Lista Pos AEM 2o 2013

LISTA DE EXERCCIO ACIONAMENTO ELETRNICO DE MQUINAS ELTRICAS

Elaborao: Professor Volpiano

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Nome:_______________________________________________________n_______

Lista de Exerccio

AEM PS

Professor Volpiano



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01-) Dado o retificador trifsico de onda completa no controlado, admitindo diodos de potncia, onde a fonte de alimentao est fechado em estrela, cujas tenses so: VRN = V0 V, VSN = V-120 V, VTN = V120 V. Circuito:

Pede-se: Desenhe as formas de onda para os itens abaixo Para a chave S1 fechada e S2 aberta, pede-se: a-) A forma de onda da tenso na carga. b-) A forma de onda da tenso reversa nos diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6. c-) A forma de onda da corrente nos diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6. d-) A forma de onda das correntes nos fusveis F1, F2, F3. Para a chave S1 aberta e S2 fechada, pede-se: a-) A forma de onda da corrente nos diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6. b-) A forma de onda das correntes nos fusveis F1, F2, F3. 02-) Sabendo que as tenses de fase da fonte de alimentao possuem os seguintes valores. VRN = VSN = VTN = 127V, sendo o valor do resistor de carga RL = 10. Adotar queda de tenso nos diodos = 1,2V 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 F1, 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.



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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 = 10. Adotar queda de tenso nos diodos = 1,2V 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 F1, 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.

04-) Dado o retificador de 12 pulsos conectado em srie representado pela figura abaixo sabendo que as tenses de linha na rede de alimentao possuem os seguintes valores:

15013,8kV VTR ,90-13,8kV VST ,3013,8kV VRS . A relao de transformao KT entre o primrio e o secundrio igual (62,76) e entre o primrio e

tercirio e igual (36,23), sendo a carga resistiva igual a 5 , adotando queda de tenso nos diodos igual

1,2V. Com os valores calcule.

a-) As tenses de linha no secundrio e no tercirio do transformador mdulo e ngulo.

b-) A tenso mdia e a corrente mdia na carga.

c-) A corrente mdia, a corrente eficaz e a tenso reversa nos diodos

d-) As correntes de linha no primrio, secundrio e no tercirio do transformador .

e-) Dimensione os diodos e o fusveis do primrio, secundrio e do tercirio do transformador.



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05-) Foi realizado a medida das correntes harmnicas, na fase (R) da rede de alimentao, e no neutro do circuito abaixo, obtendo os valores da tabela 1 e da tabela 2, sabendo que o fator de potncia entre a tenso 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 Mximos

Fundamental 15,94 A 3 harmnica 12,57 A 5 harmnica 6,94 A 7 harmnica 2,26 A 9 harmnica 1,11 A

11 harmnica 0,993 A Tabela 2 Correntes no neutro da alimentao Componentes harmnicas no neutro Valores mximos

3 harmnica 37,7 A 9 harmnica 3,33 A

15 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



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06-) Foi realizado a medida das correntes harmnicas, na fase (R) da rede de alimentao, de um inversor de frequncia trifsico obtendo os valores da tabela 1, sabendo que o fator de potncia entre a tenso e a corrente 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 Mximos

Fundamental 100 A 5 harmnica 92A 7 harmnica 84A

11 harmnica 66A 13 harmnica 58A 17 harmnica 37A 19 harmnica 29A 23 harmnica 14A 25 harmnica 10A

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.



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07-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitude de 1500 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 45 oC. O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que a rotao na carga deve variar de 10 a 50 RPM sendo o conjugado resistente na ponta do eixo da carga igual 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].

08-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitude de 1500 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 45 oC. O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que a rotao na sada do redutor deve variar de 10 a 50 RPM sendo o conjugado resistente na ponta do eixo do redutor 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 1

Polia 2

Correia em V

Inversor Motor

Redutor

Ponta do eixo do Redutor

Redutor Carga Mecnica Inversor Motor

R S T



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09-) Uma mquina utilizada em uma indstria para transporte de matria prima opera a uma altitude menor que 1000 metros, onde a temperatura no local de trabalho pode chegar a 40 oC. O motor eltrico acoplado mquina atravs do sistema apresentado na figura abaixo, sabendo que a rotao na carga deve variar de 40 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 com ventilado 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].

10-) 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 plos do motor seis ,rendimento 91,2% , fator de potncia 84%, potncia mecnica no eixo 50 CV.Com os valores Calcule: a-) O escorregamento do motor em porcentagem. b-) A corrente nominal do motor. c-) O torque do motor em (Nm) e em (Kgfm)

Polia 1

Polia 2

Correia em V

Inversor Motor

Redutor Carga Mecnica



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11-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 180 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

Estado T1 T2 T3 T4 T5 T6 1 0 0 0 1 1 1 2 1 0 0 0 1 1 3 1 1 0 0 0 1 4 1 1 1 0 0 0 5 0 1 1 1 0 0 6 0 0 1 1 1 0

Tabela das tenses na carga

Estado VRS VST VTR VRN VSN VTN 1 2 3 4 5 6



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12-) Dado o circuito de potncia simplificado de um inversor six step 120 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

Estado T1 T2 T3 T4 T5 T6 1 1 1 0 0 0 0 2 0 1 1 0 0 0 3 0 0 1 1 0 0 4 0 0 0 1 1 0 5 0 0 0 0 1 1 6 1 0 0 0 0 1

Tabela das tenses na carga

Estado VRS VST VTR VRN VSN VTN 1 2 3 4 5 6



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13-) Dado o sistema de modulao de um inversor PWM senoidal, sabendo que a frequncia no motor igual a 30Hz sendo a tenso no link dc igual a 540V, Calcule: a-) O ndice de modulao do Inversor de freqncia b-) 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 inversor.



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14-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais: Va = 260V; Ra = 0,8; La = 200 mH; Vf = 200V; Rf = 160; 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 grfico abaixo, 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

T1

VRN VSN VTN

1D1

1D4

1D3

1D6

1D5

1D2

F1

F2

F3

Ra La Ea

1

T2

1

T32

1

T42

1

T5

1

R frenagem

Rf Lf

Vf

C1

RSREL_01

W

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

RPM

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

TL [Nm]



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15-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais: Va = 300V; Ra = 0,894; La = 300 mH; Vf = 200V; Rf = 180; Lf = 600mH; nn = 3000 rpm, KT = 0,7032 (Nm/A) e KV = 0,7032 (V.s/A.rd). O motor esta controlando uma carga que requer um torque constante TL = 40 Nm considerando o motor em regime permanente no ponto de anlise, desprezando o atrito, sendo a tenso de linha da rede de alimentao 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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16-) A forma de onda abaixo representa a tenso aplicada nos terminais da armadura do motor DC , por um conversor Chopper. Com os valores calcule a-) Utilizando o mtodo da integral da forma desenvolva a equao para calcular a tenso mdia aplicada no motor. b-) Utilizando a equao do item (a) calcule a tenso aplicada no terminal da armadura

17-) Calcule os resistores de base R1, 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. Considere para o calculo o regime permanente e as caractersticas nominais do motor DC. O motor DC a ser controlado, possui as seguintes caractersticas nominais: Potncia 1CV, Va = 150V; Ra = 4,7 ; La = 180 mH; Vf = 120V; Rf = 150; Lf = 500mH; nn = 1800 Rpm, KV = 0,8 (V.s/A.rd) e KT = 0,8 (Nm/A) , 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.

T1= 3,5ms

T2 = 1ms

T = 5ms

t

300V

VA

-300V

Motor

VL = La (dia/dt)

Ea

T3 = 0,5ms

150V



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18-) Dado o circuito retificador trifsico totalmente controlado abaixo, onde a tenso de fase da fonte de alimentao possui os seguintes valores: VRN = V0 V, VSN = V-120 V, VTN = V120 V. Pede-se.

a-) Desenhe as seguintes formas para a chave S1 fechada e S2 aberta.. Tenso na carga para = 30; = 60; = 90. Tenso reversa em T1, T3, T5 para = 30. Tenso reversa em T4, T6, T2 para = 60. Correntes nos fusveis F1, F2, F3 para = 90. b-) Desenhe as seguintes formas para a chave S1 aberta e S2 fechada Tenso na carga para = 60; = 90; = 150. Tenso reversa em T1, T3, T5 para = 60. Tenso reversa em T4, T6, T2 para = 90. Correntes nos fusveis F1, F2, F3 para = 90.



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19-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais: Va = 200V; Ra = 0,6; La = 200 mH; Vf = 200V; Rf = 180; Lf = 600mH; nn = 2000 rpm, KT = 0,7032 (Nm/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 motor em 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 tenso de campo e verifique se o torque do motor ser suficiente para acionar a carga.

TL

TM w

J

B

R

S

T

N1

Circuito de Disparo

T1 K1

T2 K2

T3 K3

T4 K4

T5 K5

T6 K6

R S T N1

T5

Ref. de Velocidade

Ref. de corrente



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20-) O circuito abaixo aciona um motor DC com as seguintes caractersticas nominais: Va = 260V; Ra = 0,76; La = 200 mH; Vf = 200V; Rf = 160; Lf = 600mH; nn = 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 permanente no 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 caso sabendo que : N1= 1000 esp. e N2 = 255 esp.

Grfico do conjugado da carga em funo da rotao

TL

Tw

J

B

R

S

T

N1

Circuito de Disparo

G1 K

1

G2 K

2

G3 K

3

G4 K

4

G5 K

5

G6 K

6 R S T N1

T5

Ref. de Velocidade

Ref. de corrente

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

RPM

4

8

12

16

20

24

28

32

36

40

TL [Nm]

Lista Pos AEM 2o 2013

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