = 12π E (α π )[ + 2 − β) V (cos α os β+ MAX − c ] 
 = 2π
V MAX (α π[ EV MAX + 2 − β) (cos α os β)+ − c ] 
V OMED = 2π
V MAX a (α π[ + 2 − β) (cos α os β)+ − c ] 
 
onde​ ​ =a EV MAX 
 
=​ ​12,85​ ​VV OMED = 2π
24×√2 (0, 5π π[ 524×√2 0 + 2 − 1, π) (cos 0, 5π os 1, π)1 + 0 − c 1 ] 
 
=​ ​ = =​​ ​​35,67mAIOMED R
V − EOMED 
220
12,85−5
 
 
3. Relate suas observações a respeito das variações da indutância e do 
valor​ ​de​ ​E 
 
A indutância está relacionada com o regime transitório do sinal, então, 
quando diminuímos a indutância, o regime transitório é menor, levando a uma 
menor oscilação do sinal. Quando aumentamos a indutância, o regime 
transitório​ ​aumenta, ​ ​tornando​ ​o​ ​sinal​ ​mais​ ​oscilatório. 
O valor (E) da bateria está relacionado ângulos de início de comutação ( ) e α 
de ​ ​corte ​ ​( )​ ​do​ ​diodo, ​ ​que​ ​por​ ​definiçãoβ 
 
=arcsen​ ​α EV MAX
 
 
então se diminuirmos o valor de E, o ângulo de início de condução será 
menor, de forma equivalente, se aumentarmos E, o ângulo será maior. O α 
valor de também aumenta quando aumenta e diminui quando β α α 
diminui. Quando é menor, o valor médio da tensão e da corrente na carga α 
são maiores porque uma maior parte do semiciclo positivo do sinal de 
entrada estará presente na saída. Quando é maior, há uma piora na α 
retificação do sinal, ou seja, menor parte do semiciclo positivo do sinal de 
entrada​ ​estará​ ​presente​ ​na​ ​saída.