Acionamento Eletronico Motores Exercicios

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Lista de exercícios resolvidos sobre Acionamento Eletrônico Motores (Eletrônica de Potência).

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  • LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    Nome:~~~ C r.

    Lista de Exerccio

    no/22/7-2'/17V///Yl/J Z'q' Av~l'WwiJ Ind~*,~1

    ,AEMPOS

    Professor Volpiano

    ELABORAO: PROFESSOR VOLPIANO

  • LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    2

    01-) Dado o retificador trifsico de onda completa no controlado, admitindo diodos de potncia, onde afonte de alimentao est fechado em estrela, cujas tenses so:

    VRN= VLO V, VSN= VL-120 V, VIN=VLI20oV.Circuito:

    00- 82

    R

    L

    Para a chave SI fechada e S2 aberta, pede-se:a-) A forma de onda da tenso na carga. Ib-) A forma de onda da tenso reversa nos didos DI, D2, D3, D4, D5, D6.c-) A forma de onda da corrente nos dia dos DI, D2, D3, D4, D5, D6.d-) A forma de onda das correntes nos fusveis FI, F2, F3.

    Para a chave S I aberta e S2 fechada, pede-se:a-) A forma de onda da corrente nos diodos DI, D2, D3, D4, D5, D6.b-) A forma de onda das correntes nos fusveis FI, F2, F3.

    02-) Sabendo que as tenses de fase da fonte de alimentao possuem os seguintes valores.VRN = VSN = VIN = 127V, sendo o valor do resistor de carga RL = 10ftAdotar queda de tenso nos diodos = 1,2VCalcule:a-) A tenso e a corrente mdia na carga.b-) A tenso e a corrente eficaz na carga.c-) A corrente mdia e eficaz nos diodos.d-) Dimensione os fusveis FI, F2, F3.e-) Dimensione os diodos para esta aplicao.f-) Calcule o rendimento do retificador.g-) Calcule a potncia ativa, reativa e aparente e o fator de potncia visto pela rede de alimentao.

    01 05

    RL

    F1

    F2

    F3

    04

    ELABORAO: PROFESSOR VOLPIANO

    03

    0206

  • LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    3

    03-) Sabendo que as tenses de linha da fonte de alimentao possuem os seguintes valores.VRS = VST = VTR = 380V, sendo o valor do resistor de carga RL = IOQ.

    Adotar queda de tenso nos diodos = I,2V

    Calcule:a-) A tenso e a corrente mdia na carga.b-) A tenso e a corrente eficaz na carga.c-) A corrente mdia e eficaz nos diodos.d-) Dimensione os fusveis FI, F2, F3.e-) Dimensione os diodos para esta aplicao.f-) Calcule o rendimento do retificador.g-) Calcule a potncia ativa, reativa e aparente e o fator de potncia visto pela rede de alimentao.

    F1

    F2

    06

    01 05

    RL

    03

    0204

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    4

    04-) Foi realizado a medida das correntes harmnicas, na fase (R) da rede de alimentao, e no neutro docircuito abaixo, obtendo os valores da tabela 1 e da tabela 2, sabendo que o fator de potncia entre atenso e a corrente fundamental igual a 0,9865.Calcule os itens abaixo.Tabela 1 Correntes na linha de alimentao da fase R.

    Componentes harmnicas na rede de alimentao Valores MximosFundamental 15,94 A3 harmnica 12,57 A5 harmnica 6,94 A7 harmnica 2,26 A9 harmnica 1,11 A11 harmnica 0,993 A

    Tabela 2 Correntes no neutro da alimentao

    Componentes harmnicas no neutro Valores mximos3 harmnica 37,7 A9 harmnica 3,33 A15 harmnica 1,37 A

    a-) Calcule o valor da corrente na fase (R) considerando as componentes harmnicas.b-) Calcule o fator de deformao harmnico da corrente na fase (R) .c-) Calcule a taxa de distoro harmnica da corrente na fase (R).d-) Calcule o novo fator de potncia do circuito considerando as componentes harmnicas.e-) Calcule a corrente no neutro considerando as componentes harmnicas.f-) Calcule em valores porcentuais o quanto a corrente no neutro maior que a corrente na fase (R)levando em considerao as componentes harmnicas.Circuito

    D4

    D3

    :> VRN

    Cl RLl

    D7

    D8

    C2 RL2

    Dll

    Ar-----------------+--b----.I neutro

    D12

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    RL3C3

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    5

    05-) Foi realizado a medida das correntes harmnicas, na fase (R) da rede de alimentao, de um inversorde frequncia trifsico obtendo os valores da tabela I, sabendo que o fator de potncia entre a tenso e acorrente fundamental igual a 0,9569.Calcule os itens abaixo.

    Tabela 1 Correntes na linha de alimentao da fase R.

    Componentes harmnicas na rede de alimentao Valores MximosFundamental 100 A5 harmnica 92A7 harmnica 84A11 harmnica 66A13 harmnica 58A17 harmnica 37A19 harmnica 29A23 harmnica 14A25 harmnica lOA

    a-) Calcule o valor da corrente na fase (R) considerando as componentes harmnicas.b-) Calcule o fator de deformao harmnico da corrente na fase (R).c-) Calcule a taxa de distoro harmnica da corrente na fase (R) .d-) Calcule o novo fator de potncia do circuito considerando as componentes harmnicas.

    01 03 051 1

    REL_01

    RSF1

    R frQnagem

    .J:!:C1i'

    -~9~_~9:a -~9~ -~9~fL1

    D~f 02 l2 l3Da1

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    06-) Calcule os resistores RI, R7, R8, R9 e RIO e suas respectivas potncias em valores comerciais para ocircuito de disparo e acoplamento abaixo para acionar um POWER MOS.Condies do circuito:ICl para T7 saturado 50mAIC2 para Ql saturado lmAVE=5VPara T7 cortadoTenso VGS =VRIO = 10VVR9=2VAdotar 78xx = 7812Adotar R27 = 10KQ

    R1i:J~-< 01 F4oCircuito de potncia:VI = 160VRL=20Q

    POWER MOS modeloIRF640Caractersticas:Tenso de dreno fonteVDS= 200VCorrente de dreno ID= 16Apara 25C e ID= lIA para100C sendo Vos = 10VResistncia de dreno fonteRDS(ON)= O,18Q paraVos = 10V e ID= 8ATenso de gate fonte mnimaVOSTH= 4V

    08

    010

    R9 GT1

    T7R10

    ST1

    FOTOACOPLADORPTICO TIL 111Caractersticas:Emissor ( Led )Corrente do emissorIF= 16 mATenso do emissorVF = 1,2VReceptor ( Transistor)Tenso de coletor emissormxima VCEMAX= 30VTenso de coletor emissor nasaturao VCESAT= 0,4VCorrente de coletor mximaICMAX=2mA

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    Transitor BC 338CaractersticasTenso de coletor emissormxima VCEMAX= 25VTenso de coletor emissor nasaturao VCESAT= 0,3VCorrente de coletor mximaIc MAX= 500mAGanho do transistorHFE = 100 - 600VBEsat = 0,7 V

  • , . LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    1

    07 -) Calcule os resistores de base RI, R2, R3 e R4 e suas respectivas potncias para cada transistor,sabendo que a tenso de disparo entre os terminais base emissor de cada transistor igual a 5V. Considerepara o calculo o regime permanente e as caractersticas nominais do motor De.

    o motor DC a ser controlado, possui as seguintes caractersticas nominais:Potncia ICV, Va = 150V; Ra = 4,7 Q; La = 180 mH; Vf= 120V; Rf= 150Q; Lf= 500mH; no = 1800Rpm, KV = 0,8 (V.s/A.rd) e KT = 0,8 (NmlA) , Tm = 4 Nm.

    o transistor darlington que ser utilizado possui as seguintes caractersticas:BU 931P; VCE = 400V, VCB = 500V, IC = 15A a uma temperatura de 25C, VBEsat = 2,2V, HFE =300, VCEsat = 1,8V.

    Ti TI

    1'2 T4

    + V]ONfE

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    2

    08-)0 circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais:Va = 260V; Ra = 0,8.Q; La = 200 mH; Vf = 200V; Rf = 160.Q; Lf = 600mH; nn=2000 Rpm,KV = 0,85 (V.s/A.rd) e KT = 0,85 (Nm/A) . O motor esta controlando uma carga conforme grficoabaixo, considere o sistema em regime permanente no ponto de anlise, desprezando o atrito,Calcule:

    a-) A corrente na armadura do motor DC para a rotao de 1500 rpm.b-) A fora contra eletromotriz para a rotao de 1000 rpm.c-) A tenso na armadura do motor DC para a rotao de 1700 rpm.d-) A potncia mecnica nominal em Watts e em CV do motor DC.e-) O torque do motor DC em Kgfm na rotao de 2000 rpm

    VI

    DI 03 05.-J

    ~.-J

    I I

    REL_OIRS

    FI

    Atrenagem

    F2

    +F3 CI .-J T5

    + VSN .-J~ T2 T4

    04 06 02I I

    w

    TL [Nrn]

    5045403530252015105

    RPM

    200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

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    3

    09-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais:Va = 300V; Ra = 0,894Q; La = 300 mH; Vf = 200V; Rf = l80Q; Lf = 600mB; n, = 3000 rpm, KT =0,7032 (NrnlA) e KV = 0,7032 (V.s/A.rd).O motor esta controlando uma carga que requer um torque constante TL = 40 Nm considerando o motorem regime permanente no ponto de anlise, desprezando atrito, sendo a tenso de linha da rede dealimentao igual a 220V.Calcule:

    a-) A potncia mecnica nominal em CV do motor DC.b-) O torque nominal do motor DC em Kgfm na rotao de 3000 rpm.c-) Dimensione as chaves de potncia e os diodos para o pior caso.d-) Dimensione os fusveis para o pior caso.

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    10-) A forma de onda abaixo representa a tenso aplicada nos terminais da armadura do motor DC , porum conversor Chopper.

    Com os valores calcule

    a-) Utilizando o mtodo da integral da forma desenvolva a equao para calcular a tenso mdia aplicadano motor.b-) Utilizando a equao do item (a) calcule a tenso aplicada no terminal da armadura

    VA

    300V

    150V I- - - - - - --Motor

    Ea II

    ~L = La (dia/dt)-.-300V 1-----

    r-,T3 = 0,5 ~s

    Tl=3,5ms

    T2 = lms

    T=5ms

    t

    11-) Dado o motor de corrente alternada com as seguintes caractersticas nominais:Tenso de alimentao 440V, freqncia da rede 60 Hz , rotao do rotor 1180 RPM , nmero de plosdo motor seis .rendimento 91,2% , fator de potncia 84%, potncia mecnica no eixo 50 CV.Com osvalores Calcule:

    a-) O escorregamento do motor em porcentagem.b-) A corrente nominal do motor.c-) O torque do motor em (Nm) e em (Kgfm)

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    5

    12-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 1800 e sua tabela de chaveamento,complete:

    a-) A tabela das tenses na carga ( motor ).b-) Desenhe os grficos das tenses de linha e fase na carga conforme valores da tabela do item a.

    Circuito:

    Tabela de Chaveamento

    + V

    Estado TI T2 T3 T4 TS T61 O O O 1 1 12 1 O O O 1 13 1 1 O O O 14 1 1 1 O O O5 O 1 1 1 O O6 O O 1 1 1 O

    Tabela das tenses na carga

    Estado VRS VST VTR VRN VSN VTN123456

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    6

    13-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 1200 e sua tabela de chaveamento,complete:

    a-) A tabela das tenses na carga ( motor ).b-) Desenhe os grficos das tenses de linha e fase na carga conforme valores da tabela do item a.

    Circuito:

    Tabela de Chaveamento

    T5R

    + V

    Estado TI T2 T3 T4 T5 T6I I I O O O O2 O I I O O O3 O O I I O O4 O O O I I O5 O O O O I I6 I O O O O I

    Tabela das tenses na carga

    Estado VRS VST VTR VRN VSN VTNI23456

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    14-) Dado o sistema de modulao de um inversor PWM senoidal, sabendo que a frequncia no motor igual a 30Hz sendo a tenso no link de igual a 540V, Calcule:

    a-) O ndice de modulao do Inversor de freqnciab-) Calcule a tenso de linha e fase aplicada nos terminais do motor.c-) Calcule o ndice da portadora.d-) Calcule a freqncia de chaveamento.e-) Calcule a relao Volts/ Hertz do nversor.

    15-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitude de1500 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 45C.O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que arotao na carga deve variar de 10 a 50 RPM sendo o conjugado resistente na ponta do eixo da cargaigual 150 Kgfm, com tenso da rede igual 440 V trifsica e frequncia de 60 Hz.Determine o Motor e o inversor recomendado considerando torque constante e motor alto ventilado.Para o redutor tem-se:Rendimento do redutor = 75%Relao de reduo do redutor = [1 : 30].

    R S T

    Inversor Motor Redutor Carga Mecnica

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    8

    16-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitude de1500 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 45C.O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que arotao na sada do redutor deve variar de 10 a 50 RPM sendo o conjugado resistente na ponta do eixo doredutor igual 298 Kgfm, com tenso da rede igual 440 V trifsica e frequncia de 60 Hz.Determine o Motor e o inversor recomendado considerando torque constante.Para o redutor tem-se:Rendimento do redutor = 75%Relao de torque do redutor = [1 : 30].Para a polia em V tem-se:Rendimento do acoplamento = 87%.Relao de reduo de velocidade entre a polia 1 e a polia 2 igual a [3 : 1].

    Polia 2 Redutor

    Ponta do eixo doRedutor

    Motor

    Correia em V

    Inversor Polia 1

    17-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitudemenor que 1000 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 40C.O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que arotao na carga deve variar de 30 a 600 RPM sendo o conjugado resistente na ponta do eixo da igual 50 Kgfm, com tenso da rede igual 440 V trifsica e frequncia de 60 Hz.Determine o Motor e o inversor recomendado considerando torque constante na carga e motor comventilado forada.Para o redutor tem-se:Rendimento do redutor = 88%Relao de reduo do redutor = [1 : 10].Para a polia em V tem-se:Rendimento do acoplamento = 80%.Relao de ampliao de velocidade entre a polia 1 e a polia 2 igual a [1 : 3].

    Correia em V

    Motor

    Redutor Carga MecnicaPolia 2

    Inversor Polia 1

    (\

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    9

    18-) Dado o circuito retificador trifsico totalmente controlado abaixo, onde a tenso de fase da fonte dealimentao possui os seguintes valores:VRN = VLO V, VSN = VL-120 V, VTN =VL120 V, Pede-se,

    Fl

    F2

    F3

    '\.,. VSN TN

    N

    a-) Desenhe as seguintes formas para a chave SI fechada e S2 aberta .. Tenso na carga para a = 30; a = 60; a = 90, Tenso reversa em TI, T3, T5 para a = 30, Tenso reversa em T4, T6, T2 para a = 60, Correntes nos fusveis FI, F2, F3 para a = 90,

    b-) Desenhe as seguintes formas para a chave SI aberta e S2 fechada Tenso na carga para a = 60; a = 90; a = 150, Tenso reversa em TI, T3, T5 para a = 60, Tenso reversa em T4, T6, T2 para a = 90, Correntes nos fusveis FI, F2, F3 para a = 90,

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    ()o-' S2

    R R

    L

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    10

    19-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais:Va = 200V; Ra = 0,6Q; La = 200 mH; Vf= 200V; Rf= 180Q; Lf= 600mH; no = 2000 rpm, KT = 0,7032(Nrn/A) e KV = 0,7032 (V.s/A.rd).O motor esta controlando uma carga que requer um torque constante TL = 45 Nm, considerando o motorem regime permanente no ponto de anlise, desprezando o atrito.Calcule:

    a-) A tenso necessria na armadura do motor DC para manter o motor a 1000 rpm.b-) O ngulo de disparo da ponte para o caso do item anterior.c-) A tenso necessria na armadura para elevar a velocidade para 1200 rpm.d-) A corrente na armadura para o caso anterior.e-) Ser necessrio elevar a velocidade do motor para 2200 rpm, calcule para este caso o valor da tensode campo e verifique se o torque do motor ser suficiente para acionar a carga.

    F7

    F1 [tF5 -=-Vf5'F2 LfF6F3

    3 2 3T4 T8 T2

    Nl

    R'5'T'

    Circuito de Disparo

    Nl

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    Ref. de Velocidade

    ef. de corrente

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    11

    20-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais:Va = 260V; Ra = 0,76Q; La = 200 mB; Vf = 200V; Rf = 160Q; Lf = 600mB; n, = 2000 rpm, KT =0,85(N.m!A), KV = 0,85 (V.s/A.rd) sendo VT = 1,2V.O motor esta controlando uma carga conforme grfico abaixo considere o sistema em regime permanenteno ponto de anlise, desprezando o atrito, Calcule:

    a-) O ngulo de disparo da ponte para a rotao de 1300 rpm.b-) Dimensione os SCRs para o pior caso.c-) Calcule a potncia nominal em CV do motor DC.d-) Dimensione os fusveis do primrio e secundrio do transformador e o transformador para o pior casosabendo que: Nl = 1000 esp. e N2 = 255 esp.

    40

    36

    32

    28

    24

    20

    16

    12

    8

    4

    T1

    F7

    F4 R' []F1 F5 S' Lf ~VfF2F6

    F3

    T4 T62 3

    N

    Ref. de Velocidade

    TLR'S'T'N

    Circuito de DisparoRef. de corrente

    N.

    TL [Nm]

    RPM

    200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000Grfico do conjugado da carga em funo da rotao

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  • VRN VSN VTN

    DI DI lJl DI 03 03

    Vi

  • VRIV V51\,1

    D5 DI DI 01 DI 03 D3 03 D506' 06' 06'

    . . .IJ2j 02 :02 j02 IJ

  • D5 [,1 DI DI DI 03 D3 J)306 OC!D(i oz D2 D202 t D4-Vr5 VJZ5!V~6 VRr! V/?T V~7!V57 VSI< ! VS-R ex,=

    I.bVROe

    06 06 ex,=ex,=

    I,C

    70;1

    ex,=ex,=

    ICIfJ2

    D2 D2-1-.;..-.---;......----.;....------r--I: :1----;....----:-_1 02 OZ

  • VRN VN

    05 OJ DI 01 DI D3 03 03 D506 D606 02 02 02 02. D6

    VSTi VS7 VSR iV5t

  • 05 DO DJ DI DI D3 D3 03 DS'06 O(} 06' 02 02 DZ 02 D4 04 Df)VTS VRS!V/
  • VR/l/ VSN VTIlI

    DI DI 0110106'1 os 02102

  • VR# VSN vrAlIOf,]f)2 I03

    I

    101, ZO$, I DG(bm 51Akrk

    $2 fChvck.

    0/ DIO{}

    u=De 06 D6)

    D6 :06

    VTS V~S !VR.) VKT ! VR7 V57 !V5T

    r.a.a.IO.L

    D1 Oi 01 u=u=

    /,a,a.IOg

    u=u=

    I.a.a.IlJ3

  • , ,, ,, ,

    I I 1 I____ L L _

    I I I II I 1 I I

    ,__~_=_u~_~~~~ja=~--~--~--~--~--~----~--~--~--~--~--~--~

    :ro5

    _-_/" r ... _

    --------

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    IOC

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  • Com 51 /ckda e5z /l.6~rk

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  • LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    5

    12-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 1800 e sua tabela de chaveamento,complete:

    a-) A tabela das tenses na carga ( motor ).b-) Desenhe os grficos das tenses de linha e fase na carga conforme valores da tabela do item a.

    Circuito:

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    ELABORAO: PROFESSOR VOLPIANO

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  • LISTA DE EXERCCIOACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

    6

    13-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 1200 e sua tabela de chaveamento,complete:

    a-) A tabela das tenses na carga (motor).b-) Desenhe os grficos das tenses de linha e fase na carga conforme valores da tabela do item a.

    Circuito:

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    Tabela de Chaveamento

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    Estado TI T2 T3 T4 T5 T61 1 1 O O O O2 O 1 1 O O O3 O O 1 1 O O4 O O O 1 1 O5 O O O O 1 16 1 O O O O 1

    Tabela das tenses na carga

    Estado VRS VST VTR VRN VSN VTN1 O O -1/ V O -V2 O Ii O O \I .~I!3 -V O O -V V O4 O O ti -V () 1/5 O -V O O ....11 V6 V O -V V -11 O

    ELABORAO: PROFESSOR VOLPIANO

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