Tema 08: Aplicações Residenciais, Comerciais e Industriais Luiz Fernando, Joel Ferraz, Renan Travi

Sumário Objetivos Introdução Aplicação Residencial Aplicação Comercial Reatores Eletrônicos Fogão Elétrico de indução Aplicação Comercial No-break Aplicação Industrial Acionamento de Motores com Inversores de Frequência Aquecedor por Indução Soldador Elétrico Questões Conclusão Referencia

Objetivos Apresentar as diversas aplicações da eletrônica de potencia nas áreas residenciais, comerciais e Industriais. Exemplificar tipos de dispositivos que utilizam sistemas de eletrônica de potencia, como retificadores e inversores. Elaborar exercícios que possibilitem melhor compreender o tema abordado.

Introdução A eletrônica de potência tem a função de controlar o fluxo de potência, processando energia das fontes de alimentação disponíveis através de dispositivos semicondutores de potência, para alimentar as cargas. Esse tecnologia no processamento da energia visa obter maior eficiência e qualidade.

Sistemas Eletrônica de Potência Os sistemas de eletrônica de potência consistem em muito mais que um conversor ou inversor de energia.

Aplicações da Eletronica de Potência Residencial e comercial: iluminação – reatores eletrônicos; computadores; equipamentos eletrônicos de entretenimento; elevadores; No-Break Industrial: acionamento de bombas, compressores, ventiladores, máquinas ferramenta e outros motores; iluminação; aquecimento indutivo; soldagem. Transporte: veículos elétricos; carga de baterias; locomotivas; metrô. Sistemas Elétricos: transmissão em altas tensões CC; fontes de energia alternativa (vento, solar,etc.); armazenamento de energia. Aeroespaciais: sistema de alimentação de satélites; sistema de alimentação de naves; Telecomunicações: carregadores de baterias; fontes de alimentação CC; sistemas ininterruptos de energia (UPS).

Aplicação Residencial Reatores Eletrônicos Os reatores são os principais responsáveis pela partida e funcionamento das lâmpadas fluorescentes Substitui o reator eletromagnético Principais Tipos: Alto/Baixo Fator de Potência Partida Rápida/Partida Instantânea

Aplicação Residencial Reatores Eletrônicos Características ideais para reatores eletrônicos: Operar em alta frequência Baixo custo Tensão de ignição ser a mínima necessária Poucas perdas Alto Fator de Potência Forma de onda mais próximo a senóide possível Partida rápida à lâmpada Não apresentar ruído audível Ser pequeno e leve

Aplicação Residencial Reatores Eletrônicos Reator Convencional de partida rápida Esquemático do circuito Circuito Simplificado

Aplicação Residencial Reatores Eletrônicos Proposta de um reator de baixo custo e alto Fator de Potência

Aplicação Residencial Fogão Elétrico de indução Esquemático e Funcionamento:

Aplicação Comercial No-break Dispositivo de proteção É um sistema de alimentação secundário de energia elétrica. Principais Tipos: No-Break Standby (off-line) Linha-Interativa On-Line Simples Conversão On-Line Dupla Conversão

Aplicação Comercial No-break Elementos: Retificadores Conversores Chave estatica Baterias

Aplicação Comercial No-break Funcionamento:

Aplicação Industrial Acionamento de Motores com Inversores de Frequência A sua função principal é, a partir de uma alimentação com frequência fixa, prover à carga uma alimentação ajustável. Vantagens Principais Tipos: Inversor escalar Inversor Vetorial de Tensão Inversor Vetorial de Fluxo

Aplicação Industrial Acionamento de Motores com Inversores de Frequência Funcionamento

Aplicação Industrial Aquecedor por Indução O aquecimento por indução é o processo de aquecimento de um objeto condutor eletricamente por indução eletromagnética , onde correntes de Foucault são gerados no interior do metal e conduz a resistência de aquecimento do metal. Um aquecedor de indução é constituído por um eletroímã , através do qual passa uma corrente alternada de alta frequência. A frequência usado depende do tamanho do objeto, do tipo de material, do acoplamento e da profundidade de penetração. 𝛿=𝑘 𝜌 𝑓 𝐼 𝑥 = 𝐼 𝑜 𝑒 − 𝑥 𝛿

Aplicação Industrial Aquecedor por Indução Funcionamento Fonte de Tensão – Ressonância em série Fonte de Corrente – Ressonância em paralelo

Aplicação Industrial Soldador Elétrico O equipamento da soldagem com eletrodo revestido consiste em uma fonte de alimentação constante de energia elétrica e o eletrodo revestido. Também faz parte o porta eletrodo, a garra para o terra os cabos elétricos de soldagem que faz a ligação dos dois a fonte de energia. A fonte de energia tem um papel fundamental de gerar uma corrente de energia constante, mesmo tendo variações na distancia do arco e na tensão elétrica. Isto é importante porque a maioria das aplicações são manuais, exigindo destreza do operador ao segurar o porta eletrodo.

Aplicação Industrial Soldador Elétrico

Aplicação Industrial Soldador Elétrico

Questão 1: Encontre o valores do capacitor, indutor e ciclo de trabalho do elevador de tensão de um NO-BREAK com as seguintes especificações: TENSÃO DE ENTRADA: 110V RMS FREQUÊNCIA DE ENTRADA: 60 Hz TENSÃO DE SAÍDA: 110V RMS FREQUÊNCIA DE SAÍDA: 60HZ POTÊNCIA MÁXIMA: 500W Sendo que o elevador de tensão deve transformar uma tensão de aproximadamente 50 V para 169 V

Questão 2: Para a bomba de calor single-speed da figura abaixo, assumindo que o período dela desligada e ligada é de 10 minutos de duração, sendo assim existem três ciclos por hora. Quando o compressor é ligado, sua saída cresce exponencialmente, atingindo 99% de sua máxima capacidade no fim do período. Uma vez o compressor desligado, o aquecimento (resfriamento) decai com uma constante de tempo pequena que pode ser considerado como instantâneo.  (A) Se a relação de potência elétrica é drenada através do intervalo ligado, calcule a perda na eficiência devido o crescimento exponencial na saída do compressor.  (B) Uma carga-proporcional capacidade modulada de bomba de calor é usada para eliminar o ciclo on-off acima. A eficiência do controlador é 96% e a eficiência do motor é inferior a 1% por causa de velocidade reduzida, a operação de carga reduzida e harmónicas do inversor, suponha que a eficiência do compressor permanece inalterada.

Questão 2: Figura:

Conclusão Importância da Eletrônica de Potência Multidisciplinaridade

Referências Reator Eletrônico de Baixo Custo e Alto Fator De Potência, Brioschi R. O., SBA Controle & Automação Vol. 9 no. 3 , 1998; Anderson Soares André, Reator eletrônico para Duas Lâmpadas Fluorescentes de 110W com Controle de Luminosidade e Alto Fator de Potência, Dissertação submetida à UFSC, 1997. Power Electronics: Converters, Applications, and Design, Mohan N., 3º edição, 2002.