3 Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um_v5

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3. Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um
3. Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um banco debaterias. A tensao de saida do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condicoes de vento e carga. Casoa potencia drenada da maquina esteja abaixo da capacidade, a rotacao da turbina tende a aumentar e,consequentemente, a tensao nos seus terminais tambem aumenta. De forma analoga, se a potencia drenadafor acima da capacidade, a rotacao tende a diminuir juntamente com aContextualizacao Nas primeiras unidades de Eletronica de Potencia tratamos de estudar os conceitos basicos de circuitoschaveados quando calculamos a potencia perdida na transferencia entre fonte e carga. Em seguida,discutimos os circuitos conversores basicos de CA para CC, os chamados retificadores, que podem sercontrolados ou nao controlados. Controle da temperatura de um forno industrial Considere que o diagrama a seguir, ilustrado na Figura 1, representa o circuito de potencia simplificado deum forno eletrico, onde a energia absorvida pelo resistor de carga e transformada em calor. Consideraremosa resistencia como linear , visando analisar o circuito de controle e a transferencia de potencia entre a fonte(V ) e a carga (R ). s L 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 25 Figura 1 Controle de Temperatura de um forno industrial Fonte o autor. Considere que V representa uma fonte de tensao CC, V e a tensao entre os terminais do resistor. V representa a tensao entre os terminais principais de uma chave estatica de potencia, Q , que por sua vez ecomandada por um gerador de sinal PWM conectado ao terminal de controle da chave. I representa acorrente no resistor de carga. Os dados de operacao do circuito sao Considere agora que uma chave REAL sera utilizada no circuito. Isso significa que ela apresentara perdasdurante o funcionamento do circuito. O modelo escolhido foi o transistor MOSFET CANAL N STB7NK80Z.Algumas caracteristicas deste componente estao mostradas na Tabela 1. Tabela 1 s RL DS 1 RL 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 35 Na Tabela 1 estao apresentados os valores de tempo de abertura (t ) e fechamento (t ), o limite detensao entre Dreno e Source (V ), a queda de tensao em conducao (V ), a corrente de fuga (I )e a potencia maxima permitida para esta chave (P ). 1 a) Conhecendo os parametros da chave, calcule a potencia media dissipada na chave Q durante o estado ligado . 1 b) Calcule a potencia media dissipada na chave durante o estado bloqueado. 1 c) Calcule a potencia maxima dissipada durante a ligacao da chave. 1 d) Calcule a Potencia Media Total dissipada na chave em relacao ao ciclo de chaveamento. 2. Um retificador monofasico da Figura 3, onde os quatro diodos formam uma ponte completa alimentandoa carga RL generica. Figura 3 Circuito Retificador Monofasico com carga RL Fonte o autor. Dados do circuito D1, D2, D3, D4 Diodos ideais; Vs Fonte de tensao monofasica da rede eletrica. R Componente resistiva da carga, cujo valor e de 5 ; L Componente indutiva da carga, cujo valor e de 7,5 mH. SWon SWoff DSmax DSon Leak max 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 45 a) Se considerarmos os diodos como chaves ideais, qual o valor medio de tensao na carga se o valormaximo da tensao monofasica e de 150 V em 50 Hz b) Qual o valor medio de corrente na carga considerando a mesma situacao do item a) c) Qual o valor da potencia, em Watts, absorvida pela carga RL Obs Considere a 4a ordem como a maior da serie. 3. Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um banco debaterias. A tensao de saida do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condicoes de vento e carga. Casoa potencia drenada da maquina esteja abaixo da capacidade, a rotacao da turbina tende a aumentar e,consequentemente, a tensao nos seus terminais tambem aumenta. De forma analoga, se a potencia drenadafor acima da capacidade, a rotacao tende a diminuir juntamente com a tensao. Considerando que o banco de baterias resulta num barramento de 220 Vcc e o objetivo de que, ao menorvalor de tensao de operacao disponivel no gerador, o carregamento da bateria ja aconteca, responda asquestoes a seguir considerando as chaves estaticas como ideais. a) A partir dos modelos de conversores cc-cc que voce conheceu no curso de eletronica de potencia, quaisdas topologias se adequam a este projeto Justifique. b) Considerando que a topologia escolhida e a BOOST, calcule os valores maximos e minimos de razaociclica para transferir 10 kW do gerador para o banco de baterias c) Desprezando as perdas na chave e nos elementos passivos, calcule a corrente media na entrada doconversor quando o gerador fornece a potencia maxima. d) Considere que a bateria pode ser representada por uma impedancia puramente resistiva de 20 . Calculeo valor medio da indutancia L do conversor Boost quando a tensao do barramento estiver em 110 V e atensao da bateria estiver regulada em 220 V, mantendo 5% de ondulacao sobre o valor medio de correnteno indutor. A frequencia do conversor e 10 kHz.
3. Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um banco debaterias. A tensao de saida do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condicoes de vento e carga. Casoa potencia drenada da maquina esteja abaixo da capacidade, a rotacao da turbina tende a aumentar e,consequentemente, a tensao nos seus terminais tambem aumenta. De forma analoga, se a potencia drenadafor acima da capacidade, a rotacao tende a diminuir juntamente com aContextualizacao Nas primeiras unidades de Eletronica de Potencia tratamos de estudar os conceitos basicos de circuitoschaveados quando calculamos a potencia perdida na transferencia entre fonte e carga. Em seguida,discutimos os circuitos conversores basicos de CA para CC, os chamados retificadores, que podem sercontrolados ou nao controlados. Controle da temperatura de um forno industrial Considere que o diagrama a seguir, ilustrado na Figura 1, representa o circuito de potencia simplificado deum forno eletrico, onde a energia absorvida pelo resistor de carga e transformada em calor. Consideraremosa resistencia como linear , visando analisar o circuito de controle e a transferencia de potencia entre a fonte(V ) e a carga (R ). s L 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 25 Figura 1 Controle de Temperatura de um forno industrial Fonte o autor. Considere que V representa uma fonte de tensao CC, V e a tensao entre os terminais do resistor. V representa a tensao entre os terminais principais de uma chave estatica de potencia, Q , que por sua vez ecomandada por um gerador de sinal PWM conectado ao terminal de controle da chave. I representa acorrente no resistor de carga. Os dados de operacao do circuito sao Considere agora que uma chave REAL sera utilizada no circuito. Isso significa que ela apresentara perdasdurante o funcionamento do circuito. O modelo escolhido foi o transistor MOSFET CANAL N STB7NK80Z.Algumas caracteristicas deste componente estao mostradas na Tabela 1. Tabela 1 s RL DS 1 RL 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 35 Na Tabela 1 estao apresentados os valores de tempo de abertura (t ) e fechamento (t ), o limite detensao entre Dreno e Source (V ), a queda de tensao em conducao (V ), a corrente de fuga (I )e a potencia maxima permitida para esta chave (P ). 1 a) Conhecendo os parametros da chave, calcule a potencia media dissipada na chave Q durante o estado ligado . 1 b) Calcule a potencia media dissipada na chave durante o estado bloqueado. 1 c) Calcule a potencia maxima dissipada durante a ligacao da chave. 1 d) Calcule a Potencia Media Total dissipada na chave em relacao ao ciclo de chaveamento. 2. Um retificador monofasico da Figura 3, onde os quatro diodos formam uma ponte completa alimentandoa carga RL generica. Figura 3 Circuito Retificador Monofasico com carga RL Fonte o autor. Dados do circuito D1, D2, D3, D4 Diodosideais; Vs Fonte de tensao monofasica da rede eletrica. R Componente resistiva da carga, cujo valor e de 5 ; L Componente indutiva da carga, cujo valor e de 7,5 mH. SWon SWoff DSmax DSon Leak max 21072025, 1221 Unicesumar - Ensino a Distancia aboutblank 45 a) Se considerarmos os diodos como chaves ideais, qual o valor medio de tensao na carga se o valormaximo da tensao monofasica e de 150 V em 50 Hz b) Qual o valor medio de corrente na carga considerando a mesma situacao do item a) c) Qual o valor da potencia, em Watts, absorvida pela carga RL Obs Considere a 4a ordem como a maior da serie. 3. Voce foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eolico deve alimentar um banco debaterias. A tensao de saida do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condicoes de vento e carga. Casoa potencia drenada da maquina esteja abaixo da capacidade, a rotacao da turbina tende a aumentar e,consequentemente, a tensao nos seus terminais tambem aumenta. De forma analoga, se a potencia drenadafor acima da capacidade, a rotacao tende a diminuir juntamente com a tensao. Considerando que o banco de baterias resulta num barramento de 220 Vcc e o objetivo de que, ao menorvalor de tensao de operacao disponivel no gerador, o carregamento da bateria ja aconteca, responda asquestoes a seguir considerando as chaves estaticas como ideais. a) A partir dos modelos de conversores cc-cc que voce conheceu no curso de eletronica de potencia, quaisdas topologias se adequam a este projeto Justifique. b) Considerando que a topologia escolhida e a BOOST, calcule os valores maximos e minimos de razaociclica para transferir 10 kW do gerador para o banco de baterias c) Desprezando as perdas na chave e nos elementos passivos, calcule a corrente media na entrada doconversor quando o gerador fornece a potencia maxima. d) Considere que a bateria pode ser representada por uma impedancia puramente resistiva de 20 . Calculeo valor medio da indutancia L do conversor Boost quando a tensao do barramento estiver em 110 V e atensao da bateria estiver regulada em 220 V, mantendo 5% de ondulacao sobre o valor medio de correnteno indutor. A frequencia do conversor e 10 kHz.
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