MAPA - ELETRONICA DE POTENCIA - 53_2024 ACAV

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M.A.P.A. 
ACADÊMICO: Adriano César Alves Vieira R.A.: 21043012-5 
CURSO: Engenharia Elétrica 
 DISCIPLINA: ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
 
ASSUNTO 1: RETIFICADORES EM SISTEMAS DE GERAÇÃO DE 
ENERGIA EÓLICA 
Os retificadores, tanto controlados quanto não controlados, 
desempenham um papel fundamental nos circuitos de geração de energia 
alternativa. A energia eólica, obtida a partir do vento, é uma fonte de energia 
limpa e renovável que pode ser convertida em eletricidade por meio de 
aerogeradores (turbinas eólicas). No entanto, a eletricidade gerada pelos 
aerogeradores é do tipo alternada e precisa ser retificada para ser utilizada de 
forma eficiente. 
Os retificadores não controlados são amplamente utilizados na 
conversão de energia eólica, especialmente em sistemas de pequena escala. 
Eles são responsáveis por converter a corrente alternada gerada pelos 
aerogeradores em corrente contínua, que pode ser armazenada em baterias, 
alimentar diretamente cargas de corrente contínua ou mesmo alimentar um 
barramento CC para alimentar um inversor de tensão para injetar energia 
diretamente à rede elétrica. Esses retificadores são construídos com diodos e, 
por isso, não exigem um circuito de controle para sua operação. 
Por outro lado, os retificadores controlados, como o retificador de 
onda completa controlado, têm a capacidade de ajustar a quantidade de 
energia convertida. Isso é possível através do controle da fase de disparo dos 
dispositivos semicondutores, como tiristores, utilizados nesses retificadores. 
Os retificadores controlados são mais comumente encontrados em sistemas de 
geração de energia eólica em grande escala, em que o controle preciso e a 
regulação de potência são essenciais. 
 
Um diagrama de blocos pode ilustrar o sistema de geração de energia 
eólica, mostrando os diferentes componentes e circuitos de potência 
envolvidos. Cada bloco representaria um elemento-chave, como o gerador, 
o retificador, o inversor e o consumidor, que pode ser a própria rede elétrica 
interligada no caso de sistemas on-grid. A Figura 1 apresenta um exemplo de 
diagrama de blocos de um sistema de geração eólica conectado à rede, onde 
cada bloco representa um circuito de potência específico. 
 
 
Figura 1 - Diagrama de blocos do sistema de geração eólica 
Fonte: o autor. 
 
No sistema citado a energia cinética do vento é capturada pelo 
aerogerador e convertida em energia elétrica alternada, comumente a partir de 
um gerador trifásico, representado no diagrama por PMSG (do 
inglês, Permanent Magnet Synchronous Generator). Essa energia é então 
retificada por meio de um retificador controlado, convertendo-a em corrente 
contínua. A corrente contínua pode ser utilizada para alimentar um barramento 
CC para uso posterior como um Inversor de tensão, para que seja adequada 
aos padrões da rede elétrica, permitindo o uso eficiente da energia eólica 
gerada. 
 
Atividade 1) Uma vez que entendemos uma das aplicações mais importantes 
dos circuitos retificadores controlados em sistemas de geração de energia 
eólica, iniciaremos analisando o comportamento do principal dispositivo de um 
 
retificador controlado: O SCR. A Figura 2 mostra um circuito retificador em 
onda completa formado por 4 SCRs em ponte alimentando uma carga R-L. 
 
 
Figura 2 - Retificador monofásico controlado em ponte de SCRs 
Fonte: adaptada de: HART, D. W. Eletrônica de potência: análise e 
projetos de circuitos. São Paulo: McGraw Hill Brasil, 2016. 
Nessa atividade você identificará a polaridade do dispositivo pelo 
esquemático e entenderá as informações contidas na folha de dados 
(datasheet), verificando-as na prática. Para isso, siga os passos descritos no 
roteiro acessível pelo LINK: CIRCUITOS COM TIRISTORES 
(https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/circuitos-com-
tiristores.html), começando pela página 11 (ATIVIDADE 3). 
Agora, responda às questões a seguir: 
1.a) Quais as condições necessárias para que o SCR do experimento comece a 
conduzir? 
 
RESPOSTA: 
 
Para que um SCR seja disparado, ele deve estar diretamente polarizado e um pulso de 
tensão positiva deve ser aplicado no gatilho (G). Este pulso de tensão deverá garantir uma 
corrente mínima IGT no terminal de gatilho. Além disto, para entrar em condução, o SCR 
deve conduzir uma corrente entre anodo e cátodo (IA) maior do que a corrente de retenção 
IH . De modo geral, temos: 
𝑉𝐺𝐾 ≥ 𝑉𝐺𝑇 
𝐼𝐺 ≥ 𝐼𝐺𝑇 
𝑉𝐴𝐾 ≥ 𝑉𝑇 
 
𝐼𝐴 ≥ 𝐼𝐻 
 
1.b) Qual o valor da corrente máxima entre Gate e Catodo especificada para o 
SCR em questão? 
 
RESPOSTA: 
 
Algumas informações disponibilizadas pelo Datasheet, temos os dados: 
 
 
A corrente máxima entre Gate e Catodo do SCR JCT825 : 
𝐼𝐺𝑇 𝑚𝑎𝑥 = 40 𝑚𝐴 
 
1.c) Qual o valor da corrente entre Anodo e Catodo, para que o SCR do 
experimento mantenha a condução após a retirada do sinal de gate? 
 
RESPOSTA: 
 
A corrente mínima entre Ânodo e Cátodo para que o SCR JCT825 mantenha a 
condução com o Gate aberto: 
𝐼𝐻 = 50 𝑚𝐴 
 
 
O próximo objetivo é verificar o funcionamento de um circuito com SCR, 
evidenciando as condições para que o dispositivo inicie a condução e bloqueio 
da corrente. Para isso, proceda a montagem do circuito da Figura 8 da página 
12 do roteiro destacado. A Figura 3 mostra este circuito, que deve ser feita a 
montagem. 
 
 
Figura 3 - Circuito de acionamento SCR1 (LED e R1 em paralelo) 
Fonte: o autor. 
 
Após a montagem completa, responda às questões a seguir: 
 
1.d) Quando pressionamos a botoeira NA, o que ocorre com o LED? Qual o valor 
da corrente I1? (Faça a medição da corrente com o multímetro e apresente 
uma foto da medição realizada). 
 
 
 
 
RESPOSTA: 
 
Quando pressionamos a botoeira NA, o circuito se fecha e a corrente passa, 
fazendo com que o LED acenda. A corrente I1 é o fluxo de elétrons que percorre o circuito 
quando a botoeira é pressionada, e seu valor pode ser medido com um multímetro. Para 
isso, o multímetro deve ser configurado para medir corrente (amperes) e conectado em 
série com o LED e a botoeira. Após pressionar a botoeira, o multímetro exibirá o valor 
de I1, que varia conforme a resistência do circuito e a fonte de alimentação. 
 
Corrente com o multímetro: 1,26 mA 
 
 
 
1.e) Quando liberamos a botoeira, o que ocorre com o LED e por quê? Com qual 
valor de corrente Ânodo-Cátodo os LEDs continuariam ligados mesmo sem ser 
acionada a botoeira? 
 
RESPOSTA: 
 
O LED apaga, pois o SCR necessita de uma corrente mínima (IH) entre anodo-
catodo para manutenção do modo de condução do SCR. Para que o LED continuasse 
aceso, de acordo com o datasheet, seria necessária uma corrente igual ou superior a 50 
mA, passando entre o anodo e catodo. 
 
 
 
 
 
ASSUNTO 2: PARTIDA SUAVE DE MOTORES DE INDUÇÃO 
 
Os motores elétricos estão presentes na maioria dos processos 
industriais e em grande parte desses processos há necessidade de partidas 
suaves ou controle de velocidade durante a partida. 
Com a evolução da eletrônica de potência, torna-se cada vez mais viável 
e prático o uso de chaves eletrônicas de partida de motores. A partida suave de 
motores de indução, ou como são comumente conhecidas as “soft-starter” são 
equipamentos eletrônicos utilizados como chave de partida de ótimo 
desempenho. 
As chaves de partida soft-starter são destinadas ao comando de 
motores de corrente alternada ou contínua, assegurando a aceleração e 
desaceleração progressiva e permitindo uma adaptação da velocidade às 
condições de operação. 
A alimentação do motor, quando é colocado em funcionamento, é feita 
por aumento progressivo de tensão, o que permite uma partida sem golpes e 
reduz o pico de corrente. Isso é obtido por meio de um conversor 
com tiristores em antiparalelo, montados de dois a dois em cada fase da rede. 
 
A Figura 4 mostra o diagrama de blocos de uma soft-starter modeloSSW07, do fabricante WEG, onde é possível verificar os pares de SCR em 
conectados em cada fase. 
 
 
 
Figura 4 - Diagrama de blocos da soft-starter WEG SSW-07 
Fonte: https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h8f/h39/WEG-SSW07-
user-manual-0899.5832-en-es-pt.pdf. Acesso em: 5 jul. 2024. 
 
Atividade 2) 
 
Agora que já conhecemos uma aplicação importante dos circuitos com 
SCR, analisaremos o funcionamento de um circuito clássico para disparo do 
SCR: o oscilador de relaxação com UJT. 
Este circuito utiliza um Transistor de Unijunção para gerar os pulsos de 
disparo conectados ao Gate do Tiristor. A frequência dos pulsos pode ser 
controlada a partir da carga/descarga de um circuito RC, em que a combinação 
Resistência-Capacitância determina o tempo de carregamento do capacitor e, 
consequentemente, os pulsos entregues ao gate do SCR a partir do UJT. 
Para essa parte da atividade, utilizaremos como base o seguinte roteiro 
experimental: ANÁLISE DE SINAIS DE UM CIRCUITO DE DISPARO DE 
TIRISTOR (UJT) ALIMENTADOR POR PONTE RETIFICADORA: 
https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-sinais-
circuito-disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html. 
 
 
 
 
Atividade experimental: 
 
2.a) Primeiramente, com a bancada desenergizada e sem realizar nenhuma 
conexão, meça os valores da capacitância C1, resistência R2 e o valor máximo 
de P utilizando o multímetro digital. 
C1 
R2 
P 
 
RESPOSTA: 
 
C1 Aproximadamente 22uF 
R2 Aproximadamente 620 Ohms 
P Aproximadamente 10k Ohms 
 
 
2.b) Realize a montagem do circuito retificador não controlado para alimentação, 
conforme o diagrama da Figura 5 a seguir e, em seguida, anote o valor médio da 
tensão entre Vdc+ e Vdc-. 
 
 
Figura 5 - Circuito retificador a diodos para alimentação do oscilador de 
relaxação 
 
Fonte: https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-
sinais-circuito-disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html. Acesso em: 5 
jul. 2024. 
R: 
 
Tensão de alimentação (Vdc) 
Aproximadamente 
11,931V 
 
 
 
Realize a montagem do Oscilador de Relaxação ilustrado na Figura 6, utilizando 
a saída do retificador à diodos como alimentação. 
 
 
 
Figura 6 - Circuito oscilador de relaxação com UJT 
 
Fonte: https://221322w.ha.azioncdn.net/Arquivo/ID/8051/experimentos/analise-
sinais-circuito-disparo-tiristor-alimentador-ponte-retificadora.html. Acesso em: 5 
jul. 2024. 
 
Utilizando o osciloscópio digital, efetue a medição da tensão sobre o capacitor 
C1 (CH1) e a tensão no primário do transformador de pulso TP (CH2). Em 
seguida, responda: 
 
 
 
 
2.c) Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e a frequência 
da tensão no capacitor C1? Justifique. 
 
RESPOSTA: 
 
Quanto maior a resistência do potenciômetro (P), maior será o tempo de carga 
do capacitor C1, e, portanto, menor será a frequência de oscilação. Isso ocorre porque o 
tempo de carga do capacitor C1 depende da constante de tempo do circuito, que é dada 
por τ=R×C onde R é a resistência total no caminho de carga do capacitor (incluindo o 
potenciômetro) e C é a capacitância de C1. O circuito apresentado é um oscilador de 
relaxação onde o SCR é disparado quando a tensão no capacitor C1 atinge o valor 
necessário para ativar o UJT. A frequência de oscilação f está inversamente relacionada 
ao tempo necessário para carregar o capacitor C1 até essa tensão de disparo. A fórmula 
básica que descreve a relação entre a frequência de oscilação f, a resistência R (incluindo 
o potenciômetro), e o capacitor C1 é: 
𝑓 =
1
𝑅 ∗ 𝐶1
 
Portanto, se aumentar a resistência R (potenciômetro), o tempo de carga do 
capacitor será maior, o que reduz a frequência de oscilação. Inversamente, ao reduzir a 
resistência R, o tempo de carga diminui e a frequência de oscilação aumenta. 
 
2.d) Qual a relação entre a tensão em C1 e no primário de TP? Justifique. 
Posicione o potenciômetro P no valor mínimo e verifique o formato da onda no 
canal 1. Em seguida, posicione o potenciômetro no valor máximo e repita a 
análise. 
 
RESPOSTA: 
 
No circuito de disparo com UJT mostrado na imagem, o capacitor C1 se carrega 
através do circuito RC (que inclui o potenciômetro). À medida que o capacitor se carrega, 
a tensão em seus terminais aumenta gradualmente. O UJT permanece em estado de corte 
até que a tensão em C1 atinja o ponto de disparo, que é a tensão necessária para ligar o 
UJT. Quando isso acontece, o UJT entra em condução, e uma rápida descarga do capacitor 
 
C1 ocorre através do UJT, permitindo a passagem de uma corrente significativa pelo 
primário. O primário do transformador é uma reatância indutiva, então uma descarga 
rápida de corrente, faz com que a tensão aumente entre os seus terminais. Em resumo, A 
tensão no capacitor C1 determina o momento de disparo do UJT. Quando o UJT dispara, 
ele permite que o capacitor C1 descarregue através do primário do transformador TP, 
aplicando um pulso de tensão a esse enrolamento. Portanto, a tensão no primário de TP é 
um reflexo direto da tensão em C1 quando o UJT entra em condução. 
 
2.e) Qual a relação entre as formas de onda dos canais 1 e 2? (Apresente uma 
foto da tela do osciloscópio com os sinais observados). 
 
RESPOSTA: 
 
Cada vez que a tensão no capacitor (azul) atinge o limiar de disparo e cai, ocorre 
um correspondente pulso de tensão no primário do transformador (amarelo). Isso mostra 
que o pulso no primário do transformador é diretamente resultado da descarga do 
capacitor através do UJT. 
 
Imagem: Sinais do capacitor (azul) e primário do transformador (amarelo) com o 
potenciômetro no valor mínimo 
 
 
Imagem: Sinais do capacitor (azul) e primário do transformador (amarelo) com o 
potenciômetro no valor máximo 
 
2.f) Qual a relação entre o valor da resistência do potenciômetro e o valor eficaz 
da tensão na carga? Justifique a sua resposta. 
 
RESPOSTA: 
 
O potenciômetro faz parte do circuito de carga do capacitor C1. Ao aumentar a 
resistência do potenciômetro, o tempo necessário para carregar o capacitor até a tensão 
de disparo do UJT (e, consequentemente, do SCR) aumenta. Como resultado, o intervalo 
entre os pulsos de disparo do SCR se alonga, diminuindo a frequência com que o SCR 
conduz corrente para a carga. A tensão eficaz na carga está relacionada à quantidade de 
tempo durante o qual o SCR permite a passagem de corrente em cada ciclo. Se o SCR 
conduz por um período maior do ciclo, a tensão eficaz na carga será maior. Quando o 
potenciômetro está em um valor baixo, o capacitor C1 carrega rapidamente, resultando 
em uma alta frequência de pulsos de disparo. Isso faz com que o SCR conduza com maior 
frequência, aumentando a tensão eficaz na carga. Caso o potenciômetro esteja com 
resistência, o SCR conduz menos frequentemente, o que reduz o valor eficaz da tensão 
na carga. 
 
 
 
 
2.g) Houve alteração na potência absorvida pela lâmpada a partir da alteração 
do valor do potenciômetro? 
 
RESPOSTA: 
 
Sim houve. A potência absorvida pela lâmpada é diretamente proporcional ao quadrado 
da tensão eficaz. Pode ser determinada pela equação (R é a resistência da lâmpada): 
𝑃𝑎𝑏𝑠 =
𝑉𝐸𝑓𝑖𝑐𝑎𝑧
2
𝑅
 
Ao aumentar a resistência do potenciômetro, a frequência diminui e consequentemente o 
valor eficaz. Isso faz a lâmpada absorver menos potência, o que diminui o seu brilho. 
Quando a resistência do potenciômetro diminui, a frequência aumenta fazendo aumentar 
o valor eficaz, o que aumenta a potência absorvida e o brilho da lâmpada.