Projeto: a rede é 230 V AC (50 Hz). Deseja-se alimentar um motor DC que exige V_nom = 12,0 V DC e corrente de…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Projeto: a rede é 230 V AC (50 Hz). Deseja-se alimentar um motor DC que exige V_nom = 12,0 V DC e corrente de carga I_load = 4,00 A. Proponha um circuito com transformador ideal, ponte retificadora e capacitor de filtro que entregue V_DC ˜ 12 V com ripple =1,00 V pico-a-pico. Calcule Vrms secundário necessário, a capacitância mínima C (use ?V ˜ I/(f_ripple·C) com f_ripple=2·50 Hz) e justifique escolhas e perdas (diodos Vf=0,7 V). Descreva as transformações de energia envolvidas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Use transformador com V_sec,rms ˜ 9,9 V. Para full-wave f_ripple=100 Hz e ?V=1,00 V: C = I/(f_ripple·?V)=4/(100·1)=0,0400 F = 40 000 µF. V_peak=v2·V_rms˜13,95 V; V_dc˜V_peak-2·Vf-?V/2˜12,0 V (Vf=0,7 V). Relação de espiras Np/Ns˜230/9,9˜23,2. Escolher transformador e diodos =5 A; adicionar resistor/NTC para limitar corrente de partida. Perdas: quedas nos diodos (~1,4 V), perdas Joule I^2R nos enrolamentos e aquecimento do núcleo; potência útil P˜12·4=48 W, prever margem ~20%. Energia: AC elétrica ? campo magnético no núcleo ? AC no secundário ? retificação e filtragem para DC.
Explicação
A escolha do transformador com V_sec,rms de 9,9 V garante que, após a retificação e considerando as quedas de tensão nos diodos, a tensão DC final esteja próxima de 12 V. O cálculo da capacitância leva em conta a corrente de carga e a frequência de ripple, assegurando que o ripple fique dentro do limite desejado. As perdas são consideradas para garantir que o sistema opere de forma eficiente e segura, levando em conta a potência útil e a necessidade de margem para variações.
Raio-X da questão
circuito retificador
avaliacao
circuitos elétricos · transformadores e retificadores
Revisar circuitos retificadores e transformadores.
O aluno pode confundir a tensão de saída do transformador com a tensão de entrada, não considerando as perdas nos diodos e o ripple na saída.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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