Condicionamento Energia

Condicionamento de Energia
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possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado.
2
Sumário
Ementa .................................................................................................................... 7
UNIDADE 1 – Estabilizadores de Tensão e Proteção. .................................................. 8
1.1 - Introdução ................................................................................................................ 9
1.2 - Transformadores .................................................................................................... 18
1.3 - Relés ....................................................................................................................... 21
1.4 - Fusíveis ................................................................................................................... 24
1.5 - NTC e PTC ............................................................................................................... 26
1.6 – Disjuntores ............................................................................................................. 27
UNIDADE 2 - Fontes Lineares e Chaveadas .............................................................. 28
2.1 - Introdução .............................................................................................................. 29
2.2 - Fontes Lineares ....................................................................................................... 29
2.3 - Fontes Chaveadas ................................................................................................... 31
2.4 - Retificadores monofásicos ..................................................................................... 33
2.5 - Retificadores trifásicos ........................................................................................... 39
2.6 - Reguladores de tensão linear ................................................................................. 43
2.7 - Chopper .................................................................................................................. 47
2.8 - Conversor Buck ....................................................................................................... 48
2.9 - Conversor Boost ..................................................................................................... 51
UNIDADE 3 - No-break ............................................................................................ 55
3.1 - Introdução .............................................................................................................. 56
3.2 – Topologias .............................................................................................................. 57
3.3 - By-pass e chave estática ......................................................................................... 60
3.4 – Conversor CC/CA.................................................................................................... 61
3.5 - Carregador .............................................................................................................. 63
3.6 - Formas de onda ...................................................................................................... 65
3.7 - Potência de saída de um no-break ......................................................................... 67
UNIDADE 4 - Tópicos Especiais em Manutenção de Equipamentos de Eletrônica de
Potência ................................................................................................................. 68
3
4.1 - Introdução .............................................................................................................. 69
4.2 - Atividades Básicas .................................................................................................. 69
4.3 - Testando componentes .......................................................................................... 71
4.4 - Manutenção em Fontes de Alimentação ............................................................... 78
4.5 – Solução de Problemas em No-Break ................................................................... 80
4.6 - Precauções.............................................................................................................. 84
UNIDADE 5 - Normas Técnicas ................................................................................ 85
5.1 - Classificação de equipamento quanto à proteção ................................................. 86
5.2 - Índice de proteção de equipamentos elétricos...................................................... 87
5.3 - Interferência Eletromagnética ............................................................................... 90
Referências Bibliográficas ....................................................................................... 91
4
UNIDADE 1 – Estabilizadores de Tensão e Proteção.
8
1.1 - Introdução
De acordo com Pedro Al Shara, diretor presidente da empresa TS Shara, o Brasil é
hoje o maior fabricante de estabilizador do mundo com base instalada de cerca de 47
fabricantes espalhados de norte ao sul do país. O mercado de estabilizadores começou
no Brasil em 1941 com a falha e má qualidade de energia elétrica. Algumas empresas
começaram a importar os produtos, mais tarde começaram a aparecer fabricantes
locais e desde aquele tempo estima-se que foram fabricados 100 milhões de
estabilizadores, hoje a média é em torno de 4 milhões por ano.
Veja o texto completo de Pedro Al Shara em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Estabilizador/
Os estabilizadores são equipamentos eletrônicos responsáveis por corrigir a
tensão da rede elétrica para fornecer aos equipamentos uma alimentação estável e
segura [1]. Eles protegem os equipamentos contra sobretensão, subtensão e
transientes.
Existem vários tipos de estabilizadores, vários projetos diferentes. No entanto, o
princípio de funcionamento é o mesmo para manter a tensão na carga. Utilizam em sua
construção componentes tais como transformador, relés, fusíveis, comparadores,
resistores, etc. Alguns destes componentes serão estudados separadamente para
melhor entendimento do equipamento.
Funcionamento
O estabilizador baseia no princípio de funcionamento do
transformador para manter a tensão na carga o mais próxima do
nominal. Com o transformador de vários tapes de saída, sendo
que alguns tapes possuem número de espiras menor do que a do
primário e alguns maiores. Quando a tensão no primário diminui,
um relé muda a conexão de saída para um tape com número de
espiras maior do que a do primário. Se a tensão do primário
diminuir, um relé muda a saída para um tape com número de
espiras menor do que a do primário.
A Figura 1.1 ilustra o diagrama típico de um estabilizador.
Figura 1.1 – Diagrama típico de um estabilizador (fonte [2]).
9
A maioria dos estabilizadores tem uma função óbvia: permitir que você conecte
múltiplos componentes em uma tomada de força. Com todos os componentes
diferentes que compõem um sistema de computador, este é definitivamente um
dispositivo bastante útil [3]. Um estabilizador de energia possui outra função
extremamente importante:
Proteger o seu computador contra surtos de energia.
O que é um surto?
A principal função de um estabilizador de energia é proteger os
dispositivos eletrônicos de "surtos". Então, se você está imaginando o
que um estabilizador faz, a primeira pergunta é "o que são surtos"?
Em seguida, "por que os componentes eletrônicos têm que ser
protegidos contra eles?".
Um surto de energia, ou transitório de tensão, é um aumento significativo na
tensão da rede elétrica, que em condições normais fornece 127 volts para a maioria das
residências e escritórios (na maior parte do Brasil, mas há regiões que utiliza 220V). Se a
tensão se elevar acima de 127 volts, há um problema na rede elétrica, e o estabilizador
de energia ajuda a evitar que esse problema danifique seu computador.
Para entender o problema é útil entender primeiramente o que é tensão. A
tensão é a medida de uma diferença de energia potencial elétrica. A corrente elétrica
flui de um ponto para outro porque há uma diferença de energia potencial elétrica nas
extremidades do fio. Este é o mesmo princípio que faz a água sob pressão fluir para fora
de uma mangueira - a pressão mais alta em uma extremidade da mangueira empurra a
água na direção de uma área de pressão mais baixa. Você pode pensar na tensão como
uma medida de pressão elétrica [3].
Como veremos mais adiante, vários fatores podem causar uma breve elevação
na tensão:
Quando o aumento dura três nanosegundos (ns) ou mais, é chamado de
surto;
Quando dura apenas um ou dois nanosegundos (ns) é chamado de pulso
espúrio.
Nanosegundo (ns) equivale a 10-9 segundos.
10
Se o surto ou pulso espúrio for alto o suficiente, pode causar algum dano grave
em um equipamento. O efeito é muito similar a se aplicar muita pressão de água em
uma mangueira. Se houver muita pressão na água, a mangueira irá explodir. Neste
sentido, a mesma coisa acontece quando uma corrente elevada é aplicada ao fio: ele
"estoura". Na verdade, o fio aquece como o filamento em uma lâmpada incandescente
e queima. Mesmo se a tensão elevada não queimar o seu equipamento imediatamente,
esta pode causar um desgaste prematuro dos componentes [3].
Na seção a seguir, observaremos o que os estabilizadores de energia fazem para
evitar que isso aconteça.
Como acontece a proteção?
Um estabilizador de energia padrão faz a corrente elétrica passar da
tomada para vários dispositivos elétricos e eletrônicos ligados no
cabo de força. Se a tensão da tomada apresentar surtos ou pulsos
espúrios - se elevar acima do nível aceitável - o estabilizador de
energia desvia a eletricidade extra para o fio terra da tomada [3].
No tipo mais comum de estabilizador de energia, um componente
chamado Varistor de óxido metálico ou MOV (metal oxide varistor) desvia
a tensão extra. Conforme você pode ver na Figura 1.2, o MOV está
conectado entre o fio fase e o fio terra.
Figura 0.2 - Estabilizador e filtro de linha (fonte [3]).
11
Como funciona um varistor?
Figura 1.3 – Dispositivo MOV
(fonte [4]).
Um dispositivo MOV tem três partes: uma peça de
material de óxido metálico no meio conectada ao fio fase e
ao fio terra através de dois semicondutores. Esses
semicondutores têm uma resistência variável que depende
da tensão. Quando a tensão está abaixo de certo nível, os
elétrons nos semicondutores fluem de tal modo que criam
uma resistência muito alta. Quando a tensão excede esse
nível, os elétrons se comportam de modo diferente,
criando uma resistência muito mais baixa. Quando a
tensão está correta, um MOV não faz nada. Já quando a
tensão está muito alta, um MOV pode conduzir muita
corrente para eliminar a tensão extra.
Assim que a corrente extra é desviada através do MOV e para a terra, a tensão
na fase retorna para um nível normal, então a resistência do MOV aumenta novamente.
Desse modo, o MOV só desvia a corrente de surto, permitindo que a corrente normal
continue alimentando os equipamentos conectados ao estabilizador de energia.
Fazendo uma analogia, o MOV atua como uma válvula sensível à pressão, que abre
somente quando a pressão é elevada (como o escape de emergência de uma panela de
pressão) [3].
Outros sistemas de proteção
Outro dispositivo de proteção contra surto comum é o
supressor de descarga a gás, ou tubo de gás. Esses tubos
fazem o mesmo trabalho que o MOV - desviam a corrente
extra do fio fase para o fio terra. Fazem isso usando um gás
inerte como condutor entre os dois fios. Quando a tensão
está em certo nível, a composição do gás é tal que ele é um
mau condutor. Porém, quando a tensão sobe acima desse
nível, a energia elétrica é suficiente para ionizar o gás,
Figura 1.4 – Tudo de Gás
tornando-o um condutor muito eficaz.
(fonte [5]).
Ele desvia a corrente para o fio terra até que a tensão alcance níveis normais, e
então se torna um mau condutor novamente. Ambos os métodos têm uma concepção
de circuito paralelo - a corrente extra é removida do caminho normal para outro
circuito. Poucos estabilizadores de energia suprimem surtos com uma concepção de
circuito em série - a eletricidade extra não é desviada para outra linha, mas em vez disso
ela é retardada em seu caminho através do fio fase.
Basicamente, esses supressores detectam quando há uma alta tensão e então
armazenam a eletricidade, liberando-a gradualmente. As empresas que fazem esse tipo
de estabilizador argumentam que o método oferece melhor proteção, pois reage mais
rapidamente e não injeta a eletricidade no fio terra, possivelmente comprometendo o
sistema elétrico do edifício [3].
12
Estabilizador com bobinas de condicionamento da linha
Alguns estabilizadores têm um sistema de condicionamento de linha para a
filtragem do "ruído de linha" e flutuações menores na corrente elétrica. Os
estabilizadores de energia básicos com condicionamento de linha usam um sistema
muito simples.
Em seu caminho para a tomada de força, o fio fase passa através de uma bobina
toroidal. A bobina é apenas um anel de material magnético, envolvido com fio (um
eletroímã básico). As variações de corrente no fio fase provocam forças
eletromagnéticas no eletroímã, atenuando os ruídos provenientes da linha de
alimentação. Essa corrente "condicionada" é mais estável, e mais estável para o seu
computador (ou outro dispositivo eletrônico) [3].
O Interior de um estabilizador de energia com bobinas de condicionamento da
linha é mostrado na Figura 0.Figura 1.5.
Figura 0.5 – Estabilizador e filtro de linha por dentro (fonte [3]).
Fontes de surto
Os surtos de energia ocorrem quando algo eleva a carga elétrica em algum ponto da
rede elétrica. Isso causa um aumento na energia potencial
elétrica, que pode aumentar a corrente que flui para a
tomada de sua parede. Há vários motivos para isso
acontecer. O mais conhecido é o raio, apesar de ser na
verdade uma das causas menos comuns. Quando um raio
cai perto da rede elétrica, seja ela subterrânea, em um
edifício ou na fiação entre os postes, a energia elétrica
pode aumentar a tensão para milhões de volts. Isso causa
um pico de energia extremamente grande que irá
superenergizar praticamente qualquer estabilizador de
energia [3].
Em uma tempestade com raios, você nunca deve confiar em seu
estabilizador de energia para proteger seu computador. A melhor proteção
é tirar seu computador da tomada.
13
Uma das causas mais comuns de surtos elétricos é a operação de dispositivos
elétricos de alta potência, como elevadores, condicionadores de ar e refrigeradores.
Esses equipamentos de alta potência requerem muita energia para ligar e desligar
componentes como compressores e motores. Esse chaveamento cria demandas breves
e repentinas de energia, causando distúrbio na tensão estável no sistema elétrico. Esses
surtos nem chegam perto da intensidade de um surto por raio, mas podem ser graves o
suficiente para danificar componentes, imediata ou gradualmente, e ocorrem
regularmente nos sistemas elétricos da maioria dos edifícios.
Outras fontes de surtos elétricos incluem fiação defeituosa, problemas com o
equipamento da concessionária de energia e redes elétricas danificadas. O sistema de
transformadores e linhas que traz eletricidade de um gerador de energia para as
tomadas em nossas casas ou escritórios é extraordinariamente complexo. Há dúzias de
possíveis pontos de falha, e muitos erros em potencial que podem resultar em um fluxo
irregular de energia [3].
Protegendo seu equipamento
Na última seção, vimos que os surtos de energia são
uma ocorrência regular e inevitável em nosso sistema
atual de fornecimento de eletricidade para residências e
escritórios. Isso levanta uma questão interessante: se os
surtos de energia são uma parte inerente de nosso
sistema elétrico, por que não precisávamos de
estabilizadores de energia em nossas casas há 50 anos?
A resposta é que muitos componentes em sofisticados dispositivos eletrônicos
modernos (como computadores,fornos de micro-ondas, DVD players) são muito
menores e mais frágeis que os componentes de equipamentos mais antigos e, portanto,
mais sensíveis aos aumentos de corrente. Os microprocessadores, que são parte
integrante de todos os computadores, bem como de muitos eletrodomésticos, são
particularmente sensíveis a surtos. Só funcionam adequadamente quando recebem
corrente estável na tensão correta. Então, o modelo de estabilizador de energia que
você irá obter dependerá de que tipo de dispositivo que você conectará à rede elétrica.
Observações:
 Não há motivo para conectar uma lâmpada incandescente a um
estabilizador de energia, pois o pior que pode acontecer devido a um surto
de energia é a sua lâmpada queimar.
 Definitivamente, você deve usar um estabilizador em seu
computador. Ele está cheio de componentes sensíveis à alta tensão que podem
se danificar facilmente em um surto elétrico. No mínimo, este dano irá encurtar a
vida de seu computador, e poderia facilmente apagar todos os seus dados
gravados ou destruir seu sistema. Os computadores ainda são caros, e os dados
que eles armazenam geralmente são insubstituíveis.
14
Mesmo que você conecte estabilizadores de energia em todas as suas
tomadas, seu equipamento pode ficar exposto a surtos danosos de outras
fontes.
As linhas do telefone e TV a cabo também podem conduzir alta tensão. Quaisquer
linhas que levem sinais para sua residência também podem levar um surto elétrico,
devido a um raio ou a vários outros fatores. Se o seu computador estiver conectado às
linhas telefônicas através de um modem, você deve obter um estabilizador de energia
que tenha um conector para linha telefônica. Se você tiver uma linha de cabo coaxial
conectada a um equipamento caro, considere um estabilizador de energia para cabos.
Para proteger seu equipamento de surtos, você precisa de estabilizadores
individuais para cada tomada. Esses estabilizadores variam muito em qualidade e
capacidade (como veremos na seção a seguir) [3].
Há quatro níveis básicos de estabilizadores de energia:
Estabilizador básico:
São unidades de cabo de extensão básicas com cinco ou seis tomadas.
Geralmente, esses modelos proporcionam apenas proteção básica.
Estabilizador mais potente:
Por R$30,00 a R$60,00 você pode obter um estabilizador de energia com
melhores índices e recursos extras.
Estação estabilizadora:
Esses grandes estabilizadores de energia se encaixam sob seu computador ou no
chão. Oferecem proteção superior contra tensão e avançado condicionamento da linha.
A maioria dos modelos também tem uma entrada para a linha telefônica, para proteger
seu modem de surtos de energia, e podem apresentar disjuntores embutidos (os valores
variam entre R$60,00 e R$250,00).
“No break” (UPS, Uninterruptable Power Supply):
Algumas unidades combinam a estabilização de energia com um UPS contínuo. A
concepção básica de um UPS contínuo é converter a energia em corrente alternada para
energia em corrente contínua e armazená-la em uma bateria. O UPS então converte a
energia em CC da bateria de volta para energia em CA e a direciona para as tomadas de
CA para seus equipamentos eletrônicos. Se a energia acabar, seu computador continuará
a funcionar, alimentando-se da energia armazenada na bateria. Isso lhe dará alguns
minutos para salvar seu trabalho e desligar seu computador. O processo de conversão
também elimina a maioria do ruído de linha oriundo da tomada de CA. Essas unidades
tendem a custar R$300,00 ou mais.
15
Um UPS comum irá lhe proporcionar um alto nível de proteção, mas você ainda
deve usar um estabilizador de energia. Um UPS irá deter a maioria dos surtos antes que
alcancem seu computador, mas provavelmente ele próprio sofrerá danos graves. É uma
boa ideia usar um estabilizador de energia básico, se for apenas para proteger seu UPS
[3].
Como comprar um bom estabilizador?
Uma vez decidido qual o nível de proteção você precisa, é hora de
comprar um bom estabilizador. Na seção a seguir, você descobrirá o
que deve procurar ao considerar diferentes modelos. Escolhendo o
estabilizador de energia apropriado.
Comprar um estabilizador de energia é complicado, pois há muitos produtos no
mercado. A pesquisa por um modelo particular é o melhor modo de garantir bons
resultados, mas você pode ter uma boa ideia do nível de desempenho de um produto
procurando alguns poucos sinais de qualidade. Antes de tudo, observe o preço.
Como regra geral, não espere muito de qualquer estabilizador de energia
que custe menos de R$20,00. Essas unidades normalmente usam MOVs
simples e baratos com capacidades bem limitadas, e não protegerão seu
sistema de surtos mais severos.
Porém, nem sempre preço alto é promessa de qualidade. Para descobrir do que
a unidade é capaz, você precisa verificar junto a um órgão competente qual o nível de
qualidade/confiabilidade do estabilizador. Existem entidades independentes e sem fins
lucrativos que testam a segurança de produtos elétricos e eletrônicos. Se um
estabilizador não for aprovado por um órgão competente, provavelmente não é bom.
Na realidade, há uma boa chance de que não tenha quaisquer componentes de
proteção. Se ele usar MOVs, estes podem ser de qualidade inferior. Os MOVs mais
baratos podem superaquecer facilmente, incendiando o estabilizador de energia.
Muitos produtos aprovados pelos órgãos competentes podem ser de qualidade
inferior. No entanto você, no mínimo, está seguro de que o estabilizador tem alguma
capacidade de proteção contra surtos e satisfaz certo padrão de qualidade. Há muitas
extensões aprovadas pelos órgãos competentes, entretanto, estas não têm nenhum
componente de proteção contra surtos.
Em um estabilizador de energia aprovado, você deve encontrar as seguintes
informações [3]:
Tensão máxima:
Isso lhe diz qual tensão fará com que os MOVs desviem a corrente para o fio
terra. Uma tensão máxima mais baixa indica melhor proteção. Há três níveis de
proteção. Geralmente, uma tensão máxima acima de 400V é muito alta;
16
Absorção/Dissipação de energia:
Este índice, fornecido em joules, lhe diz quanta energia o estabilizador pode
absorver antes de falhar. Um número mais alto indica maior proteção. Procure um
estabilizador que tenha no mínimo 200 a 400 joules. Para melhor proteção, procure um
índice de 600 joules ou mais;
Tempo de resposta:
Alguns estabilizadores não atuam imediatamente; há um pequeno retardo para
responder ao surto de energia. Um tempo de resposta mais longo lhe diz que seu
computador (ou outro equipamento) será exposto ao surto por um período maior de
tempo. Procure por um estabilizador que responda em menos de um nano segundo.
É recomendável que você também procure um estabilizador com uma luz
indicadora (Figura 1.6), que lhe diz se os componentes de proteção estão funcionando.
Todos os MOVs queimarão depois de repetidos surtos de energia, mas o protetor ainda
funcionará como uma extensão. Sem uma luz indicadora, você não tem como saber se
seu estabilizador está funcionando adequadamente.
Figura 1.6 – Estabilizador com luz indicadora (fonte [3]).
Os melhores estabilizadores de energia vêm com algum tipo de garantia de
seu desempenho. Se você está comprando unidades mais caras, procure um
estabilizador que venha com uma garantia sobre seu computador. Se a unidade
falhar em proteger seu computador de um surto de energia, a empresa realmente
substituirá seu computador. Isso não é um seguro total, claro, você ainda perderá
todos os dados em seu disco rígido, o que poderia lhe custar uma fortuna, mas é uma
boa indicação da confiança do fabricante em seu produto [3].
17
Nenhum estabilizador de energia é 100% eficaz, e mesmo o melhor
equipamento pode ter alguns problemas graves. Os especialistas em
eletrônica encontram-se atualmente um pouco divididos sobre o melhor
modo de lidar com surtos de energia, e diferentes fabricantes declaram
que as outras tecnologias são inerentemente defeituosas.
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Protetores Eletrônicos:
http://www.youtube.com/watch?v=_9AI671l308
Perguntas e Respostas sobre estabilizador:
http://www.sms.com.br/respostas-sms/sobre-produtos/estabilizador/estabilizador.asp
1.2 - Transformadores
O transformador é um dispositivo que permite modificar a amplitude de uma
tensão alternada, aumentando-a ou diminuindo-a. Ele consiste, essencialmente, em
duas bobinas isoladas eletricamente, montadas em um mesmo núcleo de ferro,
conforme a Figura 1.7.
Figura 1.7 – Transformador (fonte [6]).
A bobina que recebe a tensão a ser transformada (VP) denomina-se primária, e a
outra que fornece a tensão transformada (Vs) denomina-se secundária.
A Figura 1.8 ilustra a diferença entre transformadores utilizados em Sistemas
Elétricos de Potência (SEP) e transformadores usados para alimentar circuitos
eletrônicos.
18
(b)
(a)
Figura 1.8 - Transformador usado em sistemas elétricos de potência (b) transformador usado para
alimentar circuitos eletrônicos (fonte [7]).
Para um transformador ideal, temos:
Mas como se chega nestas relações?
Vamos tomar como base o transformador de dois enrolamentos
representado na Figura 1.9.
Figura 1.9 – Transformador de dois enrolamentos.
Este é formado por duas bobinas: a bobina 1 com N 1 espiras e I1 de corrente
circulando por ela; a bobina 2 com N2 espiras e I2 de corrente circulando por ela, então
podemos representar o circuito magnético deste transformador por um circuito elétrico.
19
Para um transformador ideal o fluxo Φ na bobina 1 é o mesmo na bobina 2,
então podemos relacionar as forças magnetomotrizes:
e
Logo:
Como a potência se conserva no transformador ideal:
Chegamos à expressão da Equação 1.1:
O enrolamento que é energizado é chamado de primário e o outro é
chamado de secundário. Vamos supor que o enrolamento de N1 é
energizado e no enrolamento N2 é ligado um resistor. Se (N2/N1)>1, a tensão
no resistor será maior do que a da fonte. Mas se (N2/N1)<1, a tensão no
resistor será menor do que a da fonte. E para o caso de (N2/N1) = 1, a tensão no resistor
será igual a da fonte.
A Figura 1.10 mostra um transformador no qual se tem vários enrolamentos. O
enrolamento que é energizado é chamado de primário e neste caso o número de espiras
dos enrolamentos do secundário podendo ser maior, menor ou igual a do primário.
Figura 1.10 – Transformador com mais de dois enrolamentos.
20
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Transformador:
http://www.youtube.com/watch?v=CUllT-wEExU
Transformador Ideal:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Transformador
1.3 - Relés
Figura 1.11 – Símbolo contato (NA).
O relé eletromecânico, como o próprio nome diz, é
um dispositivo formado por uma parte elétrica e
outra mecânica. A figura ao lado mostra dois
símbolos usuais de um relé que possui um único
contato normalmente aberto (NA), estado este que
corresponde ao relé desenergizado.
Funcionamento
Considere o relé esquematizado ao lado.
A parte mecânica é formada por uma chave, cujo
terminal móvel A encontra-se desconectado do terminal
fixo B.
A parte elétrica formada por um eletroímã, isto é, uma
bobina com núcleo de ferro que, uma vez alimentada por
uma tensão ou corrente (terminais C e D), fica polarizada
magneticamente, atraindo o terminal móvel, fechando o
contato (terminais A e B).
Quando a alimentação da bobina deixa de existir, ela se desmagnetiza, fazendo com que
o terminal móvel retorne à sua posição de repouso.
A grande vantagem do relé é poder acionar um circuito elétrico de potência
(terminais A e B) por meio de outro circuito elétrico, muitas vezes de menor
potência (terminais C e D), estando ambos isolados eletricamente entre si, já
que o acoplamento entre eles é apenas magnético [8].
As Figuras 1.12 e 1.13 ilustram relés de dois e três contatos respectivamente. De
acordo com [8] também são apresentados os tipos de contato, tempos de fechamento e
abertura e condições de acionamentos.
21
Figura 0.12 – Relé de dois contatos (apena NA)
Figura 0.13 –Relé de três contatos (NA e NF)
Tipos de Contato:
Tempos de Fechamento e Abertura dos Contatos
Condição de Acionamento
22
A Tabela 1.1, abaixo, ilustra o Tipo de Relé, Símbolo, Bobina e Contatos [8].
23
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Como Funciona um relé de estado sólido:
http://www.youtube.com/watch?v=jBkSB0pt1PY
1.4 - Fusíveis
Os fusíveis são componentes de proteção destinados a se romper quando
houver sobre carga no circuito ao qual este estiver em série. O Fusível se rompe
devido ao efeito Joule sobre ele, ou seja, quando passa por ele uma corrente cuja
potência dissipada sobre ele é de Pfusível=RfusívelI2. Quando esta energia é suficiente
para esquentá-lo e atingir o ponto de fusão do material do qual ele é feito, então, ele
rompe abrindo o circuito.
Dimensionamento
Várias condições influenciam na capacidade de condução
de corrente de um fusível, como por exemplo,
temperatura do ambiente, ventilação forçada e a seção
transversal dos barramentos ou cabos. Vale destacar que
carregamentos cíclicos de sobrecargas é a condição mais
determinante que pode causar a queima prematura do
fusível [9].
Equipamentos que incorporam dispositivos semicondutores (diodos,
transistores, CI´s, etc) e, consequentemente, fusíveis ultrarrápidos, são
frequentemente submetidos às sobrecargas repetitivas, ou cíclicas. Sob esta
condição, eleva-se a temperatura dos elementos do fusível e, dependendo da
recorrência das sobrecargas, pode-se alcançar a temperatura de fusão do material
que constitui os elementos ou fadigar os mesmos causando uma operação indevida.
Para evitar as consequências das sobrecargas cíclicas, deve-se dimensionar o
fusível para que a sua corrente de fusão preferencialmente seja, para o mesmo
período de duração da sobrecarga, maior que a corrente da mesma.
A Figura 1.14 ilustra a simbologia utilizada para fusíveis e a Figura 1.15
demonstra exemplos de fusíveis.
Figura 1.14 – Simbologia.
24
Figura 1.15 – Exemplo de Fusíveis (fonte [9]).
Aprenda mais sobre fusíveis em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%ADvel
25
1.5 - NTC e PTC
Estes componentes são também conhecidos como termistores.
Mas o que é um termistor?
Um termistor é um componente eletrônico que muda o valor de sua
resistência com a mudança da temperatura do corpo do componente.
Os termistores descritos são de semicondutores e cerâmica e pode ter
coeficiente positivo para resistência (PTC) ou coeficiente negativo
(NTC). Ambos os tipos de termistores (PTC e NTC) são usados em
circuitos de proteção e em muitas aplicações.
A figura 1.16 ilustra exemplos de NTC e PTC de diferentes fabricantes. Como
mostrado na Figura 1.17, existe uma relação entre a temperatura do dispositivo e a
sua resistência. O gráfico ilustra a variação da Resistência com a Temperatura dos
dispositivos NTC e PTC.
Figura 0.11 – NTC exemplos da EU RoHS e PTC da KLS.
Figura 0.12 – Gráfico Resistência versus Temperatura (fonte [10]).
Aprenda mais sobre Termistores em:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%ADstor
26
1.6 – Disjuntores
Os disjuntores são chaves com sensor de corrente, na sua maioria opera pela
mudança térmica de duas chapas de metais diferentes, com dilatações diferentes e
justapostas. Quando a corrente passa de certo valor as chapas dilatam e desligam o
circuito. As Figuras 1.18 e 1.19 ilustram disjuntores de baixa tensão e disjuntores
termomagnéticos respectivamente [11].
Figura 0.18 – Disjuntores de baixa tensão.
Figura 0.19 – Disjuntores Termomagnéticos.
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Disjuntor:
http://www.youtube.com/watch?v=0wj9SXqlF7I
Como especificar um Disjuntor:
http://www.geindustrial.com.br/produtos/disjuntores/especificacao.asp
27
UNIDADE 2 - Fontes Lineares e Chaveadas
28
2.1 - Introdução
Há alguns anos, o conserto de fonte de alimentação dos televisores fazia
parte da rotina de qualquer técnico. Com a chegada das fontes chaveadas, houve
uma redução de tamanho, peso e, consequentemente, uma redução no custo. Com o
surgimento das fontes de alimentação chaveadas, foi possível o aumento do
rendimento, em relação às fontes lineares, e uma sensível diminuição de
manutenções nas fontes dos equipamentos eletrônicos [12].
2.2 - Fontes Lineares
As fontes lineares convertem a tensão alternada da rede em tensões contínuas,
normalmente de baixa amplitude, sem o uso de componentes chaveados (comutados);
opera com a frequência da rede elétrica (60Hz ou 50Hz). Nesse tipo de fonte temos
basicamente quatro blocos: transformador, etapa retificadora, filtragem e circuito de
controle.
Seguem, abaixo, explicações sucintas dos quatro “blocos” presentes em uma
fonte linear.
O TRANSFORMADOR - transforma a tensão alternada da rede ao
nível correto de tensão alternada que se deseja.
Figura 2.1 – Transformador.
A RETIFICAÇÃO - é constituída por um, dois ou quatro
diodos, que transformam a tensão alternada do
secundário do transformador em uma tensão contínua
ondulada (com ripple).
Figura 2.2 – Ponte Retificadora.
29
O FILTRO - é constituído basicamente por capacitores. Esses,
por sua vez, retiram as últimas ondulações (ripple) que ainda
possam existir sobre a tensão contínua, tornando-a mais pura.
Figura 2.3 – Circuito Retificador com filtro.
O CIRCUITO DE CONTROLE - mantém a tensão de saída
constante e estabilizada, mesmo quando há variações na
tensão alternada da entrada ou da rede.
Figura 2.4 – Diodo Zener utilizado como
regulador de tensão.
Como fazer uma fonte de tensão linear?
http://energiainteligenteufjf.com/tutoriais/tutorial-fonte-linear-de-tensao/
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Fontes de Alimentação:
http://www.youtube.com/watch?v=uI0jiV9PbQw
30
2.3 - Fontes Chaveadas
No caso das fontes de alimentação chaveadas, as utilizações de um
transformador de alta frequência permitem reduzir o tamanho e o peso das fontes
chaveadas. Essas fontes utilizam transistores especiais (FETs), como interruptores
eletrônicos de alta comutação, que diminuem as perdas e aumentam o rendimento
total das fontes [12]. Dessa forma, a potência controlada pela fonte fica maior. A
figura 2.5 ilustra um comparativo de Volume/Potência de Fontes lineares e Fontes
chaveadas.
Figura 2.5 – Comparativo Volume/Potência Fonte Linear x Fonte Chaveada (fonte [13]).
As fontes chaveadas podem dissipar potências maiores,
utilizando componentes de menores dimensões em relação à
fonte linear, e trabalham com modulação de pulso, alterando a
frequência da rede para uma faixa entre 20 e 60kHz. Com essa
nova frequência, os principais componentes (transformador e
capacitor de filtro) podem ser empregados em tamanho
reduzido. Isso acontece porque, em alta frequência, o
fenômeno de indução eletromagnética ocorre com maior
facilidade, permitindo que o transformador seja construído com
núcleo de ferrite (mais leve que o convencional de aço-silício) e
menor tamanho. Ao mesmo tempo, o ripple também diminui, o
que permite a utilização de capacitores de filtros também
menores.
31
A tabela 2.1 ilustra um comparativo entre Fonte linear e Fonte chaveada nos
quesitos: custo, massa, ruído, Eficiência, Múltiplas saídas e tempo de
desenvolvimento até a produção.
Tabela 2.1 – Comparativo Fonte Linear x Fonte Chaveada (fonte [13]).
Identificando componentes em uma Fonte Chaveada:
http://www.faiscas.net/Fontes%20chaveadas.pdf
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Fonte Chaveada:
http://www.youtube.com/watch?v=ycXrjJ-PPvE
32
2.4 - Retificadores monofásicos
Retificador Monofásico de Meia-Onda
Um retificador é um circuito que converte um sinal CA em um sinal unidirecional.
Os diodos são extensivamente utilizados em retificadores. O retificador Monofásico de
meia-onda é o tipo mais simples, mas ele normalmente não é utilizado em aplicações
industriais. Entretanto, este retificador é útil na compreensão do principio de operação
do retificador. O diagrama do circuito com carga resistiva é mostrado na Figura 2.6 [13].
Figura 2.6 – Circuito Retificador de Meia Onda
Durante o semiciclo positivo da tensão de entrada o diodo D conduz e a tensão
de entrada aparece sobre a carga. Durante o semiciclo negativo da tensão de entrada, o
diodo entra em condição de bloqueio e a tensão de saída é zero. As formas de onda
para as tensões de entrada (V) e saída (VL) são mostradas na Figura 2.7 [13], sendo V0 a
tensão eficaz da rede.
Figura 2.7 – Tensões de entrada e saída do retificador.
33
As formas de onda da corrente na carga (IL) e tensão no diodo (VD) são
mostradas na Figura 2.8 [13], sendo V0 a tensão eficaz da rede.
Figura 2.8 – Corrente na carga e tensão no diodo.
Tensão média na Carga
A tensão média de um retificador de meia onda medida por um voltímetro é
calculada pela equação 2.1, sendo V0 a tensão eficaz da rede e VLmed.a tensão média
na carga (Load):
√
Corrente média na Carga
A Corrente média na carga de um retificador de meia onda é calculada pela
equação 2.2, sendo VLmed.a tensão média na carga (Load) e ILmed.a corrente média na
carga:
34
Retificador Monofásico de Onda Completa
Um circuito retificador de onda completa com um transformador em derivação
(tap) central é mostrado na Figura 2.9 [13]. Cada metade do transformador com seu
diodo associado age como um retificador de meia-onda. O retificador superior retifica o
semiciclo positivo da tensão da fonte superior, enquanto o retificador inferior retifica o
semiciclo positivo da fonte inferior. As duas tensões denominadas de V1 e V2 na Figura
2.9 são idênticas em amplitude e fase.
Figura 2.9 – Circuito Retificador de Onda Completa
Quando a fonte superior é positiva, D1 está diretamente polarizado e conduz
(figura 2.10), mas D2 está reversamente polarizado. Analogamente, quando a fonte
inferior é positiva, D2 conduz (figura 2.11) e D1 está reversamente polarizado.
Figura 2.10 – Primeira etapa de funcionamento
Figura 2.11 – Segunda etapa de funcionamento
As formas de onda da tensão de entrada (V2), tensão no diodo D1 (VD1) e tensão
no diodo D2 (VD2) estão ilustradas na figura 2.12 [13].
35
Figura 2.12 – Tensões V2, VD1 e VD2.
As formas de onda da tensão de saída (VL) e corrente na carga (IL) são
ilustradas na Figura 2.13 [13].
Figura 2.13 – Tensão de saída e corrente na carga.
36
Tensão média na Carga
A tensão média de um retificador de onda completa equivale ao dobro da
tensão de saída de um retificador de meia onda, pois agora o circuito opera com um
ciclo completo da tensão alternada.
Corrente média na Carga
A Corrente média na carga de um retificador de onda completa é calculada
pela equação 2.4:
Frequência de saída:
A frequência de saída no circuito de onda completa é o dobro da
frequência de entrada. Supondo que a tensão de entrada tenha
uma frequência de 60Hz, a onda retificada terá uma frequência de
120Hz.
Retificador de Onda Completa em Ponte.
Em vez da utilização de um transformador com derivação central, poderiam ser
usados quatro diodos, como mostrados na Figura 2.14. Durante o semiciclo positivo da
tensão de entrada, a potência é fornecida à carga através dos diodos D1 e D4 (figura
2.15). Durante o semiciclo negativo D2 e D3 conduzem (figura 2.16). A forma de onda
para a tensão de saída é similar àquela da figura 2.13 [13].
37
Figura 2.14 – Circuito Retificador em Ponte.
Figura 2.15 – Primeira etapa de funcionamento
Figura 2.16 – Segunda etapa de funcionamento
Esse circuito conhecido como retificador em ponte (do inglês
bridge rectifier), é comumente utilizado em aplicações industriais.
A Tensão média na carga é obtida conforme equação 2.3.
Simule e veja o funcionamento de Retificadores Monofásicos em:
http://www.dee.feis.unesp.br/docentes/flavio/lepjava/index.php?id1=2&id2=0
38
2.5 - Retificadores trifásicos
Os retificadores trifásicos são utilizados em aplicações de potências mais
elevadas, pois sua tensão de saída possui menor ondulação e maior valor médio. Além
disso, a corrente média em cada semicondutor é de apenas 1/3 do valor médio na carga,
o que permite a construção de retificadores maiores com os mesmos componentes
utilizados nos monofásicos [14].
Retificador Trifásico de Meia Onda
O retificador trifásico de meia onda pode ser visto como a ligação em paralelo de
três retificadores monofásicos de meia onda. A carga é ligada ao neutro da fonte
trifásica, como pode ser observado na figura 2.17 [13].
Figura 2.17 – Retificador Trifásico de Meia Onda.
Dessa forma, a tensão sobre a carga é composta por porções das tensões faseneutro, as quais estão defasadas 120˚ entrei si. Como os catodos dos diodos estão
unidos, ou seja, estão no mesmo potencial, conduzirá o diodo que tiver a maior tensão
em seu anodo, consequentemente colocando este potencial em seu anodo e forçando
os outros diodos a bloquear.
A figura 2.18 [13] mostra as formas de onda das tensões trifásicas V1, V2 e V3
juntamente com a tensão VR de saída do retificador. Como as tensões de saída do
retificador são defasadas entre si 120˚, a cada instante apenas uma delas é mais
positiva do que as outras. Por exemplo: quando a tensão V1 é a mais positiva (em
relação às outras duas), o diodo D1 conduz. No instante em que a tensão V2 supera a
amplitude da tensão V1, D2 entra em condução forçando D1 ao corte.
39
Figura 2.18 – Tensões de entrada e Tensão na carga.
Frequência do ripple da tensão de saída:
A duração de cada ondulação da tensão de saída é 120˚, porque este é
também o intervalo no qual dada tensão fase-neutro permanece mais positiva do
que as demais. Devido a isto, a frequência do ripple de saída é três vezes a frequência
da fonte CA. Supondo a frequência da fonte CA igual a 60Hz, a frequência do ripple da
tensão é dada por:
Tensão média na Carga
A tensão média na carga pode ser encontrada aplicando-se a definição de
valor médio à forma de onda da tensão que resulta em.
Onde
é o valor eficaz da tensão fase-neutro da fonte CA.
40
Corrente média na Carga
A Corrente média na carga é dada pela expressão:
Cargas Indutivas
No retificador trifásico, a forma de onda da tensão de saída não se altera
em presença de indutância na carga. Nesse caso o efeito da indutância é
apenas a redução da ondulação da corrente da carga.
Retificador Trifásico de Onda Completa
O circuito do retificador trifásico de onda completa pode ser visualizado na
Figura 2.19 [13]. Como pode ser observado, o neutro da fonte CA não é ligado ao
circuito retificador.
Figura 2.19 – Retificador Trifásico de Onda Completa
41
Os diodos D1, D2 e D3 constituem o chamado grupo positivo (ou policatódico), e os diodos D4, D5 e D6 o grupo negativo (ou poli-anódico). Os diodos
conduzem sempre dois a dois: um diodo do grupo positivo e um diodo do grupo
negativo. No grupo positivo, conduzirá o diodo que possuir a tensão mais positiva em
seu anodo em relação ao neutro. No grupo negativo, conduzirá o diodo que possuir a
tensão mais negativa em seu catodo em relação ao neutro [14]. A Figura 2.20 mostra
a forma de onda da tensão de entrada, juntamente com a tensão de saída do
retificador.
Figura 2.20 – Tensões de Entrada e Tensão de Saída do Retificador.
Frequência do ripple da tensão de saída:
Como são 6 as tensões fase-fase, e estando as mesmas defasadas de 60˚
entrei si, para cada ciclo da rede CA há 6 ondulações na tensão de saída retificada
(retificador de 6 pulsos). Supondo a frequência da fonte CA igual a 60Hz, a frequência
do ripple da tensão é dada por:
42
Tensão média na Carga
A tensão média na carga pode ser encontrada aplicando-se a definição de
valor médio à forma de onda da tensão que resulta em.
Onde
é o valor eficaz da tensão fase-fase da fonte CA.
Corrente média na Carga
A Corrente média na carga é dada pela expressão:
Simule e veja o funcionamento de Retificadores Trifásicos em:
http://www.dee.feis.unesp.br/docentes/flavio/lepjava/index.php?
id1=2&id2=0
2.6 - Reguladores de tensão linear
A maior aplicação do diodo zener reside na regulação da tensão de saída de
fontes de alimentação. Através da utilização do diodo zener em conjunto com um
resistor, pode-se conseguir que uma fonte de CC forneça tensão constante para a
carga. Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades deste item,
você já deverá ter conhecimentos relativos ao diodo zener [15].
43
Diodo zener como regulador de tensão
As características de comportamento do diodo zener na região de ruptura
permitem que o componente seja utilizado em circuitos que possibilitam a obtenção
de uma tensão regulada a partir de fontes que forneçam tensões variáveis ou
mesmo com cargas de consumo variável.
Para que o diodo zener seja utilizado como regulador de tensão, é necessário
que a tensão da fonte (V) seja maior que a tensão zener de ruptura (Vz). Para isso,
deve-se usar sempre um resistor Rs em série com o diodo zener a fim de limitar sua
corrente a um nível abaixo de sua corrente especificada. Veja a configuração
característica de um circuito regulador de tensão com diodo zener na Figura 2.21
[16].
Figura 2.21 – Circuito Regulador de Tensão com diodo Zener.
Observação
A tensão sobre a carga é a mesma do diodo zener porque a carga e o
diodo estão em paralelo.
Cálculo do resistor Rs:
Para o correto projeto do resistor serie (Rs), devem-se observar duas
condições extremas de operação:
1. Condição em que a fonte V está em seu valor máximo e a carga com uma
corrente mínima. Nessa condição a corrente sobre o zener será limitada a
um máximo de 90%, e será definido o valor mínimo de RS.
2. Condição em que a fonte V esta em seu valor mínimo e a carga com uma
corrente máxima. Nessa condição a corrente sobre o zener será limitada a
um mínimo de 10%, e será definido o valor máximo de Rs.
44
Observação
O valor de resistor série a ser selecionado deve estar compreendido
entre o valor mínimo e o máximo. Se, por ventura, o valor mínimo for
maior que o máximo, deve-se adotar um diodo zener de maior potência,
recalculando o resistor serie Rs.
Regulador com transistor em série
Figura 2.22 – Regulador com Transistor em Série.
O que é?
O regulador série com transistor é constituído da ligação de um
diodo zener com um TBJ. O diodo tem a função de provocar
uma regulação da tensão enquanto o transistor controla a
corrente suprida pela carga. A tensão de saída será igual a
tensão regulada do zener menos a queda de tensão base
emissor do transistor (VBE) [15].
Funcionamento
1. Se a tensão de saída diminui, a tensão base-emissor aumenta,
fazendo com que o transistor conduza mais, e dessa forma, aumente
a tensão de saída.
2. Se a tensão de saída aumenta, a tensão base-emissor diminui, e o
transistor conduz menos, reduzindo, assim, a tensão de saída,
mantendo a saída.
45
Regulador com transistor em paralelo
Figura 2.23 – Regulador com Transistor em Paralelo.
O que é?
O regulador com transistor em paralelo contém a mesma ideia do
transistor em série só que este agora entra em paralelo com a
carga.
Funcionamento
1. Se a resistência de carga diminui (aumenta carga), menos
corrente entra em T (menos corrente de coletor) e mais corrente
vai para a carga, mantendo a tensão constante.
2. Se a resistência de carga aumenta, mais corrente entra em T e
menos corrente vai para a carga, mantendo assim a tensão
constante.
Regulador de tensão linear (Páginas 22,23 e 24):
http://msomeletronica.com.br/apostilas/eletronica_basica/eletro
nica_basica2%20.pdf
46
2.7 - Chopper
Em muitas aplicações industriais, é necessário
converter uma fonte de tensão CC fixa em uma fonte de
tensão CC variável. Um chopper converte diretamente de CC
para CC e é conhecido como conversor CC-CC. Um chopper
pode ser considerado o equivalente CC de um transformador
CA com uma relação de espiras continuamente variável. Da
mesma maneira que um transformador, ele pode ser utilizado
para abaixar ou elevar a tensão de uma fonte CC [17].
As aplicações dos conversores CC-CC são bastante diversificadas, mas podem
basicamente ser separadas em dois grupos:
a) Fontes de Alimentação chaveadas, que estão presentes em
quase todos os equipamentos eletrônicos modernos, em
carregadores de baterias e em máquinas eletrônicas de solda,
etc;
b) Sistemas de acionamento de motores CC, muito
empregados em servomecanismo, tração elétrica, etc.
A forma de onda da tensão de saída dos conversores CC pode ser filtrada ou
não, pode possuir isolamento elétrico ou não, dependendo dos requisitos da carga
alimentada. Normalmente, os conversores utilizados para acionar motores de
corrente contínua não possuem filtragem de tensão nem isolamento elétrico.
Por outro lado, os conversores empregados como reguladores de tensão CC
em fontes chaveadas necessitam produzir uma tensão de saída com a mínima
ondulação possível, e por isso possuem um estágio responsável pela filtragem. O
isolamento elétrico é empregado sempre que o nível de tensão da fonte for muito
superior ao da carga.
Neste item, iremos trabalhar com duas topologias fundamentais de
conversores CC/CC: step-down ou Buck e step-up ou boost. O Buck fornece uma
tensão de saída menor ou igual a tensão de entrada; o boost fornece uma tensão de
saída maior ou igual a entrada.
47
2.8 - Conversor Buck
Em um regulador Buck, a tensão média de saída Vs é menor que a tensão de
entrada Ve – daí, tembém conhecido como step down, um regulador muito popular.
O diagrama do circuito de um regulador Buck é mostrado na Figura 2.24 [13].
Figura 2.24 – Diagrama do circuito de um Conversor Buck
Os circuitos equivalentes para os modos de operação são mostrados nas Figuras 2.25 e
2.26 [13].
Funcionamento
A operação pode ser dividida em dois modos:
O modo 1 inicia-se quando a chave S é ligada em t=0. A
corrente de entrada, que cresce, flui através do indutor de
filtro L, do capacitor de filtro C e do resistor de carga R.
O modo 2 inicia-se quando a chave S é desligada em t=t1. O
diodo de comutação D conduz devido à energia armazenada
no indutor e a corrente no indutor continua a fluir através
de L,C,carga e do diodo D. A corrente no indutor cai até que
a chave S conduza novamente, no próximo ciclo.
48
Figura 2.25 – Modo 1 de operação.
Figura 2.26 – Modo 2 de operação.
As formas de onda para as tensões e correntes são mostradas na figura 2.27 [13]
para um fluxo contínuo de corrente no indutor L.
Figura 2.27 – (a) Tensão no Diodo, (b) Corrente no Indutor, (c) Corrente sobre a fonte, (d) Corrente sobre o Diodo.
49
Dependendo da frequência de chaveamento a corrente no indutor
pode ser descontinua.
Iremos definir razão cíclica ou ciclo de trabalho (do inglês duty cycle) por:
Equações:
Tensão de saída Vs:
Na equação 2.11, Ve é a tensão de entrada.
Corrente de Carga Io:
A corrente média no Indutor IL é igual à corrente de carga Io, uma vez que a corrente
média no capacitor é zero.
Ripple da Tens o de saída ΔVs:
50
Ripple da Corrente no Indutor ΔIL:
Valor médio da corrente no Diodo ID:
Valor médio da corrente na Chave Is:
Simule e veja o funcionamento do Conversor Buck em:
http://www.dee.feis.unesp.br/docentes/flavio/lepjava/index.php?
id1=1&id2=1&id3=0
2.9 - Conversor Boost
Um conversor boost, a tensão de saída é maior que a tensão de entrada – daí
o nome boost. O diagrama do circuito de um regulador Buck é mostrado na Figura
2.28 [13].
Figura 2.28 – Diagrama do circuito de um Conversor Boost.
51
Funcionamento
A operação pode ser dividida em dois modos:
O modo 1 inicia-se quando a chave S entra em condução em
t=0. A corrente de entrada, que cresce, flui através do indutor L
e da chave S.
O modo 2 inicia-se quando a chave S é desligada, em t=t1. A
corrente que estava fluindo através da chave fluirá agora por L,
C, carga e o diodo D. A corrente do indutor cai até quando a
chave S entra novamente em condução, no próximo ciclo. A
energia armazenada no indutor L é transferida para a carga.
Os circuitos equivalentes para os modos de operação são mostrados nas Figuras 2.29
e 2.30 [13].
Figura 2.29 – Modo 1 de Operação (Boost).
Figura 2.30 – Modo 2 de Operação (Boost).
As formas de onda para as correntes são mostradas na figura 2.31 para uma corrente
contínua na carga.
Figura 2.31 – Corrente no Indutor IL, Corrente na Chave IS e Corrente no Diodo ID.
52
Equações:
Tensão de saída Vo:
Na equação 2.17, Vi é a tensão de entrada.
Corrente média no Indutor IL:
Na equação 2.18, Io é a tensão de saída.
Ripple da Tens o de saída ΔVo:
Ripple da Corrente no Indutor ΔIL:
Valor médio da corrente no Diodo ID:
53
Valor médio da corrente na Chave Is:
Simule e veja o funcionamento do Conversor Boost em:
http://www.dee.feis.unesp.br/docentes/flavio/lepjava/index.php?
id1=1&id2=1&id3=1
54
UNIDADE 3 - No-break
55
3.1 - Introdução
Com o avanço da informática e com a automação cada vez mais presente nas
indústrias, surgiu a necessidade de criar sistemas que garantam o funcionamento
permanente dos equipamentos, evitando falhas, devido à falta e ou variação de energia
da rede concessionária. Para isso, utiliza-se o No-Break e são, comumente, encontrados
em várias aplicações tais como computadores, alimentação de PLC, equipamentos
médicos e em qualquer outro equipamento em que não pode haver falhas na energia
[18].
Dependendo do tipo de no-break, a bateria pode funcionar continuamente ou
pode entrar em ação apenas quando existe uma interrupção no fornecimento de
energia elétrica. Essa bateria fornece tensão que é amplificada e transformada em 110
ou 220 volts para que o computador possa continuar funcionando, pelo menos o tempo
necessário para salvar o trabalho que estava sendo feito. Existem diversos tipos de nobreaks que podem fornecer energia por um período de 2 a 120 minutos, dependendo da
capacidade de carga da bateria interna. Existem modelos que fornecem energia por um
período de algumas horas, mas seu custo é bem maior.
Figura 3.1 - No – breaks.
56
O no-break é uma grande segurança para o computador, e uma garantia de que
o trabalho não será perdido por interrupção na energia elétrica. O grande problema é
que seu custo é relativamente alto, correspondendo a cerca de 30% do preço de um
computador. Muitas vezes, por restrições de custo, prefere-se correr o risco calculado
de perder algum arquivo, recuperando parte do trabalho perdido através de backups. O
usuário deve levar em conta se vale a pena pagar o preço de um no-break ou correr o
risco de perder um dia ou algumas horas de trabalho.
Dedicaremos ao estudo de no-break, não tendo a pretensão de apresentar tudo
que há sobre o tema, mas sim uma abordagem simples e direta no assunto, mesmo
porque com o avanço da tecnologia, nesta área, existe uma constante mudança nas
configurações e topologias.
O termo “no-break” é pouco usado no exterior. Nos Estados Unidos é
usado o termo UPS (Uninterruptible Power Supply).
3.2 – Topologias
No-break standby
Podemos encontrar vários tipos de no-break, no que diz respeito ao modo de
funcionamento. O tipo mais simples é o standby, também conhecido como short-break.
A figura 3.2 mostra o diagrama de um no-break standby. Note que sempre devemos
indicar nos diagramas de no-breaks, qual é o caminho principal e o secundário. O
caminho principal é o usado na operação normal, e o secundário é o utilizado em caso
de falha. Aqui convencionamos usar uma linha contínua para o caminho principal e uma
linha pontilhada para o caminho secundário.
Figura 3.2 – Diagrama de um No-break standby.
57
Durante situação normal, este no-break funciona como um filtro de linha, com
supressor de surtos e filtro. Um circuito de controle comanda um relé que seleciona
entre a tensão da linha ou a tensão interna gerada pelo no-break. Ao mesmo tempo
temos um segundo circuito de energia que fica “em standby”, pronto para fornecer
energia em caso de necessidade. Esta energia é fornecida quando ocorre falta de tensão
da rede elétrica, ou então quando esta tensão sofre queda ou elevação. O circuito de
reserva é formado por uma bateria que é constantemente carregada a partir da tensão
da rede. Esta bateria fornece energia para um circuito chamado inversor, que é na
verdade um conversor de corrente contínua para corrente alternada. A chave eletrônica
comutará para o circuito de reserva quando necessário. Normalmente é possível ouvir
claramente o som do relé comutando em um no-break quando é feita a seleção entre a
energia da rede e a da bateria.
O ponto fraco de qualquer no-break é o tempo de resposta. O ideal é que na
interrupção da energia, a tensão de reserva seja fornecida imediatamente, com um
retardo igual a zero. Na prática isso nem sempre ocorre, devido ao tempo necessário
para a comutação do relé e da estabilização do funcionamento do inversor. Os nobreaks standby apresentam tempo de resposta na faixa de alguns milésimos de
segundo. Uma onda senoidal de 60 Hz tem período de 16,6ms, portanto um tempo de
resposta inferior a 5ms não chega a prejudicar a continuidade desta onda.
No-break Line Interactive
Este é o tipo de no-break mais usado no mercado. Tem potência e autonomia
suficiente para um pequeno número de computadores. A tensão de saída é fornecida
diretamente a partir da tensão da rede, enquanto a bateria é carregada (note a linha
contínua na figura 3.3, indicando o caminho principal da energia). Quando ocorre falha
na rede, a chave de transferência abre e a bateria passa a fornecer energia para o
inversor (note a linha pontilhada na figura 3.3, indicando o caminho secundário),
gerando uma tensão CA na saída, suprindo a deficiência da rede.
Figura 3.3 - Diagrama de um no-break line interactive.
58
Este tipo de no-break também necessita de um pequeno tempo de resposta para
comutar para a tensão da bateria em caso de queda na rede.
No-break Standby On-line híbrido
Este método de construção tem vantagem em relação aos demais modelos
standby. A bateria e o conversor DC/DC operam em standby (veja a linha pontilhada), e
fornecem tensão apenas quando ocorre falha na rede. A tensão proveniente da rede
passa por um circuito retificador que a transforma em tensão contínua. Através de dois
diodos, a tensão resultante da rede e da bateria são combinadas. Em operação normal,
a tensão é proveniente da rede. Quando ocorre queda na rede, entra em operação a
bateria. Como o retificador possui um capacitor de filtragem, é armazenada carga
suficiente para manter a tensão durante alguns milésimos de segundo, tempo suficiente
para que o conversor DC/DC entre em operação. Desta forma o inversor DC/AC nunca
deixa de receber tensão, e o tempo de resposta é zero.
Figura 3.4 - Diagrama de um no-break standby on-line híbrido.
No-break on-line de dupla conversão
Neste tipo de no-break, a tensão da rede é usada para carregar continuamente a
bateria. A tensão da bateria é fornecida ao inversor que opera o tempo todo. A tensão
fornecida pela saída é proveniente da bateria, tanto quando a rede está normal quanto
em caso de falha, portanto o tempo de resposta deste tipo de no-break é zero.
Este tipo de no-break é dito de dupla conversão porque no caminho principal
ocorre uma conversão de AC para DC, e outra de DC para AC. O caminho secundário é
utilizado apenas quando existe falha no circuito principal ou durante a sua manutenção
(troca de bateria, por exemplo). Opcionalmente este tipo de no-break pode apresentar
no caminho secundário, um supressor de surtos e um filtro contra interferências.
59
Figura 3.5 - Diagrama de um no-break on-line de dupla conversão.
3.3 - By-pass e chave estática
O by-pass é um caminho alternativo, desvio que o equipamento possui para em
caso de manutenção ou defeito do equipamento, para que carga não fique sem
alimentação. A princípio em caso de manutenção preventiva, deve-se acionar o by-pass,
e executar a manutenção o mais rápido possível, pois quando o sistema está em bypass, a carga fica sujeita a quedas de rede, salvo se a rede alternativa seja a saída de
outro no-break [18].
A transição do by-pass deve ser a mais rápida possível, para evitar que a carga
sofra qualquer perturbação. No caso de computadores, o tempo recomendado para
esta transição, deve ser menor que 1/4 de ciclo. O by-pass pode ser feito através de
relé, em no-break de pequeno porte, ou através de contator, nos de grande porte. Estes
dois componentes possuem um tempo de resposta muito grande sendo a contator mais
crítico que o relé, visto que há relés de comutação rápida. Para diminuir o tempo de
comutação dos contatores de by-pass, é normalmente utilizado um TRIAC.
Figura 3.6 - Circuito de um no-break com chave estática.
60
3.4 – Conversor CC/CA
O conversor CC/CA, também chamado de
inversor, pode ser considerado o principal constituinte
de um no-break, é ele o responsável de gerar a tensão
de saída de um no-break, ele pode, ter várias
topologias, mas as mais utilizadas são:
Push Pull
Meia ponte
Ponte completa
Push-pull
A estrutura básica de um inversor tipo Push-pull esta representada na figura 3.7
[13]. Nesta configuração, as chaves S1 e S2 são acionadas uma por vez, gerando a
tensão no secundário.
Figura 3.7 - Estrutura básica de um inversor Push-pull.
Esta topologia é normalmente utilizada em no-break de pequeno porte, e normalmente
se acrescenta transistores em paralelo à medida que se quer aumentar a potência do
no-break.
Principio de Funcionamento de um Inversor Push-Pull:
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/cassiano/materiais/EPOII___Capitulo_4___Inversor_push_pull.pdf
61
Meia ponte
Meia ponte é uma configuração mais utilizada em equipamentos de maior porte,
por ser um inversor mais estável que o Push-pull, a configuração básica de uma meia
ponte está representado na figura 3.8 [13], o seu funcionamento, da mesma forma que
a Push-pull, deve-se acionar um transistor de cada vez, gerando a forma de onda da
saída.
Figura 3.8 – Estrutura básica de um inversor Meia-ponte
Principio de Funcionamento de um Inversor Meia-Ponte
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/cassiano/materiais/EPOII___Capitulo_4___Inversor_half_bridge.pdf
Ponte Completa
O circuito de um inversor em Ponte Completa está ilustrado na figura 3.9 [13].
As chaves S1 e S2, assim como S3 e S4, devem operar de forma complementar.
Com a mesma tensão do barramento CC, a máxima tensão de saída do
inversor em ponte completa é o dobro do máximo valor obtido com
inversor em meia ponte.
Normalmente é utilizado em maiores níveis de potência, quando comparado ao
inversor Meia ponte.
62
Figura 3.9 – Estrutura básica de um inversor em Ponte Completa.
Principio de Funcionamento de um Inversor Ponte Completa
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/cassiano/materiais/EPOII___Capitulo_4___Inversor_full_bridge.pdf
Leitura Adicional
Estágio Inversor Para No-breaks
http://www.cp.com.br/upl/artigo_17.pdf
3.5 - Carregador
O carregador é um ponto fundamental em um no-break, pois ele é
responsável pela carga das baterias, e essas por sua vez, pela
manutenção da saída do no-break em caso de falta da rede. Se o
carregador for de baixa qualidade, ele compromete o tempo de vida do
banco de baterias, diminuindo em muito o tempo de vida do mesmo.
É normalmente dito "Banco de bateria", o conjunto de baterias que
alimentam o no-break.
63
Um Cl muito comum encontrado em No-Breaks é o LM 317 [15]. Internamente,
ele possui um circuito de proteção e um operacional configurado como comparador. A
figura 3.10 ilustra um circuito regulador para carregador de bateria.
Figura 3.10 – Configuração de carregador utilizando LM317
Para completar existem duas formas de carga, que são recomendadas, a UUI e a
UI. Os gráficos dos dois carregadores estão representados nas figuras 3.11 e 3.12 [19].
 Vi é a tensão da bateria no início da carga.
Figura 3.11 – Gráfico de Carga de um Carregador UUI.
64
Figura 3.12 – Gráfico de Carga de um Carregador UI.
Vantagens dos Carregadores tipo UUI e UI:
• Não há risco de a bateria ferver;
• Não requer a presença de um operador;
• O carregador pode ficar sempre ligado à bateria.
No carregador tipo UUI a bateria pode ser carregada até 100%. Já no
carregador tipo UI a bateria não ultrapassa 85% de carga.
3.6 - Formas de onda
A forma de onda de saída de um no-break, na grande maioria é
quadrada, por ser a mais fácil de se obter. Esta forma de onda é mais
utilizada em sistemas off-line, pelo baixo custo. Estes equipamentos
alimentam, geralmente, computadores de uso pessoal, os quais tem
entrada com retificador a diodo e filtro capacitivo.
65
Não devemos utilizar no-breaks de onda quadrada em equipamentos
muito delicados, como, equipamentos biomédicos. Estes equipamentos
podem apresentar defeito em seu funcionamento, devido às harmônicas
geradas pela forma de onda de saída. Aconselha-se nestes casos nobreaks de saída senoidal.
Além da forma de onda quadrada e senoidal, há uma terceira forma de onda de
saída que se chama quase quadrada ou senóide modificada. As três formas de ondas
estão representadas nas figuras 3.13, 3.14 e 3.15 [20].
Figura 3.13 - Forma de onda quadrada de saída.
Figura 3.14 - Forma de onda quase quadrada de saída.
Figura 3.15 - Forma de onda senoidal de saída.
66
3.7 - Potência de saída de um no-break
Normalmente a potência de saída de um no-break é dada em VA, mas os
equipamentos comerciais; TV, computadores, impressoras, são dadas em Watt (W).
Como então definir a capacidade de carga que um No-break
possui?
Quantos aparelhos o no-break consegue manter em caso de
falta de energia?
Uma maneira é multiplicar o fator de potência, geralmente fornecido pelo
fabricante, do no-break, pela sua potência de saída em VA.
Exemplo:
Supondo-se que o no-break é de 7,5KVA e o fator de potência (FP) é de 0,8 qual a
potência em Watt?
Outra forma é utilizar a tabela 3.1, que representa a potência em VA de alguns
aparelhos:
Cargas
Potência em VA
Micro+ monitor de 15pol
200
Servidor
350
Micro + monitor de 17pol
350
Impressora matricial
150
Jato de tinta
100
Hub
50
Impressora Lazer
1200
Scaner
30
Central Telefônica
250 a 1500
Terminal (Monitor)
100
Impressora fiscal
90
Balança eletrônica
70
Modem
20
Tabela 3.1 – Potência em VA de alguns aparelhos.
67
UNIDADE 4 - Tópicos Especiais em Manutenção de
Equipamentos de Eletrônica de Potência
68
4.1 - Introdução
A manutenção preventiva de qualquer equipamento elétrico pode ser
considerada como um dos ramos da técnica que mais evolui na atualidade, pois se
constitui em uma poderosa ferramenta para garantir o funcionamento continuo das
instalações responsáveis pelo suprimento e aproveitamento de energia elétrica. A
avaliação precisa dos custos envolvidos em qualquer tipo de interrupção de processo,
principalmente, quando se trabalha com conceitos estatísticos, sem sombra de dúvida,
resulta na necessidade de implantação de programas de manutenção preventiva.
Neste caso, os objetivos principais são adequar a cada intervalo de tempo, as
condições da instalação e seus equipamentos a um novo período ininterrupto de
funcionamento. Isto permite reduzir os custos dos problemas intempestivos, que
eventualmente ocorram durante os períodos de operação normal.
Executar a manutenção preventiva de um equipamento não implica
necessariamente na abertura, desmonte e remonte, nem ensaio do
mesmo, mas na realização de uma série de procedimentos padrão.
Estes, por sua vez, devem se basear nas características técnicas e
operativas, normalmente, suportadas por estudos estatísticos.
Deste modo, inspeções de rotina, objetivando o levantamento de dados de
corrente, tensão, temperatura e parâmetros capazes de indicar a existência ou evolução
de problemas internos ao equipamento também se inserem dentro das práticas de
manutenção preventiva. O objetivo das inspeções visando a manutenção preventiva dos
equipamentos elétricos é salva guardá-los contra interrupções e danos através da
detecção e eliminação de causas potenciais de defeitos. Neste sentido, a manutenção
periódica deve possibilitar muitos anos de operação livre de problemas [21].
4.2 - Atividades Básicas
A rotina para a execução das inspeções relativas a manutenção preventiva de
equipamentos elétricos envolve a observação visual de algumas de suas condições
especificas, bem como, quando possível, os reparos necessários que podem ser
realizados no campo. A frequência destas inspeções depende, sobretudo, da
importância critica do equipamento em questão, das condições ambientais, e/ou das
condições operacionais.
É necessário intervir imediatamente ao surgirem ou ao serem notados
quaisquer indicativos de anormalidades. A primeira providência a ser
tomada nestes casos é desligar o equipamento e examinar todas as suas
partes, tanto mecânicas como elétricas.
69
Deste modo, o conhecimento adequado de alguns sintomas, suas causas e
efeitos são de suma importância, pois permite evitar a evolução de problemas
indesejáveis que tornam necessária uma ação corretiva com prejuízos financeiros
elevados.
As rotinas de inspeção básicas para equipamentos elétricos em operação normal
envolvem, de uma forma geral, avaliar [21]:
Corrente: O aquecimento de um
equipamento elétrico depende de sua
capacidade térmica. O controle de sua
temperatura de operação se reveste de elevada
importância, pois, quando o mesmo opera
acima do nível máximo de temperatura
permitido pela classe de isolamento, ocorre um
decréscimo na sua expectativa de vida..
Um equipamento operando acima
de sua temperatura normal de
trabalho, tem sua expectativa de
vida reduzida.
Figura 4.1 – Medição da temperatura do motor
através de uma câmera termográfica.
Tensão: A tensão aplicada a um equipamento
deve ser monitorada de forma similar à corrente de
carga. Elevações de tensão e subtensões são fatores
que afetam o seu isolamento e o seu desempenho em
muitos casos.
Um equipamento operando acima de
sua tensão nominal pode ser
danificado.
Figura 4.2 – Instrumento utilizado para
medição de tensão (Multímetro).
70
Limpeza: É importante que o equipamento
fique isento de poeiras, teias de aranha, fiapos de
algodão, óleo, ou seja, sujeira em geral. A sujeira cria
uma camada nos enrolamentos e/ou carcaça
diminuindo a troca de calor com o ambiente, além de
reter umidade e provocar um curto-circuito, bem
como, ser um elemento propagador de incêndios.
Desta forma, é conveniente limpar externamente o
equipamento e, logo após, as suas partes internas. Para
tanto, usa-se ar comprimido seco e limpo, soprando-se
o pó e os resíduos do seu interior. É importante
certificar-se que todas as passagens de ar estão livres e
desimpedidas.
4.3 - Testando componentes
Como testar capacitores com um Multímetro analógico?
Procedimentos
a) Coloque o multímetro na escala de resistência.
b) Encostar uma ponta de prova em cada terminal do capacitor.
c) Observe a movimentação do ponteiro do multímetro.
Não encoste as mãos nas partes metálicas das
pontas de prova, nem nos terminais dos
capacitores, pois isto alterará as medições e
testes.
Para medir capacitores acima de 10000 uF use a escala X1.
Para medir capacitores entre 1000 uF a 10000 uF use as escalas X1 ou X10.
Para medir capacitores entre 100 uF a 1000 uF use as escalas X10 ou X100.
Para medir capacitores entre 10 uF e 100 uF use as escalas X100 ou X1K.
Para medir capacitores entre 1 uF e 10 uF use as escalas X1K ou X10K.
Para medir capacitores entre 100 nF e 1 uF use as escalas de 1K ou 10K ou 100K.
Para medir capacitores entre 1nF e 100 nF use a escala de 100K.
71
Interpretação dos Resultados
Caso o ponteiro suba e desça o capacitor estará bom, ou seja, o ponteiro
subiu, pois estava circulando uma corrente para carregar o capacitor,
terminada a carga acaba a corrente e o ponteiro volta para a posição
inicial, o infinito. Quanto maior o valor do capacitor maior será o tempo
que o ponteiro levará para subir e descer.
Se o ponteiro subir e ficar parado em alguma posição entre zero e o
infinito (mesmo que comece a descer e pare) o capacitor estará com
fuga, ou seja, uma corrente contínua está circulando através dele e isto já
é sinal que este capacitor não está bom.
Se o ponteiro for direto para o zero o capacitor estará em curto. Também
não está bom. Neste caso toda a corrente fornecida pelas pilhas do
multímetro atravessará o capacitor, ele não oferece nenhuma resistência,
e por isto o ponteiro vai para o zero.
Se o ponteiro não se mover o capacitor estará aberto, sem capacitância, e
não estará bom. Neste caso o capacitor nem chegou a se carregar e é por
isto que o ponteiro nem se moveu. Ficou na posição indicada por infinito.
Observações:
Com este teste não dá para saber o valor do capacitor, mas apenas se ele não
está aberto, com fuga ou em curto. Para saber o valor exato é necessário o uso de um
capacímetro. O que podemos fazer é pegar um capacitor, que sabemos que está bom e
seja do mesmo valor do capacitor testado, e comparar a leitura no multímetro deste
capacitor com o capacitor a ser testado, para isto memorize as posições em que o
ponteiro para na medição de um e do outro. Se der muita diferença entre estas posições
provavelmente o capacitor em teste terá alguma alteração.
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Teste em Capacitores:
www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=rN2z-rYtZDU#!
72
Como testar diodos?
Existem diversas técnicas para testar centenas
de tipos diferentes de componentes eletrônicos. Essas
técnicas fazem uso de instrumentos simples, como o
provador de continuidade e o multímetro, até o
emprego do osciloscópio no levantamento de curvas.
O que testar em um Diodo?
Quando polarizados no sentido direto, os diodos
apresentam uma baixa resistência e quando polarizados no
sentido inverso, uma alta resistência. Podemos testar um
diodo justamente verificando o estado de sua junção, se ela
apresenta as propriedades indicadas. Podemos também
levantar sua curva característica para avaliar seu estado
usando o osciloscópio.
Instrumentos Usados
- Provador de continuidade
- Multímetro
- Provadores específicos
Muitos multímetros são dotados de recursos específicos para isso, ou
seja, têm a função prova de diodos.
Quais Diodos podem ser testados?
Qualquer diodo de silício ou germânio com correntes de 1 mA a 100 A, e tensões de
trabalho de 10 a 1 000 V.
73
Procedimentos
No teste inicial, mostraremos como fazer a prova de estado da junção de um diodo [22].
a) Coloque o multímetro numa escala intermediária
de resistências (x 10 ou x 100) e zere-o. Se estiver
usando o provador de continuidade, coloque-o em
condições de funcionamento.
b) Retire o diodo do circuito em que se encontra ou
levante um dos seus terminais, desligando-o do
circuito.
c) Meça a resistência ou continuidade nos dois
sentidos (faça uma medida e depois outra invertendo
as pontas de prova).
A figura 4.3 [22] mostra como realizar essa prova usando o multímetro.
Figura 4.3 – Realizando testes em diodos utilizando o Multímetro (fonte [22]).
74
Interpretação dos Resultados
Um diodo em bom estado deve apresentar uma baixa resistência em um
sentido (polarização direta) e uma alta resistência no sentido oposto
(polarização inversa).
Um diodo que apresente baixa resistência nos dois sentidos encontra-se
em curto e alta resistência nos dois sentidos, se encontra aberto.
A baixa resistência pode variar entre 10 ohms e 2 000 ohms conforme o
diodo e não representa a resistência que ele vai apresentar quando
usado numa aplicação prática, mas sim a resistência vista pelo
multímetro em função de sua baixa corrente de teste.
A resistência alta deve ser superior a 1M ohm. Um diodo com resistência,
na prova inversa, entre 10.000 ohms e 100.000 ohms apresenta fugas.
Existem aplicações menos críticas, como fontes, em que essa resistência
inversa ou fuga é tolerada.
Outros Testes
Muitos multímetros digitais e mesmo analógicos possuem uma função de prova
específica para diodos semicondutores. Nesta prova é usada uma corrente direta um
pouco maior que a empregada na simples medida de resistências, de modo a se obter
uma melhor condição de condução.
Nesses casos, como o do multímetro ilustrado na figura 4.4 [22], basta usar essa função
no teste de diodos.
Figura 4.4 – Teste direto utilizando o Multímetro (fonte [22]).
75
Procedimento
a) Encaixa-se o diodo nos locais designados, ou então seleciona-se a
função e liga-se o diodo às pontas de prova.
b) Verifica-se a indicação de estado dada pelo multímetro.
Interpretação
A indicação é direta. O provador indica se o diodo está bom ou ruim (em
curto, com fugas, aberto).
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Teste de Diodos em:
http://www.youtube.com/watch?v=KCZkmFsWwUs
Teste em transistores Bipolares (NPN, PNP)
Um transistor, para efeitos de testes, não é nada mais que dois diodos. A
verificação com o multímetro é executada em função das duas junções PN.
A medição executa-se da mesma forma que num díodo normal PN [23].
Teste em transistor NPN
O teste é efetuado medindo todas as junções. A figura 4.5 [23] ilustra as indicações e
posições do multímetro que representam o componente em perfeitas condições.
Figura 4.5 – Teste em Transistor NPN (fonte [23]).
76
Teste em transistor PNP
O teste é efetuado medindo todas as junções. A figura 4.6 [23] ilustra as indicações e
posições do multímetro que representam o componente em perfeitas condições.
Figura 4.6 – Teste em Transistor PNP (fonte [23]).
Comentários
Em um transistor PNP só deve existir condução entre base e emissor e
entre base e coletor apenas quando a ponta negativa estiver na base e a
positiva ou no coletor ou no emissor.
Em um transistor NPN só deve existir condução entre base e emissor e
entre base e coletor apenas quando a ponta positiva estiver na base e a
negativa ou no coletor ou no emissor.
Qualquer outra indicação mostra um transistor com defeito.
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Teste em Transistores:
http://www.youtube.com/watch?v=zAHmZzdC5dQ
Teste em Transistores:
http://www.e2pro.com.br/dica1.html
77
4.4 - Manutenção em Fontes de Alimentação
O problema mais comum apresentado pela
fonte de alimentação é a dilatação e/ou
vazamento dos capacitores eletrolíticos,
essa dilatação e/ou vazamento quase
sempre não impede o funcionamento da
fonte e do computador, mas faz ambos funcionarem mal,
porém esse mal funcionamento não é constante e pode
intercalar em períodos de tempo que variam de horas ou
até mesmo dias, por esse motivo diagnosticar a causa do
defeito é bastante difícil.
Figura 4.7 – Vista externa de uma fonte de
alimentação
Há várias possibilidades causadoras desse dilatamento/vazamento, mas a mais
comum é o superaquecimento interno da fonte. Sabe aquele ventilador que fica na
parte de traz do computador soprando ar quente, ele é responsável pela refrigeração da
fonte, quaisquer defeitos nele (parada, diminuição da rotação ou obstrução) faz com
que a temperatura interna de sua fonte suba muito causando dilatação e/ou vazamento
dos capacitores eletrolíticos, acarretando consequentemente no mau funcionamento do
PC [24].
As figuras 4.8 e 4.9 [24] ilustram a visão interna de uma fonte de alimentação, os
capacitores eletrolíticos estão circulados de vermelho.
Figura 4.8 – Vista interna de uma fonte de alimentação (fonte [24]).
78
Figura 4.9 – Detalhe no capacitor eletrolítico dilatado (fonte [24]).
O que fazer?
Quando acontece esse tipo de defeito o
mais recomendado é a troca da fonte (a não ser
que você mesmo saiba trocar os capacitores), leve
em conta que se você optar pela a substituição
dos capacitores, o preço final do serviço
(juntamente com o preço da mão de obra) vai
ficar em aproximadamente R$30,00 e o preço de
uma fonte nova é de aproximadamente R$45,00,
obviamente uma fonte nova sempre será melhor
que uma fonte usada e reparada.
79
Como evitar?
Os cuidados que você tem que
tomar para prolongar a vida útil da fonte
são simples: evite usar o PC em ambientes
demasiadamente
quentes,
acredite:
colocar um ventilador para ventilar o
fundo do gabinete só piora a situação,
evite
usar
o
PC
em
lugares
demasiadamente empoeirados e por fim
tome cuidado para não obstruir a saída de
ar da fonte (o “ventiladorzinho” atrás do
gabinete), não encostando demais o
fundo do computador em paredes ou
mesas
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre conserto de Fontes de Alimentação:
http://www.youtube.com/watch?v=hqVKhP_MpNs
Conserto de Fontes de Alimentação:
http://cursoircmoimenta.no.comunidades.net/index.php?pagina=
1688849377_06
4.5 – Solução de Problemas em No-Break
Segue, abaixo, um quadro para resolver pequenos
problemas de operação e instalação do no-break [25].
As soluções podem variar de acordo com o fabricante. Entre em contato
com o fabricante no caso de problemas complexos com o no-break.
80
Problema e/ou causa possível
Solução
O no-break não liga
A bateria não está conectada Verifique se o conector da bateria está
corretamente.
totalmente encaixado.
O no-break não está conectado à Verifique se o cabo de alimentação que vai do
rede elétrica.
no-break até a tomada de energia está conectado
firmemente nas duas extremidades.
Tensão muito baixa ou sem tensão
na rede elétrica.
Verifique o funcionamento da tomada que
alimenta o no-break ligando um abajur nela. Se a
luz estiver muito fraca, examine a tensão da rede
elétrica.
O no-break não desliga
O no-break está com uma falha Não tente usar o no-break. Retire o no-break da
interna.
tomada e providencie o seu conserto
imediatamente.
O no-break emite um bipe de vez em quando
Operação normal do no-break
quando está funcionando com
bateria.
Nenhuma: O no-break está protegendo os
equipamentos conectados.
O no-break não está mantendo os equipamentos conectados funcionando durante o
tempo esperado
A(s) bateria(s) do no-break está(ão) Carregue a(s) bateria(s). As baterias necessitam
fraca(s) devido a uma queda de de recarga após quedas de energia prolongadas.
energia elétrica recente ou sua vida Elas podem se desgastar mais rapidamente
útil está terminando.
quando colocadas em funcionamento frequente
ou sob temperaturas elevadas. Se a(s) bateria(s)
estiver(em) perto do fim de sua vida útil,
considere a possibilidade de substituí-la(s),
mesmo se o LED replace battery ainda não estiver
aceso.
81
Todos os LEDs estão acesos e o no-break emite um bipe constante
O no-break está com uma falha Não tente usar o no-break. Retire o no-break da
interna.
tomada e providencie o seu conserto
imediatamente.
Os LEDs do painel frontal piscam em sequência
O
no-break
foi
desligado Nenhuma:
O no-break
será reiniciado
remotamente através de software automaticamente quando a energia da rede
ou de uma placa auxiliar opcional.
elétrica voltar.
Os LEDs do painel frontal piscam em sequência
O
no-break
foi
desligado Nenhuma:
O no-break
será reiniciado
remotamente através de software automaticamente quando a energia da rede
ou de uma placa auxiliar opcional.
elétrica voltar.
Todos os LEDs estão desligados e o no-break está ligado na tomada da parede
O no-break está desligado ou a Nenhuma:
O no-break
será
reiniciado
bateria está descarregada devido a automaticamente quando a energia da rede
uma queda de energia prolongada. elétrica for restaurada e a bateria tiver carga
suficiente.
O LED Overload está aceso e o no-break emite um tom de alarme contínuo
O no-break está sobrecarregado.
Os equipamentos conectados excederam a
“carga máxima” especificada. O alarme
permanece soando até que a sobrecarga seja
removida. Desconecte do no-break os
equipamentos não essenciais para eliminar a
condição de sobrecarga.
O no-break continuará a fornecer energia
enquanto permanecer on-line e o disjuntor não
desarmar; o no-break não fornecerá energia das
baterias caso haja interrupção na tensão da rede
elétrica.
O LED de falha na fiação do local no painel traseiro está aceso
O no-break está ligado a uma Os tipos de falhas de fiação detectados incluem:
tomada da rede elétrica com fiação falta de aterramento, neutro invertido com fase e
inadequada.
sobrecarga do circuito do neutro.
82
O disjuntor de entrada do no-break desarma
Os
equipamentos
conectados Desconecte do no-break todos os equipamentos
excederam a “carga máxima” não essenciais. Rearme o disjuntor.
especificada.
O no-break funciona com bateria, embora exista tensão da linha
O disjuntor de entrada do no-break Desconecte do no-break todos os equipamentos
desarma.
não essenciais. Rearme o disjuntor.
O sistema está com uma tensão de Transfira o no-break para um circuito diferente:
linha muito alta, muito baixa ou Geradores a combustível podem causar
distorcida.
distorções na tensão. Teste a tensão de entrada
com o display de tensão da rede elétrica
(consulte Operação). Se for aceitável para os
equipamentos conectados, reduza a sensibilidade
do no-break.
Os LEDs de carregamento de bateria e de consumo de energia pelas cargas piscam
simultaneamente
O no-break desligou. A temperatura Verifique se a temperatura ambiente está dentro
interna do no-break excedeu o dos limites de operação especificados. Verifique
limite permitido para operação se o no-break está instalado corretamente,
segura.
permitindo uma ventilação adequada. Espere que
o no-break esfrie. Reinicie o no-break.
Diagnóstico da tensão da rede elétrica
Todos os cinco LEDs estão acesos.
A tensão da linha encontra-se extremamente alta
e deve ser examinada.
O LED não está aceso.
LED On Line
O LED não está aceso.
O LED está piscando.
A tensão da linha encontra-se extremamente alta
e deve ser examinada.
O no-break está funcionando com bateria ou
precisa ser ligado.
O no-break está executando um autoteste
interno.
83
Mídias Integradas
Assita ao vídeo sobre Manutenção de No-Break:
http://www.youtube.com/watch?v=5BEA7kvqBM0
Manutenção em No-break
http://www.manutencaodenobreak.com.br/
4.6 - Precauções
Antes de qualquer intervenção em equipamentos de um sistema elétrico,
algumas precauções preliminares de segurança devem ser observadas, objetivando-se
prevenir a integridade tanto do pessoal quanto dos equipamentos, ou seja [21]:
a) Quando da realização de testes em equipamentos, estes
deverão estarem bem sinalizados, delimitando-se a área de
trabalho e de passagem;
b) Deverá ser utilizado somente ferramental adequado a cada tipo
de tarefa;
c) Nunca executar sozinho, serviços próximos a circuitos
energizados;
d) Certificar-se, através de inspeção visual, de que os
equipamentos liberados para a manutenção estejam totalmente
desenergizados;
e) Cuidar para que todo o pessoal envolvido nos testes esteja
munidos de dos equipamentos de proteção necessários.
84
UNIDADE 5 - Normas Técnicas
85
5.1 - Classificação de equipamento quanto à proteção
A NBR 6151 [26] classifica os equipamentos quanto à proteção contra choques
elétricos em caso de falha da isolação. Esta classificação aplica-se a equipamentos
elétricos e eletrônicos previstos para serem alimentados por uma fonte externa de
tensão igual ou inferior a 400V entre fases. (250V entre fase e terra) e destinados a uso
em residências, escritórios, oficinas e análogos.
Classes de Equipamento
Os números das classes não se destinam a refletir o nível de segurança do
equipamento, mas, apenas, a indicar o modo pelo qual a segurança é obtida.
 Equipamento classe 0:
Equipamento no qual a proteção contra os choques elétricos depende exclusivamente
da isolação básica, não sendo previstos meios para ligar as massas ao condutor de
proteção da instalação, dependendo a proteção, em caso de falha da isolação básica,
exclusivamente do meio ambiente.
 Equipamento classe I
Equipamento no qual a proteção contra choques elétricos não depende exclusivamente
da isolação básica, mas inclui uma precaução adicional de segurança sob a forma de
meios de ligação das massas ao condutor de proteção da instalação, de forma a que
essas massas não possam causar perigos em caso de falha da isolação básica.
 Equipamento classe II
Equipamento cuja proteção contra choques elétricos não depende exclusivamente da
isolação básica, mas inclui precauções adicionais de segurança tais como isolação dupla
ou reforçada, não havendo meios de aterramento de proteção e não dependendo de
condições de instalação.
 Equipamento classe III
Equipamento no qual a proteção contra choques elétricos é baseada na ligação do
equipamento a uma instalação de extra-baixa tensão de segurança.
86
A tabela abaixo fornece as principais características do equipamento em função
desta classificação e indica as precauções necessárias à segurança em caso de falha na
isolação básica.
Tabela 5.1 – Características principais e precauções de segurança.
Classe 0
Características Sem
principais do proteção
equipamento
adicional em
caso
de
falha
da
isolação
básica
Precauções de MeioSegurança
ambiente
sem terra
Classe 1
Proteção por
aterramento
prevista
Classe II
Isolação
suplementar,
mas
sem
meios
de
proteção por
aterramento
Classe III
Previsto para
alimentação
através
de
instalação de
extra-baixa
tensão
de
segurança
Ligação
ao Não
é Ligação
e
aterramento
necessária
instalação de
de proteção
qualquer
extra-baixa
precaução.
tensão
de
segurança.
Na aplicação desta norma é necessário consultar:
NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão
NBR 5473 – Eletrotécnica e Eletrônica – Instalações de baixa tensão – Terminologia.
5.2 - Índice de proteção de equipamentos elétricos
A NBR 6146 [27] fixa as condições exigíveis aos graus de proteção providos por
invólucros de equipamentos elétricos de tensão nominal não superior a 72,5kV.
Sistema de Classificação
A designação para indicar o grau de proteção é constituída pelas letras
características IP, seguida de dois números (numerais característicos), que indicam
conformidade com as condições estabelecidas nas Tabelas 5.2 e 5.3, respectivamente
para o primeiro e segundo numeral.
87
Primeiro numeral característico
O primeiro numeral característico indica o grau de proteção dado pelo invólucro
em relação às pessoas e ao equipamento no seu interior. A Tabela 5.2 descreve,
sumariamente, na 3ª coluna, os objetos que, para cada grau de proteção representado
pelo primeiro numeral característico, “não devem poder penetrar” no interior do
invólucro.
Segundo numeral característico
O segundo numeral característico indica o grau de proteção dado pelo invólucro,
tendo em vista a penetração prejudicial de água. A Tabela 5.3 descreve, na 3ª coluna, o
tipo de proteção previsto para o invólucro, para cada um dos graus de proteção
representado pelo segundo numeral característico.
Tabela 5.2 - Graus de proteção indicados pelo primeiro numeral característico.
Primeiro numeral
Graus de proteção
característico
Descrição
Corpos que não devem penetrar
0
Não protegido
Sem proteção especial
1
Protegido contra objetos Uma grande superfície do corpo
sólidos maiores que 50 humano, como a mão. Objetos sólidos
mm
cuja menor dimensão é maior que
50mm.
2
Protegido contra objetos Os dedos ou objetos similares, de
sólidos maiores que 12 comprimento não superior a 80mm.
mm
Objetos sólidos cuja menor dimensão
é maior que 12 mm.
3
Protegido contra objetos Ferramentas, fios, etc., de diâmetro
sólidos
maiores
que ou espessura superior a 2,5mm.
2,5mm
Objetos sólidos cuja menor dimensão
é maior que 2,5 mm.
4
Protegido contra objetos Fios ou fitas de largura superior a
sólidos
maiores
que 1,0mm. Objetos sólidos cuja menor
1,0mm
dimensão é maior que 1,0 mm.
5
Protegido contra poeira
Não é totalmente vedado contra a
penetração de poeira, porém a poeira
não deve penetrar em quantidade
suficiente que prejudique a operação
do equipamento.
6
Totalmente
protegido Nenhuma penetração de poeira.
contra poeira
88
Tabela 5.3 - Graus de proteção indicados pelo segundo numeral característico.
Segundo numeral
Graus de proteção
característico
Descrição
Proteção Dada
0
Não protegido
Nenhuma proteção especial
1
Protegido contra quedas As gotas d’água (caindo na vertical) não
verticais de gotas d’água. devem ter efeitos prejudiciais.
2
Protegido contra queda A queda de gotas d’água vertical não deve
de gotas d’água para uma ter efeitos prejudiciais quando o invólucro
inclinação máxima de 15˚. estiver inclinado em 15˚ para qualquer
lado de sua posição normal.
3
Protegido contra água Água aspergida de um ângulo de 60˚ da
aspergida.
vertical não deve ter efeitos prejudiciais.
4
Protegido
contra Água projetada de qualquer direção
projeções d’água.
contra o invólucro não deve ter efeitos
prejudiciais.
5
Protegido contra jatos Água projetada de qualquer direção por
d’água.
um bico contra o invólucro não deve ter
efeitos prejudiciais.
6
Protegido contra ondas Água proveniente de ondas ou projetada
do mar
em jatos potentes não deve penetrar no
invólucro em quantidades prejudiciais.
7
Protegido contra imersão Não deve ser possível a penetração de
água, em quantidades prejudiciais, no
interior do invólucro imerso em água, sob
condições definidas de tempo e pressão.
8
Protegidos
contra O equipamento é adequado para
submersão
submersão contínua em água, nas
condições especificadas pelo fabricante.
Esta Norma não especifica graus de proteção contra danos mecânicos ao
equipamento, risco de explosões, ou condições tais como umidade (por exemplo,
produzida por condensação), vapores corrosivos ou fungos.
Exemplo de designações:
Invólucro protegido contra a penetração de objetos sólidos cuja
menor dimensão é maior que 1,0 mm (primeiro numeral
característico igual a 4) e contraprojeções d’água (segundo numeral
característico igual a 4) .
Designação: IP 44
89
5.3 - Interferência Eletromagnética
A interferência eletromagnética (EMI) pode dar origem a vários problemas
importantes. E importante distinguir se são insignificantes, tais como a distorção de
recepção de TV, devido ao funcionamento de um secador, ou se são importantes como
danos ao funcionamento de um produto. A ausência de compatibilidade entre os
produtos e o seu ambiente eletromagnético está se tornando uma questão muito
importante, dada a crescente difusão de dispositivos de telecomunicações móveis e
outros microprocessadores.
O problema da compatibilidade eletromagnética surge quando coexistem, num
mesmo ambiente, equipamentos incluindo componentes elétricos e/ou aparelhos
eletrônicos que podem gerar interferência eletromagnética. Tais distúrbios são de fato
produzidos por variações de tensão e corrente, interagindo com o ambiente em que
outros aparelhos já estão presentes e eles induzem tensões não desejadas sobre esses,
podendo criar interferência.
Um sistema eletrônico capaz de operar de modo compatível com outros
sistemas eletrônicos satisfaz os três critérios básicos:
 Não causar interferência com outros sistemas;
 Não é suscetível às emissões provenientes de outros sistemas;
 Não causa interferência interna.
Frente a esta questão, normas técnicas têm sido elaboradas para suprir a
necessidade de se estabelecer valores máximos de emissão de perturbações
eletromagnéticas, e também de verificar o correto desempenho dos equipamentos
submetidos a tais perturbações. Entre os diversos assuntos que são abordados
internacionalmente sobre o tema, atualmente no Brasil está sendo finalizado o
documento NBR IEC 61000-4-30, o qual trata de medição de parâmetros para qualidade
de energia.
Brasil busca por alinhamento
compatibilidade eletromagnética:
às
normas
internacionais
para
http://www.ipt.br/ipt_na_midia/102-compatibilidade_eletromagnetica.htm
90
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92