Lista de Exercícios 2 (L2)

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1 1 ELETRÔNICA DE POTÊNICA II Professor: Marcio Luiz Magri Kimpara Lista de Exercícios 2 (L2) 1) Um inversor monofásico de meia-ponte alimenta uma carga resistiva R=10Ω e possui a tensão de entrada Vcc=220V. Para operação do inversor no modo onda quadrada, determinar: a) A tensão eficaz de saída na frequência da fundamental de 60Hz. b) A potência de saída. c) A tensão máxima de bloqueio de cada transistor. d) A distorção harmônica total THD. 2) Um inversor monofásico em ponte completa produz uma onda de saída em degrau conforme a figura abaixo para uma carga resistiva de 2Ω. Pede-se: Vo T 2 T 20 t(ms) a) Plotar as formas de onda para a corrente de saída (io), a tensão sobre a chave e a corrente da fonte de entrada; b) Determine a tensão eficaz (RMS) de saída; c) A potência entregue à carga; 3) Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga resistiva conectada em estrela com R=5Ω (por fase). A frequência do inversor é f=400hz e a tensão CC de entrada é de 220V. O inversor opera no modo de condução 180. Esboce as formas de onda da corrente em cada fase. 4) Seja o inversor monofásico em ponte abaixo, onde E=100V; f saída =60Hz; R=10Ω e L=25mH. Este inversor opera de modo a obter na saída uma onda quadrada. Pede-se: a) Qual a função dos diodos neste circuito? b) Representar graficamente em função do tempo as seguintes grandezas V 2, i 2 e V T1 5) Considere o inversor monofásico de ponto médio a seguir:

2 2 O comando dos interruptores é realizado do seguinte modo: Considere γ como variável de controle do valor eficaz da corrente da carga, assumindo valores compreendidos entre zero e π. Sendo E=100V; R=10Ω e L=25mH, encontre a tensão eficaz na carga para: a) γ=30 (π/6) b) γ=90 (π/2) 6) Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga ligada em Y com 10Ω de resistência por fase. A fonte de tensão DC é de 440 V e o inversor opera no modo de condução por 180º. Determine: a) A corrente da fonte b) A forma de onda para a corrente em uma das fases c) O valor RMS da tensão de fase na saída d) O valor RMS da tensão de linha na saída 7) Plote as três tensões de saída para o modo de condução por 180º de um inversor trifásico em ponte com uma carga resistiva ligada em Δ. 8) Um inversor trifásico alimentado por uma tensão de 120V, alimenta por sua vez, uma carga resistiva ligada em Y. Plote as tensões de linha e de fase usando um esquema de condução por 120º. Se a resistência de carga for de 10 Ω por fase, calcule o valor RMS das tensões e correntes de linha e de fase na saída. 9) Um inversor trifásico alimenta uma carga resistiva ligada em Y com 10 Ω por fase. A fonte CC é de 440V e o inversor opera no modo de condução por 120º. Determine: a) A corrente na fonte b) A potência absorvida pela carga c) O valor RMS da tensão de fase na saída d) O valor RMS da tensão de linha na saída

3 3 10) Um inversor trifásico alimenta uma carga resistiva ligada em Y com 10 Ω por fase. A fonte CC é de 500V e o inversor opera no modo de condução por 120º. Determine: a) O valor RMS da corrente de fase b) O valor RMS da corrente na chave c) A potência entregue a carga 11) Um inversor trifásico fonte de corrente alimenta uma carga R=2Ω em Y a partir de uma fonte de corrente constante de 10A. Este inversor é acionado com modo de condução 120. Esboce as formas de onda de corrente de fase e linha e determine os valores eficazes destas correntes. 12) Esboce como são obtidos os pulsos para as chaves quando se utiliza a modulação por largura de pulso (PWM) senoidal. 13) Dimensione os elementos para o filtro de saída LC passa baixa para um inversor monofásico fonte de tensão operando com índice de modulação M=0.7 e carga resistiva R=12Ω. A frequência de saída desejada é de 50Hz e a frequência de chaveamento vale 30kHz. Assuma um coeficiente de amortecimento de 0,9 para o filtro. TESTE SEU CONHECIMENTO - QUESTÕES DE CONCURSOS / ENADE * As questões a seguir foram retiradas exatamente como apareceram no caderno de questões dos concursos 1) (ENADE 2011) - Engenharia Grupo II QUESTÃO 36 Há algum tempo, para se ter um controle preciso de velocidade, eram utilizados os motores de corrente contínua. Entretanto, o emprego dessas máquinas acarretava elevados custos de manutenção e problemas nos comutadores e escovas. Com a evolução da eletrônica de potência, aliada à necessidade de aumento de produção e redução no consumo de energia elétrica, os conversores com operação de seis (6) pulsos e com modulação por largura de pulsos (PWM) senoidal se tornaram uma prática comum na indústria no acionamento de motores de indução. Isso principalmente nas aplicações em que o motor opera com velocidades estacionárias por longos períodos de tempo, ou seja, não é necessário um desempenho dinâmico ótimo. Inicialmente, como não havia chaves semicondutoras que operavam em alta frequência, surgiram os inversores de seis (6) pulsos. Nesses conversores, a tensão contínua de entrada é controlada pelo retificador de forma a variar a amplitude da tensão de saída. Assim, o inversor controla somente a frequência da tensão de saída. Posteriormente, surgiram os inversores com modulação por largura de pulsos (PWM), que operam com frequências elevadas e proporcionam controle simultâneo da amplitude e da frequência das tensões aplicadas à máquina. A evolução dos tradicionais conversores de 6 pulsos para os PWM senoidais trouxe alguns benefícios, podendo-se destacar: redução do conteúdo harmônico das tensões e correntes; redução das oscilações de conjugado; diminuição das perdas do motor. Considerando a utilização dessas duas formas de acionamento do motor de indução trifásico (6 pulsos e PWM senoidal), analise os seguintes sinais de tensão e corrente para uma das fases ilustrados abaixo.

4 4 Considerando essas formas de onda, é correto afirmar que os verdadeiros sinais de tensão e corrente, característicos do acionamento dos motores de indução trifásicos pelos conversores de 6 pulsos e PWM senoidal, são apenas aqueles apresentados nas figuras: A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) I, III e IV. E) II, III e IV. 2) (FUNDEP) - Concurso IF-SP - Professor - Eletrônica Em relação aos inversores PWM, é CORRETO afirmar que A) em um inversor modulado por largura de pulso, a forma da tensão de saída tem amplitude variável. B) em um inversor modulado por largura de pulso, a forma da tensão de saída tem amplitude constante. C) a largura do pulso de acionamento não determina a tensão de saída. D) a frequência de chaveamento não interfere na dissipação de calor pelos dispositivos semicondutores.

5 5 3) (CESGRANRIO) - Concurso Petrobrás Engenheiro (a) de Equipamentos Junior - Elétrica Considere um conversor tipo CC-CA em ponte completa monofásico conforme a figura acima, sendo acionado pela estratégia de chaveamento do tipo PWM bipolar. Nesta estratégia, a frequência da portadora triangular é de 1,8kHz e valor de pico de 10V, enquanto a tensão de controle senoidal possui frequência igual a 60Hz e valor de pico de 8V. Esse conversor apresenta quatro chaves controláveis (T A+, T A-, T B+ e T B- ) e seus respectivos diodos em antiparalelo (D A+, D A-, D B+ e D B- ). Adicionalmente, o conversor é alimentado por uma tensão CC constante Vd, e v o é a tensão de saída. Nessas condições, o índice de modulação de frequência (m f ) e o índice de modulação de amplitude (m a ) desse conversor são, respectivamente, A) 1,0 e 0,1 B) 10,8 e 0,8 C) 18,6 e 0,6 D) 30,0 e 0,8 E) 61,8 e 18 4) (CESGRANRIO) - Concurso CAIXA ECONÔMICA FEDERAL - Engenheiro - ÁREA 3: Engenharia Elétrica QUESTÃO 43 No manual de um no-break monofásico, consta a informação de que a tensão de saída do equipamento, quando operando em modo inversor, é do tipo SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), isto é, modulação por largura de pulso senoidal. O inversor é em ponte completa a IGBTs, os dois pares de chaves (IGBTs) são chaveados simultaneamente e de forma complementar, e a tensão do barramento de corrente contínua é igual a V CC. Então, para esse modo de operação, a forma de onda de dois períodos (2T) da tensão de saída, medida entre os polos fase e neutro da tomada de saída do equipamento, é

6 6 5) (FCC) - Concurso TRT 8ª Região (PA e AP) - Analista Judiciário - Engenharia Elétrica O inversor de frequência funciona basicamente como um A) conversor de tensão contínua positiva em tensão contínua negativa. B) conversor de tensão contínua em tensão alternada de frequência igual a 50 ou 60 Hz. C) conversor de tensão alternada de frequência igual a 50 ou 60 Hz em tensão contínua ajustável. D) gerador de tensão contínua de dupla polaridade. E) gerador de tensão alternada de frequência variável.