ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS

Engenharia Elétrica

7ª Série Eletrônica de Potência

A atividade prática supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de

ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de um conjunto de etapas

programadas e supervisionadas e que tem por objetivos:

� Favorecer a aprendizagem.

� Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo aprendizado eficiente e

eficaz.

� Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

� Desenvolver os estudos independentes, sistemáticos e o autoaprendizado.

� Oferecer diferentes ambientes de aprendizagem.

� Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas pelas Diretrizes

Curriculares Nacionais dos Cursos de Graduação.

� Promover a aplicação da teoria e conceitos para a solução de problemas

práticos relativos à profissão.

� Direcionar o estudante para a busca do raciocínio crítico e a emancipação

intelectual.

Para atingir estes objetivos a ATPS propõe um desafio e indica os passos a

serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução.

A sua participação nesta proposta é essencial para que adquira as

competências e habilidades requeridas na sua atuação profissional.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida

profissional.

AUTORIA:

Marcelo Blanco

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Marcelo Blanco

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

� Aplicar conhecimentos matemáticos, científicos, tecnológicos e instrumentais à Engenharia. Projetar e conduzir experimentos e interpretar resultados.

� Conceber, projetar e analisar sistemas, produtos e processos. Planejar, supervisionar, elaborar e coordenar projetos e serviços de Engenharia.

� Identificar, formular e resolver problemas de Engenharia. � Desenvolver e/ou utilizar novas ferramentas e técnicas.

Produção Acadêmica Neste trabalho o aluno deverá produzir: • Relatórios parciais, com os resultados das pesquisas realizadas nas Etapas 1, 2, 3, 4,

5 e 6. • Relatório final. • Apresentação final em Power Point.

Participação Esta atividade será, em parte, desenvolvida individualmente pelo aluno e, em parte,

pelo grupo. Para tanto, os alunos deverão: • organizar-se, previamente, em equipes de 3 a 5 participantes; • entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina e • observar, no decorrer das etapas, as indicações: Aluno e Equipe.

Padronização O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as

normas da ABNT1, com o seguinte padrão: • em papel branco, formato A4; • com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; • fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; • espaçamento de 1,5 entre linhas; • se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas; • com capa, contendo:

• nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; • nome e RA de cada participante; • título da atividade; • nome do professor da disciplina; • cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

1 Consulte o Manual para Elaboração de Trabalhos Acadêmicos. Unianhanguera. Disponível em:

<http://www.unianhanguera.edu.br/anhanguera/bibliotecas/normas_bibliograficas/index.html>.

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DESAFIO

Ao final deste desafio, você terá projetado e implementado um controlador de tensão, que pode ser utilizado como dimmer (controle de iluminação), controlador de resistências, controlador de velocidade de motores universais (utilizados em eletrodomésticos), entre outras aplicações. Para tanto, serão utilizados os conhecimentos adquiridos ao longo do curso, em especial nesta disciplina, complementados com algumas informações adicionais obtidas mediante pesquisa.

Embora este não seja um projeto complexo, alguns tópicos importantes da disciplina serão abordados, como tiristores e controladores de tensão baseados em ângulo de disparo, comuns em projetos de conversores CA-CA. A versatilidade deste tipo de circuito permite que o equipamento seja utilizado também em outras situações que requeiram controle de potência.

Este projeto deverá ser desenvolvido em grupo, com cinco a sete integrantes por equipe, ou a critério do professor.

Figura 1 – Exemplo de projeto de controlador de tensão CA dimmer

Objetivo do desafio

Ao final deste desafio, você terá projetado e implementado um controlador de tensão.

ETAPA 1 (tempo para realização: 4 horas)

� Aula-tema: Dispositivos semicondutores de potência; Diodos de potência; Tiristores (SCR, DIAC, TRIAC e GTO) Esta atividade é importante para que você conheça e compreenda as principais

características e aplicabilidade do diodo de potência, componente básico para a construção de dispositivos semicondutores de potência e dos tiristores, que constituem uma importante

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família de componentes eletrônicos destinados ao chaveamento de correntes, todos muito utilizados em projetos de eletrônica de potência.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

O componente semicondutor básico é o diodo, tanto na eletrônica convencional como na eletrônica de potência. Para aplicações onde a corrente é elevada, o método construtivo e o encapsulamento (invólucro do semicondutor) são diferenciados. Pesquise, no livro-texto e na bibliografia complementar, as características que diferenciam um diodo comum de um diodo de potência e complemente sua pesquisa, utilizando ferramentas de busca na Internet (exemplos: www.google.com.br, www.altavista.com, www.bing.com, etc.), para obter mais informações sobre construção interna e tipos de encapsulamento de diodos de potência.

Figura 2 – Exemplos de encapsulamentos de semicondutores de potência

Salve, em uma pasta, as informações coletadas, inclusive figuras que ilustrem os tipos de encapsulamentos.

Passo 2 (Pequisa)

Montar uma tabela, relacionando os métodos construtivos de diodos de potência e as características típicas associadas (corrente máxima, potência máxima, tensão reversa máxima). Formate o documento de acordo com as normas da ABNT. Crie outra tabela, relacionando os nomes dos encapsulamentos usuais às correspondentes figuras ilustrativas coletadas na pesquisa. Ambos os documentos integrarão o relatório final do projeto.

Passo 3 (Aluno)

Os tiristores dividem-se entre SCRs, DIACs, TRIACs e GTOs, e podem ser considerados como componentes derivados do diodo de potência, assim como o transistor bipolar. De forma similar à pesquisa feita para o diodo de potência, pesquise, na bibliografia básica, na complementar e também na Internet, as características que diferenciam um tipo de tiristor do outro e as especificações usuais para estes componentes. Salve as informações coletadas, em uma pasta, inclusive figuras que ilustrem a construção interna e a simbologia, bem como figuras que possam ajudar a ilustrar o comportamento destes componentes.

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Passo 4 (Equipe)

Elaborar um documento, seguindo as normas ABNT de formatação, apresentando os diferentes tipos de tiristores, sua simbologia, construção, comportamento e aplicação. Complemente o documento com informações sobre os dispositivos disponíveis no mercado (potência, corrente máxima, encapsulamento, etc.). Este documento será uma parte importante do relatório final.

ETAPA 2 (tempo para realização: 3 horas)

� Aula-tema: Dispositivos semicondutores de potência; Transistores de potência (BJT, UJT, MOSFET e IGBT) Esta atividade é importante para que você conheça e compreenda as principais

características e aplicabilidade dos transistores, muito utilizados em amplificação analógica e em comutação de potência, podendo substituir os tiristores, com vantagens em alguns casos.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar, no livro-texto, na bibliografia complementar e na Internet, sobre o funcionamento, as características e propriedades dos transistores bipolares de potência (BJTs). Salve as informações coletadas, em uma pasta, inclusive as figuras que ilustram a construção interna, a simbologia, e o comportamento destes componentes.

Passo 2 (Equipe)

Elaborar um documento segundo as normas ABNT de formatação, apresentando os tipos de transistores bipolares, sua simbologia, construção, comportamento, encapsulamento e aplicação.

Passo 3 (Aluno)

Repetir o Passo 1, para os transistores tipo UJT, MOSFET e IGBT, com mais ênfase nos dois últimos. Salve as informações e figuras ilustrativas. Inclua na sua pesquisa o site a seguir indicado, que poderá ajudá-lo a esclarecer a aplicação de cada tipo de componente de potência.

Sites sugeridos para pesquisa

• Eletrônica Industrial. Disponível em: <https://docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwcENZMG02SVVsWVU/edit>. Acesso em: 06 maio 2012.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um documento segundo as normas ABNT de formatação, apresentando os diferentes tipos de transistores, sua simbologia, construção, comportamento, encapsulamento e aplicação. Lembre-se de que ambos os documentos integrarão o relatório final do projeto.

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ETAPA 3 (tempo para realização: 3 horas)

� Aula-tema: Conversores CA/CC monofásicos – Retificadores; Retificadores monofásicos controlados ou não: meia onda, onda completa com tap central, onda completa e ponte Esta atividade é importante para que você compreenda o processo de obtenção de

tensão contínua, em ambiente industrial, a partir de uma rede alternada. Ainda que o projeto proposto seja o de um conversor CA-CA, muitas vezes a tensão controlada deve ser retificada antes de ser transferida para a carga.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar, no livro-texto, na bibliografia complementar e na Internet, o funcionamento, as características e as propriedades dos circuitos “retificadores” e, dentro deste assunto, procure pelos tópicos “meia onda”, “onda completa” (usando transformador com derivação central) e “em ponte”, “não controlados” e “controlados”. Analise o funcionamento destes tipos de retificadores e salve as informações coletadas, em uma pasta, inclusive as figuras que ilustram a construção e o funcionamento destes circuitos.

Sites sugeridos para pesquisa

• Circuitos Retificadores. Disponível em: <https://docs.google.com/file/d/0Bx50NPmVz1UwSXUyWlctWTJuSFU/edit>. Acesso em: 06 maio 2012.

Passo 2 (Equipe)

Analisar as vantagens e desvantagens de cada modelo de circuito retificador encontrado. Para tanto, pesquise esta análise nos textos levantados e discuta o tema com os colegas.

Passo 3 (Equipe)

Organizar as informações coletadas, classificando os retificadores, e elabore um documento, em um editor de texto, segundo a norma ABNT de formatação, descrevendo o funcionamento de cada circuito e analisando suas vantagens e desvantagens. Este documento será uma parte importante do relatório final.

ETAPA 4 (tempo para realização: 3 horas)

� Aula-tema: Choppers; Choppers - Operação abaixadora e elevadora de tensão; Classificação e Tipos de choppers; Conversores CC/CA monofásicos – Inversores; Modulação por largura de pulso (PWM); Inversores de frequência; Controladores de tensão CA, Controle de ciclo integral, Controle de fase, Cicloconversores monofásicos Esta atividade é importante para que você compreenda os diferentes tipos de circuitos

utilizados, na indústria, para controle de potência na carga, que pode ser obtida através da

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geração de CC ou de CA, a partir de uma fonte CA ou a partir de uma fonte CC. O projeto proposto é um circuito conversor CA-CA, do tipo controlador de tensão CA, e emprega a técnica controle de fase, usual em soluções tipo dimmer.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Aluno)

Pesquisar, no livro-texto, na bibliografia complementar e na Internet, informações sobre “conversores estáticos” e sobre os diferentes tipos de conversores estáticos existentes. Procure obter informações um pouco mais detalhadas a respeito dos circuitos “chopper”, “inversor” e “controlador de tensão”, como princípio geral de funcionamento, características e aplicação. Salve as informações coletadas, em uma pasta, inclusive as figuras que ilustram a construção e o funcionamento dos circuitos.

Passo 2 (Aluno)

Pesquisar, na bibliografia básica, na complementar e na Internet, o tema “controle de ângulo de disparo”, dentro do tópico “controladores de tensão”. Procure assimilar o princípio de funcionamento deste tipo de circuito, em especial daqueles construídos com TRIACs. Salve o material pesquisado

Passo 3 (Equipe)

Organizar as informações coletadas e elabore um documento, em um editor de texto, segundo a norma ABNT de formatação, descrevendo de forma geral as variantes de “conversores estáticos” e, mais detalhadamente, os circuitos “controladores de tensão”, com ênfase nas variantes que utilizam a técnica “controle do ângulo de disparo”. Este documento é a base teórica do projeto e também será uma parte importante do relatório final.

ETAPA 5 (tempo para realização: 3 horas)

� Aula-tema: Tiristores - SCR, DIAC, TRIAC e GTO; Controladores de tensão CA, Controle de ciclo integral, Controle de fase, Cicloconversores monofásicos Esta atividade é importante para que você defina o projeto do controlador de tensão

CA – “dimmer”. A base do projeto é um circuito que pode ser encontrado, com pequenas variações, em vários sites da Internet e que pode ser utilizado no projeto por você, ou seu grupo, com pouca variação ou como ponto de partida para um circuito mais sofisticado.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Acessar o site http://sprags.com/index.html (acesso em 15/06/2010) e leia as informações e dicas oferecidas sobre dimmers. Como o material está em inglês, utilize o auxílio de tradutores automáticos ou dicionários, se necessário. O site divulga uma versão do circuito com

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proteções contra interferências de RF, sobretensão e sobrecorrente e é, portanto, um dos mais bem elaborados. Este circuito utiliza um DIAC, para controlar o ângulo de disparo de um TRIAC, que, efetivamente, é o responsável pelo controle da potência na carga.

Passo 2 (Equipe)

Pesquisar a bibliografia básica, a complementar e outros sites da Internet, em busca de mais versões de circuitos “dimmer” com TRIAC. Analise e discuta o funcionamento dos circuitos encontrados, com os colegas e, se necessário, com o professor.

Passo 3 (Equipe)

Elaborar o circuito elétrico do controlador de tensão AC – “dimmer” do seu projeto, tendo por base o circuito do site indicado. Você e seu grupo têm liberdade para alterar o projeto, principalmente visando a acrescentar melhorias. Discuta as melhorias planejadas, com colegas e com o professor, antes de estabelecer o circuito definitivo. Elabore uma lista de componentes.

Passo 4 (Equipe)

Elaborar um documento, com formatação ABNT, descrevendo o projeto do “dimmer”. Os textos dos sites podem ajudá-lo, e a seu grupo, mas evite cópias. A finalidade do documento é explicar o funcionamento do circuito, tendo por base os textos já redigidos anteriormente, com a teoria necessária. Este texto, juntamente com o circuito elétrico, comporá o capítulo “PROJETO” do relatório final.

ETAPA 6 (tempo para realização: 4 horas)

� Aula-tema: Tiristores - SCR, DIAC, TRIAC e GTO; Controladores de tensão CA, Controle de ciclo integral, Controle de fase, Cicloconversores monofásicos Esta atividade é importante para que você conclua o projeto e obtenha um resultado

final. Idealmente, você deverá montar o circuito e verificar seu funcionamento, mas uma simulação computacional também é satisfatória. Após a conclusão do projeto em si, a documentação do trabalho deverá ser finalizada e entregue ao professor, para avaliação.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Montar o circuito do projeto e testá-lo, caso haja recursos disponíveis nos laboratórios de eletricidade/eletrônica da unidade, ou simulá-lo em um software de simulação elétrica, caso esteja disponível na unidade. A avaliação deste passo ficará a critério do professor.

Passo 2 (Equipe)

Elaborar a complementação do relatório final, que deverá conter a introdução teórica, composta basicamente pelas pesquisas efetuadas, a descrição do projeto — inclusive o

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esquema elétrico, a lista de componentes e a análise de seu funcionamento, o resultado da simulação ou o resultado da montagem prática, conclusão e bibliografia (pesquisas).

Livro Texto da disciplina: AHMED, A. Eletrônica de Potência. 1ª ed. São Paulo: Pearson - Prentice Hall, 2000.