Sistema veicular geracao_acumulacao_distribuicao_parte2

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Curso: Sistemas Eletroeletrônicos Automotivos Disciplina: Geração, Armazenamento e Distribuição de Energia Dispositivos de Acionamentos e Comutação Professor: Lauro de Vilhena Brandão Machado Neto Pós Graduação Lato Sensu Engenharia Automotiva

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Curso: Sistemas Eletroeletrônicos Automotivos

Disciplina: Geração, Armazenamento e Distribuição de Energia

Dispositivos de Acionamentos e Comutação

Professor: Lauro de Vilhena Brandão Machado Neto

Pós Graduação Lato Sensu Engenharia Automotiva

• O conjunto alternador e bateria;

• Cabeamento e instalação elétrica;

• O ambiente do sistema elétrico automotivo;

• Chaveadores de potência;

• Conversores alimentados em corrente contínua e corrente alternada;

• Técnicas de Modulação.

Unidade 2 – O Sistema Elétrico e a Eletrônica

de Potência

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Novas fontes de propulsão,

complementos energéticos

e sistemas de reserva:

alternativas,

combinações, etc.

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Diagrama de blocos programa ADVISOR - AVL:

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Fontes de energia com característica caótica /

estocástica / aleatória - Perfis de percurso:

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Simulação Alternador:

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Simulação alternador: :

Tensão na saída do retificador OC

Corrente no rotor do alternador

Tensão na saída do retificador MO

Velocidade do eixo do alternador

Tensões na saída do alternador

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Simulação sistema elétrico:

2.1 O Conjunto Alternador e Bateria

Simulação sistema elétrico:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Projeto:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Objetivos:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica - Fluxo

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Projeto:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Projeto:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Projeto:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Projeto:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Fabricação:

2.2 Cabeamento e instalação elétrica

Exemplo – Porta do veículo – Programa VeSys:

• Cargas elétricas individuais: > de 200

• Potências médias e instantâneas: > 800 W e > 6000 W

• Fatores que afetam os sistemas eletroeletrônicos:

• Faixas de variação de tensão (estática e dinâmica)

• Interferências e compatibilidades por rádio frequência e eletromagnéticas (RFI/EMI/EMC)

• Vibrações e choques mecânicos

• Temperatura e condições ambientais

2.3 O ambiente

do sistema elétrico

automotivo

Delta de tensão em SEA

• Tensão nominal com motor ligado: 14,2 V

• Tensão nominal com motor desligado: 12,6 V

• Tensão de operação máxima: 16 V

• Tensão de operação mínima: 9 V

• Tensão mínima durante partida: 4,5 V

• Tensão máxima (bateria descarregada): 24 V

• Tensão reversa: -12 V

• Tensão máxima (falha no regulador/bateria): 130 V

Transientes e compatibilidade eletromagnética

• Emissões por irradiação e condução

• O equipamento não deve emitir emissões

• Imune à distúrbios irradiados e conduzidos (Suscetibilidade)

• Normas, padrões e recomendações práticas – SAE J1113

• Focos aqui:

• Transientes nos condutores de alimentação

• Limitação de emissões conduzidas

• Ensaios de transientes: definição dos tipos de pulsos – SAE J1113/11

• Fontes de transientes: acionamento de cargas indutivas (solenoides, motores, embreagens, etc.)

• Pulso de ensaio 1: simula o transiente gerado quando uma carga indutiva é desconectada da bateria e o dispositivo sob ensaio continua em paralelo

Transientes e compatibilidade eletromagnética

• Pulso de ensaio 2a: simula o transiente quando a corrente em um elemento indutivo em série com o dispositivo sob ensaio é interrompida

• Pulso de ensaio 2b: simula o transiente gerado quando uma máquina CC é desconectada da bateria

Transientes e compatibilidade eletromagnética

• Pulsos de ensaio 3a e 3b: simula o transiente quando ocorrem picos devido ao chaveamento de cargas no barramento

• Pulso de ensaio 4: simula o transiente de tensão que ocorre na partida

Transientes e compatibilidade eletromagnética

• Pulsos de ensaio 5: load dump - ocorre quando a corrente de carga do alternador decai bruscamente e a bateria não é capaz de amortecer esta mudança. Isto pode ocorrer quando a bateria é desconectada enquanto drena alta corrente. Isto se deve à interação entre as reatâncias do alternador (campo), elementos retificadores e regulador de tensão. Este transiente pode provocar picos de tensão de até 120 V com duração de centenas de milissegundos. O pulso de ensaio é simulado por uma forma de onda de corrente em paralelo com um resistor de saída

Interferências eletromagnéticas

• Limites de interferência que os equipamentos podem gerar (Irradiada e condução) – SAE J1113

• Foco: limitação de emissões por condução nos condutores de alimentação para a especificação de filtros EMI

• Especificações de EMI conduzidas: limita o ripple que o circuito eletrônico pode injetar no barramento de tensão em uma determinada faixa de frequência

• Ensaio:

• Utilização de uma Rede de Estabilização da Impedância de Linha – REIL (Line Impedance Stabilization Network – LISN ou Artificial Mains Network – AN) entre o barramento e o equipamento sob ensaio para eliminar qualquer variação da impedância do barramento, eliminando, desta forma, a quantidade de ripple injetada

• Especificações: ripple de tensão permitido (dBµV) em função da frequência

• Projeto de filtros: filtros passa-baixa frequências de estágio único ou multiestágio

Interferências eletromagnéticas

• Ensaio:

• Rede de Estabilização da Impedância de Linha – REIL (Line Impedance Stabilization Network – LISN ou Artificial Mains Network – AN)

Considerações ambientais

• Fatores ambientais: temperatura, umidade, choque mecânico, vibração, imersão, névoa salina e exposição à areia, cascalho, óleo e outros produtos químicos - Norma SAE J1211 – 1978.

• Temperatura:

• Equipamentos refrigerados à ar ou água

• Altitude reduz pressão atmosférica que reduz a eficiência na transferência de calor

• Ciclagem térmica e choque térmico: efeito na confiabilidade

2.4 Eletrônica de potência

INFORMAÇÃO

(Microeletrônica)

ENERGIA ELÉTRICA

(Eletrônica de Potência)

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador monofásico de meia-onda não-controlado:

𝑉𝑚é𝑑 = 1

2𝜋. 𝐸𝑎 . 𝑑𝜔𝑡 + 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)

𝛽

𝜃1

. 𝑑𝜔𝑡 + 𝐸𝑎. 𝑑𝜔𝑡𝜃1+2𝜋

𝛽

𝜃1

0

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 1

2𝜋. (𝐸𝑎)2 . 𝑑𝜔𝑡 + (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2

𝛽

𝜃1

. 𝑑𝜔𝑡 + (𝐸𝑎)2. 𝑑𝜔𝑡𝜃1+2𝜋

𝛽

𝜃1

0

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador monofásico de onda-completa não-controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 2

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡

𝜋

0

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 2

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡

𝜋

0

2 . 𝑑𝜔𝑡

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador trifásico de meia-onda não-controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 3

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥𝐹𝑁. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡

150°

30°

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 3

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥𝐹𝑁. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡

150°

30°

2

. 𝑑𝜔𝑡

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador trifásico de onda-completa não-controlados:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 6

2𝜋. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡

120°

60°

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 6

2𝜋. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡

120°

60°

2

. 𝑑𝜔𝑡

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador monofásico de meia-onda controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 1

2𝜋. 𝐸𝑎 . 𝑑𝜔𝑡 + 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)

𝛽

𝜃𝑑

. 𝑑𝜔𝑡 + 𝐸𝑎. 𝑑𝜔𝑡2𝜋

𝛽

𝜃𝑑

0

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 1

2𝜋. (𝐸𝑎)2 . 𝑑𝜔𝑡 + (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2

𝛽

𝜃𝑑

. 𝑑𝜔𝑡 + (𝐸𝑎)2. 𝑑𝜔𝑡2𝜋

𝛽

𝜃𝑑

0

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador monofásico de onda-completa controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 2

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡

𝜃𝑑 +𝜋

𝜃𝑑

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 2

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡

2𝑑𝜔𝑡

𝜃𝑑+𝜋

𝜃𝑑

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador trifásico de meia-onda controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 3

2𝜋. (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2

𝜃𝑑+2𝜋/3

𝜃𝑑

. 𝑑𝜔𝑡

𝑉𝑚é𝑑 = 3

2𝜋. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡

𝜃𝑑+2𝜋/3

𝜃𝑑

. 𝑑𝜔𝑡

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Retificador trifásico de onda-completa controlado:

𝐼𝑚é𝑑 = 𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎

𝑅

𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

𝐹𝑅% = 𝑉𝑐𝑎

𝑉𝑚é𝑑 .100

𝑉𝑚é𝑑 = 6

2𝜋. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)

𝜃𝑑 +𝜋/2

𝜃𝑑 +𝜋/6

. 𝑑𝜔𝑡

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 6

2𝜋. ( 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2

𝜃𝑑+𝜋/2

𝜃𝑑 +𝜋/6

. 𝑑𝜔𝑡

2.5 Conversores alimentados em CA e CC

Conversores CC/CC (Chopper/Pulsador)

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Chopper abaixador de tensão – Conversor Buck:

Smo kVV k = TON/T

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Chopper elevador de tensão – Conversor Boost:

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Chopper abaixador-elevador de tensão – Conversor Buck-Boost:

k1

kVV Smo

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Chopper abaixador-elevador de tensão – Conversores Cuk, SEPIC e Zeta:

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Conversor CC/CC – Ponte H:

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Conversor CC/CC – Ponte H:

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Conversores CC/CA (Inversores):

COMANDO

TENSÃO NA CARGA

FFT DA TENSÃO NA CARGA

.

2.5 Conversores alimentados em CA e CC Conversores CC/CA (Inversores):

fw 2 T

0

2

RMS dttvT

1V

n

nxsenxdxnxsen

4

2

2

2 R

VI RMS

RMS tnsenn

Vtv

n

S

O

,...5,3,1

4

1

,..5,3

2

V

V

THDn

n

2

1

2

RMS

,..5,3n

2

n VVV

fw 2 T

0

2

RMS dttvT

1V

n

nxsenxdxnxsen

4

2

2

2 R

VI RMS

RMS tnsenn

Vtv

n

S

O

,...5,3,1

4

1

,..5,3

2

V

V

THDn

n

2

1

2

RMS

,..5,3n

2

n VVV

fw 2 T

0

2

RMS dttvT

1V

n

nxsenxdxnxsen

4

2

2

2 R

VI RMS

RMS tnsenn

Vtv

n

S

O

,...5,3,1

4

1

,..5,3

2

V

V

THDn

n

2

1

2

RMS

,..5,3n

2

n VVV

2.5 Técnicas de modulação Conversores CC/CA (Inversores):

COMANDO

TENSÃO NA CARGA

FFT DA TENSÃO NA CARGA