ATIVIDADE 1 - EELE - ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - 53_2025

ATIVIDADE 1 - EELE - ELETRÔNICA DE POTÊNCIA - 53_2025

ATIVIDADE DE ESTUDO 1 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – Modulo 53/2025

​Instruções:

- Esta é uma atividade de entrega INDIVIDUAL.

- Trabalhos com cópias indevidas integrais ou parciais de outros alunos ou da Internet terão desconto na nota final.

- ​A sua resolução deve ser feita utilizando um documento de texto, pois ao final da sua atividade, você irá entregar apenas UM ARQUIVO com suas respostas. O arquivo a ser entregue deve ser dos formatos DOC / DOCX ou PDF. ​

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​- Se você fez a atividade (ou parte dela) a mão, você deve digitalizar ou tirar fotos da sua atividade e colocar estas imagens dentro do seu arquivo de resposta que será entregue​.

​- ​O arquivo de resposta preenchido pode ter quantas páginas você precisar para respondê-lo.

- Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento de envio.​

- Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que você está enviando o arquivo correto! É a atividade da disciplina certa? Uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue.

Boa atividade!

Prof. Igor Henrique N. Oliveira

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Contextualização

Nas primeiras unidades de Eletrônica de Potência tratamos de estudar os conceitos básicos de circuitos chaveados quando calculamos a potência perdida na transferência entre fonte e carga. Em seguida, discutimos os circuitos conversores básicos de CA para CC, os chamados retificadores, que podem ser controlados ou não controlados.

Controle da temperatura de um forno industrial

Considere que o diagrama a seguir, ilustrado na Figura 1, representa o circuito de potência simplificado de um forno elétrico, onde a energia absorvida pelo resistor de carga é transformada em calor. Consideraremos a resistência como linear, visando analisar o circuito de controle e a transferência de potência entre a fonte (Vs) e a carga (RL).

Figura 1: Controle de Temperatura de um forno industrial

Fonte: o autor.

Considere que Vs representa uma fonte de tensão CC, VRL é a tensão entre os terminais do resistor. VDS representa a tensão entre os terminais principais de uma chave estática de potência, Q1, que por sua vez é comandada por um gerador de sinal PWM conectado ao terminal de controle da chave. IRL representa a corrente no resistor de carga.

Os dados de operação do circuito são:

Considere agora que uma chave REAL será utilizada no circuito. Isso significa que ela apresentará perdas durante o funcionamento do circuito. O modelo escolhido foi o transistor MOSFET CANAL N STB7NK80Z. Algumas características deste componente estão mostradas na Tabela 1.

Tabela 1:

Na Tabela 1 estão apresentados os valores de tempo de abertura (tSWon) e fechamento (tSWoff), o limite de tensão entre Dreno e Source (VDSmáx), a queda de tensão em condução (VDSon), a corrente de fuga (ILeak) e a potência máxima permitida para esta chave (Pmáx).

1 a) Conhecendo os parâmetros da chave, calcule a potência média dissipada na chave Q durante o estado ligado.

1 b) Calcule a potência média dissipada na chave durante o estado bloqueado.

1 c) Calcule a potência máxima dissipada durante a ligação da chave.

1 d) Calcule a Potência Média Total dissipada na chave em relação ao ciclo de chaveamento.

2. Um retificador monofásico da Figura 3, onde os quatro diodos formam uma ponte completa alimentando a carga RL genérica.

Figura 3 – Circuito Retificador Monofásico com carga RL

Fonte: o autor.

Dados do circuito:

D1, D2, D3, D4:      Diodos ideais;

Vs: Fonte de tensão monofásica da rede elétrica.

R: Componente resistiva da carga, cujo valor é de 5 Ω;

L: Componente indutiva da carga, cujo valor é de 7,5 mH.

1. a) Se considerarmos os diodos como chaves ideais, qual o valor médio de tensão na carga se o valor máximo da tensão monofásica é de 150 V em 50 Hz?
2. b) Qual o valor médio de corrente na carga considerando a mesma situação do item a)?
3. c) Qual o valor da potência, em Watts, absorvida pela carga RL?

Obs: Considere a 4ª ordem como a maior da série.

3. Você foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eólico deve alimentar um banco de baterias. A tensão de saída do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condições de vento e carga. Caso a potência drenada da máquina esteja abaixo da capacidade, a rotação da turbina tende a aumentar e, consequentemente, a tensão nos seus terminais também aumenta. De forma análoga, se a potência drenada for acima da capacidade, a rotação tende a diminuir juntamente com a tensão.

Considerando que o banco de baterias resulta num barramento de 220 Vcc e o objetivo de que, ao menor valor de tensão de operação disponível no gerador, o carregamento da bateria já aconteça, responda às questões a seguir considerando as chaves estáticas como ideais.

1. a) A partir dos modelos de conversores cc-cc que você conheceu no curso de eletrônica de potência, quais das topologias se adequam a este projeto? Justifique.
2. b) Considerando que a topologia escolhida é a BOOST, calcule os valores máximos e mínimos de razão cíclica para transferir 10 kW do gerador para o banco de baterias
3. c) Desprezando as perdas na chave e nos elementos passivos, calcule a corrente média na entrada do conversor quando o gerador fornece a potência máxima.
4. d) Considere que a bateria pode ser representada por uma impedância puramente resistiva de 20 Ω. Calcule o valor médio da indutância L do conversor Boost quando a tensão do barramento estiver em 110 V e a tensão da bateria estiver regulada em 220 V, mantendo 5% de ondulação sobre o valor médio de corrente no indutor. A frequência do conversor é 10 kHz.

As respostas para esse trabalho você encontra nos sites Apoio Acadêmico, Integrare Academy e Colaborar Portfólios.