ATIVIDADE 1 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – 53/2025

Nas primeiras unidades de Eletrônica de Potência tratamos de estudar os conceitos básicos de
circuitos chaveados quando calculamos a potência perdida na transferência entre fonte e carga.
Em seguida, discutimos os circuitos conversores básicos de CA para CC, os chamados
retificadores, que podem ser controlados ou não controlados. Controle da temperatura de um
forno industrial
Considere que o diagrama a seguir, ilustrado na Figura 1, representa o circuito de potência
simplificado de um forno elétrico, onde a energia absorvida pelo resistor de carga é
transformada em calor. Consideraremos a resistência como linear, visando analisar o circuito
de controle e a transferência de potência entre a fonte (Vs) e a carga (RL).

Figura 1: Controle de Temperatura de um forno industrial Fonte: o autor. Considere que Vs
representa uma fonte de tensão CC, VRL é a tensão entre os terminais do resistor. VDS
representa a tensão entre os terminais principais de uma chave estática de potência, Q1, que por
sua vez é comandada por um gerador de sinal PWM conectado ao terminal de controle da chave.
IRL representa a corrente no resistor de carga. Os dados de operação do circuito são:

Considere agora que uma chave REAL será utilizada no circuito. Isso significa que ela
apresentará perdas durante o funcionamento do circuito. O modelo escolhido foi o transistor
MOSFET CANAL N STB7NK80Z. Algumas características deste componente estão mostradas
na Tabela 1. Tabela 1:

Na Tabela 1 estão apresentados os valores de tempo de abertura (tSWon) e fechamento (tSWoff),
o limite de tensão entre Dreno e Source (VDSmáx), a queda de tensão em condução (VDSon),
a corrente de fuga (ILeak) e a potência máxima permitida para esta chave (Pmáx).
1 a) Conhecendo os parâmetros da chave, calcule a potência média dissipada na chave Q durante
o estado ligado.
1 b) Calcule a potência média dissipada na chave durante o estado bloqueado.
1 c) Calcule a potência máxima dissipada durante a ligação da chave.
1 d) Calcule a Potência Média Total dissipada na chave em relação ao ciclo de chaveamento.

2 Um retificador monofásico da Figura 3, onde os quatro diodos formam uma ponte completa
alimentando a carga RL genérica.

Dados do circuito: D1, D2, D3, D4: Diodos ideais; Vs: Fonte de tensão monofásica da rede
elétrica. R: Componente resistiva da carga, cujo valor é de 5 Ω; L: Componente indutiva da
carga, cujo valor é de 7,5 mH.
a) Se considerarmos os diodos como chaves ideais, qual o valor médio de tensão na carga se o
valor máximo da tensão monofásica é de 150 V em 50 Hz?
b) Qual o valor médio de corrente na carga considerando a mesma situação do item a)?
c) Qual o valor da potência, em Watts, absorvida pela carga RL?
Obs: Considere a 4ª ordem como a maior da série.

3 Você foi contratado para projetar um sistema em que um gerador eólico deve alimentar um
banco de baterias. A tensão de saída do gerador varia de 10 a 110 Vcc em diferentes condições
de vento e carga. Caso a potência drenada da máquina esteja abaixo da capacidade, a rotação
da turbina tende a aumentar e, consequentemente, a tensão nos seus terminais também aumenta.
De forma análoga, se a potência drenada for acima da capacidade, a rotação tende a diminuir
juntamente com a tensão.

Considerando que o banco de baterias resulta num barramento de 220 Vcc e o objetivo de que,
ao menor valor de tensão de operação disponível no gerador, o carregamento da bateria já
aconteça, responda às questões a seguir considerando as chaves estáticas como ideais.
a) A partir dos modelos de conversores cc-cc que você conheceu no curso de eletrônica de
potência, quais das topologias se adequam a este projeto? Justifique.
b) Considerando que a topologia escolhida é a BOOST, calcule os valores máximos e mínimos
de razão cíclica para transferir 10 kW do gerador para o banco de baterias
c) Desprezando as perdas na chave e nos elementos passivos, calcule a corrente média na
entrada do conversor quando o gerador fornece a potência máxima.
d) Considere que a bateria pode ser representada por uma impedância puramente resistiva de
20 Ω. Calcule o valor médio da indutância L do conversor Boost quando a tensão do barramento
estiver em 110 V e a tensão da bateria estiver regulada em 220 V, mantendo 5% de ondulação
sobre o valor médio de corrente no indutor. A frequência do conversor é 10 kHz.

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