Tema 08: Aplicações Residenciais, Comerciais e Industriais

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

2. Sumário • Objetivos • Introdução • AplicaçãoResidencial • 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

3. 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.

4. 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.

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

6. 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).

7. 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

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

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

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

11. Aplicação ResidencialFogão Elétrico de indução • Esquemático e Funcionamento:

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

13. Aplicação ComercialNo-break • Elementos: • Retificadores • Conversores • Chave estatica • Baterias

14. Aplicação ComercialNo-break • Funcionamento:

15. Aplicação IndustrialAcionamento 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

16. Aplicação Industrial Acionamento de Motores com Inversores de Frequência • Funcionamento

17. 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.

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

19. 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.

20. Aplicação Industrial Soldador Elétrico

21. Aplicação Industrial Soldador Elétrico

22. 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

23. 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.

24. Questão 2: Figura:

25. Conclusão • Importância da Eletrônica de Potência • Multidisciplinaridade

26. 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.