laboratório de eletrônica de potência

UFRJ
Universidade Federal do Rio de Janeiro
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA
DE POTÊNCIA
DEPARTAMENTO DE ELETROTÉCNICA - EP/UFRJ
Luis Guilherme B. Rolim
Richard M. Stephan
Walter I. Suemitsu
Maurício Aredes
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
DEPARTAMENTO DE ELETROTÉCNICA - EP/UFRJ
10 Semestre 2004
INFORMAÇÕES BÁSICAS:
A disciplina esta baseada em cinco experiências:
EXP1 - Conversores CC ⇒ CC (Buck e Boost)
EXP2 – Conversor Buck-Boost
EXP3 - Inversor Monofásico (Conversor CC ⇒ CA)
EXP4 - Retificador Monofásico Utilizando Transformador com Tap
Central (Conversor CA ⇒ CC)
EXP5 – Retificador Monofásico de Onda Completa
1- Todos os documentos sobre a bancada e as experiências estão no
site www.dee.ufrj/elepot. Os alunos deverão consultá-los antes das
experiências.
2- Não há preparatório por escrito, mas a teoria será cobrada no início
de cada aula.
3- A avaliação será feita com base na atuação de cada aluno no
laboratório, em relatórios e uma prova final.
4- A média dos relatórios terá peso 1 e a nota da prova final terá peso
2.
5- Os relatórios serão por grupo.
6- A prova final consistirá na montagem de uma experiência e será
individual.
7- O relatório de uma experiência deverá ser entregue antes do início
da experiência seguinte. Se o relatório não for entregue, não será
permitida a realização da experiência seguinte.
8- Se ao final do período alguma experiência deixar de ser realizada, a
nota relativa à mesma será 0.
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA Nº 1 - CONVERSORES CC ⇒ CC
Objetivos: Estudar e montar as configurações mais usuais de conversores CC-CC.
Montagem:
1) Monte o circuito “buck” com os componentes disponíveis no laboratório:
v0
Meça a tensão de saída v0.
2) Introduza agora um indutor em série com a carga resistiva. Meça a
tensão de saída e a corrente de carga. Aumente o valor de toff e entre
no modo de condução descontínuo de corrente.
3) Inclua um filtro como sugere a figura abaixo. Observe a tensão de saída.
v0
FILTRO
4) Comente e explique seus resultados.
5) Monte um conversor “boost”.
6) Alimente o motor CC do laboratório. Coloque em série com a armadura um indutor de 13,3 mH. Altere ton e toff para observar os regimes
de condução contínua e descontínua de corrente.
MATERIAL NECESSÁRIO
• Bancada de Eletrônica de Potência
• Fonte de Alimentação CC
• Motor CC
• Indutor de 13,3 mH
• Capacitância de 220µF e de 4000µF
• Resistor de 25,8 Ω
• Osciloscópio com memória
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA N º 2 – CONVERSOR BUCK- BOOST
Objetivo: Estudar um regulador buck-boost.
Circuito a ser estudado:
1) Monte o circuito da figura acima para uma carga puramente resistiva. Varie a freqüência de chaveamento e o ciclo de trabalho.
2) Obtenha a forma de onda da corrente no indutor, e da tensão e corrente na carga para as freqüências e ciclos de trabalhos do item anteriro.
3) Observe o “ripple” na tensão de saída.
4) Observe para quais ciclos de trabalho o conversor funciona no modo descontínuo e contínuo, observando o limite entre eles.
5) Observe em que condições o conversor funciona como Buck ou
Boost.
MATERIAL NECESSÁRIO:
•
•
•
•
•
•
•
Bancada de eletrônica de Potência;
Fonte de alimentação CC;
Indutor de 12,5mH;
Capacitor de 100µF;
Resistor de 258 Ω;
Diodo;
Osciloscópio.
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA Nº 3 - INVERSOR (CC ⇒ CA)
Objetivos: Estudar o inversor monofásico como preparação para o entendimento de inversores trifásicos e aplicações em acionamento de motores CA.
Montagem:
1) Monte o circuito inversor sugerido na figura abaixo:
v0
carga
2) Faça medidas da tensão de saída v0 para cargas com diferentes parcelas indutivas. Determine os períodos de condução do diodo e do transistor.
• Dica: coloque 3 indutores em série e vá curto-circuitando aos poucos.
3) Comente e explique seus resultados. Faça uma análise harmônica dos
sinais de tensão e corrente na carga.
4) Seria possível alimentar um motor CA monofásico, com capacitor
auxiliar de partida e chave centrífuga?
5) Justifique a quebra que ocorre na forma de onda da corrente.
• Dica: lembre-se que o indutor usado no laboratório tem núcleo de ferro.
MATERIAL NECESSÁRIO
• Bancada de Eletrônica de Potência
• Fonte Simétrica de Alimentação CC
• Motor CC
• 3 Indutores de 13,3 mH
• Osciloscópio com memória
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA Nº 4 - RETIFICADOR (CA ⇒ CC)
Objetivo: Estudar o circuito retificador monofásico.
1) Monte, com o auxílio da matriz de chaveamento disponível no laboratório, um retificador monofásico de onda completa a tiristores, com
transformador de tap central.
2) Verifique a necessidade do circuito de sincronização, invertendo, por
exemplo, os bornes de alimentação ou tomando como referência outra
fase da rede elétrica.
3) Para uma carga puramente resistiva, varie o ângulo de disparo dos
tiristores. Meça a tensão e a corrente na carga.
4) Repita o item anterior para cargas RL, com diferentes valores de indutâncias. Constate a existência dos modos de condução de corrente:
contínuo e descontínuo.
5) Coloque um indutor em série com a linha de alimentação CA. Constate o aparecimento de “notchs”de tensão tanto do lado CA quanto do
lado CC. Verifique que o “notch” só ocorre em condução contínua de
corrente.
6) Através de medições adequadas, verifique se as fórmulas aprendidas
no curso teórico representam razoavelmente a situação criada no laboratório.
•
~
LCARGA = 1 H (núcleo de ferro)
•
CARGA
RCARGA = 10 Ω, ou 25 Ω
Llinha CA = 2x13,3 mH
MATERIAL NECESSÁRIO
• Bancada de Eletrônica de Potência
•Transformador de tap central (120:30 V)
• Motor CC
• 2 Indutores de 13,3 mH (Llinha CA)
• 1 Indutor de 1H (Lcarga)
• Resistor de 25,8 Ω ou 10 Ω (Rcarga )
• Osciloscópio com memória
LABORATÓRIO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
EXPERIÊNCIA Nº 5 - RETIFICADOR DE ONDA COMPLETA
Objetivo: Estudar o retificador monofásico de onda completa
Circuito a ser estudado:
vs
~
Carga
1) Monte o circuito da figura acima
2) Com uma carga puramente resistiva, obtenha a forma de onda da
tensão na carga para vários valores de ângulo de disparo.
3) Com uma carga RL, obtenha as formas de onda de tensão e de corrente na carga para vários valores de ângulo de disparo
4) Observe o “notch”.
No relatório compare os resultados desta experiência com os da experiência 4.