Engenharia Elétrica do IFPB leva o 1º lugar no Prêmio WEG e Inovação Tecnológica de 2012

 A Paraíba vem se destacando em vários prêmios de pesquisa na área de tecnologia. Esse bom desempenho se repetiu com a conquista do 1º lugar nas duas modalidades, graduação e pós-graduação, do 2º Prêmio WEG de Inovação Tecnológica. E o Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba (IFPB) tem motivos para se orgulhar, já que venceu a categoria Graduação e teve um representante na equipe vencedora da outra modalidade. O resultado foi anunciado no dia 30 de outubro

Na modalidade Graduação o trabalho vencedor, Sistema Monofásico de Baixo Custo para Energia Eólica, foi desenvolvido pelos estudantes de Engenharia Elétrica do Campus João Pessoa, André Pedro Herculano (7º período) e José Diniz (4º período), sob a orientação do professor Artur Dias. E a equipe da UFPB, vencedora na categoria Pós-Graduação, tinha entre seus integrantes o professor do Núcleo Avançado de Guarabira do IFPB, Ruan Delgado.

Confira a Revista na íntegra em: Entrevista IFPB

Acionamento Estático de um Sistema de Bombeamento de Água em Corrente Alternada, Através da Energia Solar Fotovoltaica

Este Artigo é resultado da pesquisa dos seguintes pesquisadores do curso de Engenharia Elétrica do IFPB:

Professor Doutor Walmeran José Trindade Júnior

José Diniz Neto

Professor Doutor José Artur Alves Dias

Eloise dos Passos Rodrigues

Resumo: A utilização da energia solar possui uma importância significativa, tendo em vista as necessidades energéticas, econômicas, além de ser uma fonte de energia que não traz agressões ao meio ambiente. O propósito deste trabalho consiste na elaboração de um conversor CC-CA para o acionamento de um sistema de bombeamento através da energia solar fotovoltaica utilizando corrente alternada, possibilitando uma redução de custos, devido as grandes vantagens econômicas e operacionais utilizando-se motobombas acionadas através de corrente alternada ao invés de corrente contínua e pelos benefícios a agregados a sociedade.

Confira o artigo na íntegra em:  Artigo completo

Estudo da Energia Solar e Análises de seus Potenciais no Brasil, Nordeste e no Estado da Paraíba

Estudo da Energia Solar e Análises de seus `Potenciais no Brasil, Nordeste e no Estado da Paraíba

Este Artigo é resultado da pesquisa dos seguintes pesquisadores do curso de Engenharia Elétrica do IFPB:

Professor Doutor Walmeran José Trindade Júnior

José Diniz Neto

Professor Doutor José Artur Alves Dias

Eloise dos Passos Rodrigues

Resumo: O propósito deste trabalho consiste no estudo da energia solar e dos seus potenciais energéticos nacionais, regionais e principalmente locais quanto à utilização desta fonte de energia. Utilizando o software RETScreen 4.0 foram realizadas análises dos potenciais de diversas regiões do estado da Paraíba, constatando que este estado possui grandes potenciais energéticos não apenas em termos de energia solar, mas também com outras fontes alternativas de energia. Em diversas cidades do estado paraibano a media de irradiação solar anual é de 5,5 kWh/m², se comparado com dados de estados vizinhos, que possuem uma média de 4,0 kWh/m², mostrando uma diferença significativa. Com os resultados obtidos foi comprovado que o potencial do estado paraibano é significativa relevância, com relação a fontes alternativas de energia, e se incentivada a sua utilização podem trazer grandes benefícios sociais e científicos para a região.

Confira o Artigo na íntegra em: Artigo completo

Análise do funcionamento de um sistema de bombeamento de água através da energia solar fotovoltaica utilizando motobomba de corrente contínua

Análise do Funcionamento de um Sistema de Bombeamento de Água Através da Energia Solar Fotovoltaica Utilizando Motobomba de Corrente Contínua.

Este Artigo é resultado da pesquisa dos seguintes pesquisadores do curso de Engenharia Elétrica do IFPB:

Professor doutor Walmeran José Trindade Júnior;
José Diniz Neto
Professor Doutor José Artur Alves Dias
Professor Doutor Ilton Luiz Barbacena
Cláudio Galeno Queiroga de Lima

Resumo: O bombeamento de água é uma das atividades mais difundidas em relação à utilização da energia solar fotovoltaica, apesar de se apresentar como fonte alternativa de energia, o alto custo do sistema traz grandes empecilhos. A utilização da energia solar fotovoltaica traz uma das soluções a problemática dos sistemas de bombeamento isolados, onde sua utilização é dada de forma gratuita, pelo Sol. Com a análise do funcionamento do sistema de bombeamento de água com motores cc realizada nos laboratórios do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraíba foram encontrados resultados satisfatórios, porem a proposta de utilização de motores de corrente alternada é bem interessante.

Palavras–chave: bombeamento de água, energia solar, motores cc.

1. INTRODUÇÃO

Uma das principais desvantagens da utilização da energia solar é a necessidade de radiação solar por certa quantidade de tempo. O Brasil, por ser um país tropical, em sua maioria territorial, tem uma grande vantagem na utilização de várias fontes alternativas de energia, dentre elas a energia solar se destaca de forma surpreendente. Observe a figura 1.

Figura 1 - Mapa de radiação solar no globo em kWh/m² (UPSON, 2008).

A eletricidade é a forma de energia mais versátil e a que melhor se adapta à sociedade tecnologicamente avançada. Não se concebe a civilização atual sem confortos e as possibilidades permitidas pelo seu uso (GOMES NETO, 2005).

Uma das aplicações da energia solar fotovoltaica está em sistemas rurais de eletricidade. Tal forma de geração de energia pode ter uma grande importância nestas áreas, sendo utilizado em sistemas de bombeamento.

Os seres vivos necessitam de água, oxigênio e alimento para se manterem vivos. Em particular, atrelado à carência de energia, está o fornecimento deficiente de água as populações rurais isoladas (LOPES, 2005).

A falta de eletricidade em alguns lugares, decorrente da difícil acessibilidade geográfica poderá resultar em um abastecimento de água precário, obrigando assim a desapropriação de determinados locais. O sistema de bombeamento, através da energia solar fotovoltaica, poderá trazer a solução desta problemática, desde que o local disponha de radiação solar necessária para o acionamento deste sistema.

Lorenzo et al. 1999 afirma que “apesar de o efeito fotovoltaico ter sido observado pela primeira vez pelo físico francês Edmond Becquerel em 1839, e de as primeiras aplicações datarem da década de 1950, o bombeamento fotovoltaico, por outro lado, somente se deu de forma comercial no final da década de 1970.”

Até 1990 não mais de 10.000 sistemas de bombeamento de água haviam sido instalados em todo o mundo. Na ultima década, no entanto, seu número aumentou sensivelmente e, ainda que não tenha contabilizado com precisão, o ultimo estudo da previsão da expansão realizado pela União Europeia, mostra cifras da ordem de 150.000 sistemas de bombeamento fotovoltaico instalados até 2010 (EPIA, 2006). Esse crescimento mostra que é viável a utilização de sistemas de bombeamento através da energia solar fotovoltaica e que existe uma necessidade cada vez maior que as sociedades busquem novas fontes alternativas de energia.

Segundo trabalhos realizados por, Fronza et al. (2008). O uso da irrigação em figueira Roxo-de-Valinhos, obteve aumento de 11t de figos maduros quando se utilizou a irrigação. A produtividade passou de 21 t/ha para 32 t/ha. O sistema de irrigação no experimento tem um custo de R$ 5.000 por ha, demonstrando a viabilidade do uso da irrigação desde que haja água e sistema de bombeamento por uso da técnica.

Os mesmos autores estudando a viabilidade do uso da irrigação de goiabeira Paluma encontraram aumento na produtividade de 28t/ha passando para 35t/há comparando ensaios sem irrigação e irrigados, respectivamente. Os autores citam ainda a importância do desenvolvimento de novas formas de bombeamento d’água para áreas rurais onde a disponibilidade de rede elétrica é menos e ou/ distante da rede de transmissão e distribuição de energia elétrica, muitas vezes inviabilizando o uso da irrigação.

2. MATERIAL E MÉTODOS

Para um estudo mais detalhado e minucioso do trabalho desenvolvido, foi necessário um forte embasamento teórico e técnico, através de livros, datasheets disponibilizados por empresas de dispositivos semicondutores, monografias e diversos arquivos adquiridos na rede mundial de computadores.

O software para a medição de potenciais energéticos de determinadas regiões foi utilizado o programa disponibilizado livremente pela internet denominado RetScreen 4

Após o estudo teórico, foram feitas instalações de painéis solares para montagem de um sistema de bombeamento em corrente contínua, também foi realizada a montagem de um sistema de bombeamento em corrente alternada, porém alimentado pela rede de distribuição de energia, para análise de um motor de corrente alternada monofásico. Estudaram-se também em laboratório os melhores métodos para o chaveamento de IGBT’s e utilização de transformadores monofásicos.

Os principais equipamentos utilizados na produção deste trabalho foram:

·      Livros acadêmicos;

·      Monografias;

·      Softwares;

·      Canos PVC ¼ polegadas;

·      Válvula hidráulica;

·      Painéis solares;

·      Moto-bomba submersa CC;

·      Controlador de carga CC.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os sistemas de bombeamentos mais comumente usados são constituídos por gerador fotovoltaico, sistema de condicionamento de potência, conjunto motobomba e equipamentos complementares (FEDRIZZI, 1997).

Um sistema de geração fotovoltaica tem como elemento básico o módulo, que por sua vez é composto de células conectadas em arranjos com a finalidade de obtenção de tensão e corrente em níveis adequados para utilização (MOEHLECKE, 2005). Utilizando um gerador fotovoltaico com uma potência maior ou igual a do conjunto motobomba e condicionadores de potencia, pode-se descartar a utilização de baterias. Possibilitando uma redução de custos significativos no projeto, e reduzindo futuras agressões ao meio ambiente, devido aos resíduos liberados pelas baterias.

O sistema de condicionamento de potência tem como função principal garantir a confiabilidade de funcionamento e maior vida útil do sistema de bombeamento. O equipamento utilizado neste trabalho foi um controlador de carga CC, que recebe a corrente contínua dos painéis fotovoltaicos em uma tensão específica e em sua saída fornece uma tensão constante para a motobomba.

O conjunto motobomba é constituído por motor CC e uma bomba centrífuga. O motor de corrente contínua é uma máquina que converte a energia elétrica vinda controlador de carga e converte em energia mecânica, para o funcionamento da bomba centrífuga. Bombas centrífugas são bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a periferia do conjunto girante. Observe as figuras 2 e 3.

Figura 2 - Configuração de um sistema de bombeamento de água com motobomba de corrente contínua (adaptado) (CRESESB, 2000).

Figura 3 - Configurações de um sistema de bombeamento de água utilizando energia solar fotovoltaica (adaptado) (FRAENKEL, 1990).

Algumas das possíveis configurações utilizadas em sistemas de bombeamento utilizando energia solar podem ser observadas na figura 3, sendo que o conjunto “A” ilustra o grupo motobomba submersa, o conjunto “B” ilustra a bomba submersa e motor na superfície, o conjunto “C” ilustra grupo motobomba flutuante e o conjunto “D” ilustra grupo motobomba em superfície (FEDRIZZI, 1997). “A” configuração adotada para a montagem do sistema de bombeamento foi a opção “A”.

Após a montagem do sistema de bombeamento através da energia solar fotovoltaica nos laboratórios do IFPB utilizando uma motobomba de corrente contínua, verificou-se que para menores alturas manométricas, o sistema apresentou uma maior eficiência, porém não representam a maior eficiência do conjunto. A eficiência global do sistema é baixa devido à baixa eficiência de conversão do painel, a máxima eficiência dos painéis fotovoltaicos foi de 10%.

A eficiência geral é influenciada principalmente pelo comportamento da motobomba do sistema, cuja eficiência e variação são mais significativas que no caso do painel fotovoltaico do conjunto. Generalizando, o aumento da eficiência global com a irradiação é crescente e depois decrescente. Isso se explica pelo fato de que a potência hidráulica é limitada e a irradiação solar disponível não é, assim haverá um determinado ponto em que esse limite ocorre para um potencial de irradiação solar maior, ocasionando a diminuição da eficiência global.

A vazão, como esperado, diminuiu com a carga, porém exigiu que mais energia fosse disponibilizada para operação. O número de horas de operação também variou com a carga e, como é conhecido apesar de não tão bruscamente, também com o dia, justificando a determinação dos níveis de irradiação inicial e final de operação, por meio dos quais se podem determinar o número de horas de funcionamento do sistema. Quando sujeito a cargas maiores, o sistema operou menor tempo em um mesmo dia, visto que são exigidos níveis maiores de irradiação, o que, consequentemente, afeta o volume total de água bombeado durante o dia.

6. CONCLUSÕES

Com a montagem deste sistema nos laboratórios da instituição, foram encontrados diversos resultados positivos, comprovando que a energia solar fotovoltaica pode trazer uma das soluções com relação ao abastecimento de água em localidade em que a rede transmissão e distribuição de energia elétrica não têm acesso.

Dependendo da potência dos painéis fotovoltaicos pode-se descartar a utilização do banco de baterias, trazendo redução de custo do sistema e evitando agressões ao meio ambiente. Para isto é necessário que a potência dos painéis seja maior ou igual que a potência do controlador e do motor.

A utilização da energia solar fotovoltaica como fonte de alimentação para os sistemas de bombeamento de água é viável, se comparado com sistemas alimentados pela rede de distribuição de energia. Alguns desses fatores de viabilidade são a utilização de uma fonte gratuita, o Sol e o barateamento dos equipamentos, que são produzidos cada vez mais pelas indústrias, sendo assim, oferecendo preços mais interessantes e competitivos.

O motor de corrente continua apresenta alta eficiência e precisão, porem exige uma manutenção constante e possui um preço de fabricação elevado, tornando muitas vezes inviável o seu. Uma proposta a ser implementada seria a utilização de motores de corrente alternada, pois não exigem tantas manutenções e possui um baixo custo de fabricação e fácil localização em mercado. Para a utilização deste tipo de motor é necessário o desenvolvimento de um conversor CC/CA, mesmo com a implementação deste converso o custo para implantação do sistema de bombeamento com motor de corrente alternada é bem mais viável do que apenas a utilização do motor de corrente continua.

REFERÊNCIAS

Centro de Referência Para a Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito - CRESESB. 2000. Disponível em:< www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm > Acesso em : 16/05/2010

GOMES NETO, E.H., Hidrogênio – Evoluir sem Poluir. Brasil H2, 2005.

EPIA. Photovoltaics in 2010. Commission of the European Communities. Directorate General for Energy, Summary Report, 1996.

FREDRIZZI, M. C. Fornecimento de água com sistemas de bombeamento fotovoltaico.  São Paulo, 1997.

FRAENKEL, P. Water Pumping Devices: A Handobook for Users and Choosers. Food and Agriculture Organizaition of the United Nations (FAO). London, 1990

FRONZA, D. et al. Efeito da Fertilização na Goiabeira Paluma, in: Congresso Brasileiro de Fruticultura, 20. Vitória. 2008.

_______, Produção de Figo de Mesa Roxo de Valinhos sob Fertirrigação. In: Congresso Brasileiro de Fruticultura, 20. Vitória. 2008

LOPES, A. P. J. A Energia Solar Fotovoltaica Utilizada em Bombeamento de Água – Aplicações e Perspectivas. Lavras-MG, 2005.

LORENZO, E. EGIDO, M. A. La Tecnologia Europea de Bombeo de Agua Mediante Energia Solar Fotovoltaica Frente al PRS-II.  Instituto de Energia Solar - Universidad Politécnica de Madrid. Madrid, 1999.

MOEHLECKE, A., Fabricação de Células Solares e Módulos Fotovoltaicos. Trabalho apresentado no II SNESF, 2005.

UPSON, S. How Free is Solar Energy? Magazine IEEE Spectrum, 2008.

Inversor Fonte de Tensão (VSI) Trifásico

A utilização de inversores de frequência para o acionamento de motores de indução a cada dia vem se tornando uma área mais explorada, devido ao avanço tecnológico da eletrônica de potência nas ultimas décadas e ao baixo custo de fabricação, operação e manutenção destes tipos de motores em relação às máquinas de corrente contínua.

Utilizando 3 braços de IGBT's dual com base na sua tensão de pólo, simulou-se através do software Simulink o acionamento de um motor trifásico de indução a partir de uma fonte de capacitores eletrolíticos. A alimentação do banco de capacitores pode provir da rede de distribuição de energia, bastando apenas utilizar uma ponte retificadora de diodos por fase. Observe a figura 1.

Figura 1. Inversor fonte de tensão (VSI) trifásico. 

Foi utilizada a técnica de modulação por largura de pulso (PWM), onde se varia o valor da razão cíclica (duty cycle) que os IGBT's fornecem a carga. Os resultados encontrados em simulação foram os melhores possíveis, e, utilizando um processador digital de sinais (DSP) como dispositivo de controle e acionamento do motor trifásico, o sistema foi implementado com sucesso e pode ser observado no vídeo a seguir:

A equipe responsável pela implementação foi composta por:

Professor doutor José Artur Alves Dias, Atualmente professor de Eletrônica de Potência e Máquinas elétricas do IFPB e pelos alunos de graduação em engenharia elétrica da mesma instituição José Diniz Neto e André Pedro Herulano.

Gostaria de agradecer em nome do grupo aos professores da UFPB, pelo apoio com diversos equipamentos.

Valores percentuais e por unidade

1. Introdução

Os valores percentuais e os valores por unidade - também chamados de valores pu- correspondem a uma mudança de escada das grandezas principais em sistemas elétricos: tensão, corrente, potencia e impedância. Tal mudança facilita sobremaneira o cálculo de redes, especialmente quando existem transformadores nos sistemas em estudo.

2. Definições

Os valores percentuais e por unidade (pu) ou, ainda normalizados, correspondem simplesmente a uma mudança de escala nas grandezas principais ja mencionadas. Para relacionarmos o módulo dassas quarto grandezas elétricas em circuitos monofásicos dispomos de duas relações física independentes:

V= Z * I

S=V*I

Por esta razão ao trabalharmos com valores pu devemos, sempre definir duas grandezas fundamentais dentre as quatro grandezas, atribuido-lhes correspondentes valores que designaremos por valores de base. Os valores de base para as duas outras grandezas (grandezas derivadas) resultam imediatamente das relações acima. Assim, por exemplo, se fixarmos valores de base para tensão e potência, qualquer outra tensão e potência será expressa como uma percentagem (valor percentual) ou uma fração dessa grandeza (valor pu). Formalmente temos:

Vbase = V1 e Sbase=S1.

Assim, uma tensão qualquer, V, é expressa por:

V%= (V/Vbase)*100 (V percentual),

v= (V/Vbase) pu (v por unidade).

Analogamente, uma potência qualquer, S, é expressa por:

S%= (S/Sbase)*100 (S percentual),

s= (S/Sbase) pu (s por unidade).

Para a corrente e impedância, teremos, em vista das equações anteriores, os seguintes valores:

Ibase= Sbase/Vbase,    Zbase= Vbase/Ibase =V^2base/Sbase.

Analogamente, qualuqer corrente ou impedância será expressa por:

z= Z/Zbase= Z*(Sbase/V^2base) pu          e          Z%=100*z

i= I/Ibase= I* (Vbase/Sbase) pu                 e          I%= 100*i


3. Bibliografia

OLIVEIRA, C. C. B.; SCHMIDT, H. P.; KAGAN, N. ;ROBBA, E. J. Introdução aos Sistemas de Potência, Componentes Simétricas. Editora Egard Bluncher. São Paulo, 1996.

Componentes Simétricas

1. Definição

São mecanismos feitos para facilitar algumas resoluções analíticas de circuitos elétricos desequilibrados, como as máquinas elétricas polifásicas e alguns tipos de transformadores polifásicos. Consistem de grandezas positivas, negativas e de seqüência-zero. Basicamente os valores de seqüência-positiva são  aqueles presentes durante condições trifásicas equilibradas. As grandezas  de seqüência-negativa medem a quantidade de desbalanço existente no sistema de potência e as grandezas de seqüência-zero estão mais comumente associadas ao fato de se envolver a terra em condições de desbalanço. As componentes simétricas são usadas para calcular as condições de desbalanço de um sistema trifásico usando somente o cálculo monofásico. Isso simplifica enormemente o processo do cálculo das grandezas de falta nos sistemas de potência.


Segundo o teorema de Fortescue:"Um sistema desequilibrado de n fasores correlacionados  pode ser decomposto em n sistemas de fasores equilibrados  denominados componentes simétricos dos fasores originais. Os n fasores de cada conjunto de componentes são iguais em módulo e os ângulos entre fasores adjacentes do conjunto são iguais".

2. Sequencia positiva

consiste em três fasores de igual magnitude e defasados de 120º e na mesma seqüência de fases do sistema original. Oberve a figura 1.

Figura 1. Análise da sequencia positiva vetorialmente.

3. Sequencia negativa

consiste em três fasores de igual magnitude e defasados de 120º e em seqüência de fases contrária à do sistema original. Observe a figura 2.

Figura 2. Análise da sequencia negativa vetorialmente.

4. Sequencia zero

consiste em três fasores de iguais magnitude e fase angular. Analise a figura 3.

Figura 3. Análise da sequencia zero vetorialmente.

5. Componentes em função de alfa

 alfa= 1|120º e ja foi citada no arquivo de título Introdução circuitos elétricos trifáficos.

Seja a sequencia desbalanceada: [Va, Vb, Vc](vetores), então:

V0= 1/3*[Va+Vb+Vc];

V+=1/3*[Va+ alfa*Vb + alfa^2*Vc];

V-=1/3*[Va + alfa^2*Vb + Vc].

Vdesbalanceada= V0 +( V+) + V-.

Isto pode ser estendido para as três fases do sistema e também para a corrente, possibilitando uma descomplexação de resolução de alguns sistemas.

6. Biliografia

OLIVEIRA, C. C. B.; SCHMIDT, H. P.; KAGAN, N. ;ROBBA, E. J. Introdução aos Sistemas de Potência, Componentes Simétricas. Editora Egard Bluncher. São Paulo, 1996.

Introdução aos circuitos trifásicos equilibrados

1. Introdução

As primeiras linhas de transmissão de energia elétrica surgiram no final do século XIX, e, inicialmente, destinavam-se eclusivamente ao suprimento de sistemas de iluminação. A utilização destes sistemas para o acionamento de motores elétricosfez com que as "companhias de luz" se transformassem em "companhias de força e luz". Estes tipos de sistemas operavam em baixa tensão e corrente contínua, e foram rapidamente substituidos por linhas monofásicas em corrente alternada. Dentre os motivos que proporcionaram essa mudança, podemos citar: (i) o uso dos transformadores, que possibilitou a transmissão de energia elétrica em níveis de tensão muito maiores do que aqueles utilizados na geração e na carga, reduzindo as perdas no sistema, permitindo a transmissão em longas distâncias, e (ii) o surgimento de geradores e motores em corrente alternada, construtivamente mais simples e mais baratos que as máquinas em corrente contínua. Dentre os sistemas em corrente alternada, o trifásico tornou-se o mais conveniente, por razões técnicas e econômicas (como a transmissão de potência com menor custo e a utilização dos motores de indução trifásicos), e passou a ser o padrão para a geração, transmissão e distribuição de energia em corrente alternada. Por outro lado, as cargas ligadas aos sistemas trifásicos podem ser trifásicas ou monofásicas. As cargas trifásicas normalmente são equilibradas, ou seja, são constituidas por três impedâncias iguais, ligadas em estrela ou triângulo. As cargas monofásicas, como por exemplo as instalações residenciais, por sua vez, podem introduzir desequilibrios ao sistema, resultando em cargas trifásicas equivalentes desequilibradas.

2. Definições

• Seja v(t)= Vmáx*sen(wt+teta), o seu valor eficaz pode ser definido como: Vef=Vmáx/sqrt(2);
• Sistema de tensões trifásicos simétrico: Sistema trifásico em que as tensões nos terminais dos geradores são senoidais, de mesmo valor máximo, e defasadas entre si 120º elétricos, veja:

             Va=Vmáx*sen(wt);

             Vc=Vmáx*sen(wt-120);

             Vc=Vmáx*sen(wt+120);

Observe na figura abaixo um exemplo, onde Vmáx=311V.

Figura 1. Três fases com amplitude máxima de 311V e período de 2*pi.

• Sistemas de tensões trifásico assimétrico: sistema trifásico em que as tensões nos terminais dos geradoes nao atendem a pelo menos uma das condições apresentadas no subitem anterior;
• Linha (ou rede) trifásica de equilibrada: Linha (ou rede) trifásica, consituida por 3 ou 4 fios (3fios de fase ou 3 fios de retorno), na qual se verificam  as seguintes relações: 

              -Impedâncias próprias dos fios de fase iguais entre si;

              -Impedâncias mútuas entre os fios de fase iguais entre si;

             -Impedâncias mútuas entre os fios de fase e o fio de retorno iguais (para sistema a 4 fios).

• Linha (ou rede) trifásica desequilibrada: Linha (ou rede) trifásica, constituida por 3 ou 4 fios(3 fios de fase ou 3 fios de fase e 1 de retorno), na qual não se verifica pelo menos uma das relações ja citadas por sistemas equilibrados; 
• Carga Trifásica equilibrada: carga trifásicas constituidas por 3 impedâncias complexas iguais, ligadas em estrela ou em triângulo;
• Carga Trifásica desequilibrada: carga trifásica na qual não se verifica a condição descrita anteriormente. 

3. O operador alfa

Ao definirmos o sistema trifásico, percebe-se, que as grandezas que os caracterizam , há uma notação de fase de +-120º; portanto é bastante evidente que pensemos em um operador que , aplicaco um fasor, perfaça tal rotação de fase. Assim, defini-se o operador alfa, que é um número complexo com módulo unitário e argumento 120º, de modo que, quando aplicado a um fasor qualquer, transforma-o em outro de mesmo módulo  e adiantado 120º, logo:

alfa = 1|120º= -1/2 +j*(sqrt(3)/2)

3.Tipos de ligações

Figura 2. Maneira esquemática de três enrolamentos de um gerador ou carga trifásica.

Os terminais destes enrolamentos são ligados para diminuir o número de linhas necessárias para as conexões em relação às cargas. Desta maneira pode-se ter dois tipos de ligações que são apresentadas nas duas próximas seções. Nomenclatura:

•  Tensão de linha: é a tensão entre duas fases;
•  Tensão de fase: é a tensão no enrolamento ou na impedância de cada ramo;
•  Corrente de linha: é a corrente na linha que sai do gerador ou a corrente solicitada
pela carga;
•  Corrente de fase: é a corrente no enrolamento do gerador, ou na impedância de cada
ramo.

3.1 Ligação em Estrela ou Y

Figura 3. Ligação em estrela.

Quando um gerador ou carga tem seus enrolamentos ligados em Y, as tensões de linha são diferentes das tensões de fase, e as correntes de linha são iguais às correntes de fase, por definição, temos que:

Vl=sqrt(3)*Vf, il=if. 

Para sistemas equilibrados não é necessária a utilização de um aterramento no neutro, no entando, se apenas uma impedância for diferentes das outras, ou seja, um sistema desequilibrado é necessária a utilização do mesmo, pois a soma das tensões no ponto em comum não será mais igual a zero.

3.2 Ligação em triângulo ou delta

Figura 4. Ligação em delta ou triângulo

Quando um gerador ou carga estão ligados em delta, as tensões de linhas são iguais as tensões de fase, porém, as correntes de linha são diferentes das correntes de fase, por definição, temos que:

Vl=Vf,  Il=sqrt(3)*If.

Por não possuir um ponto em comum, não utiliza-se um fio para retorno, porém em outras configurações projetistas aterravam um dos terminais, perdendo assim uma fase no sistema.

As ligações em estrela e triângulo são bastante utilizadas em transmissão e distribuição de energia elétrica. onde deste a subestação com tensão de saída 13kV é utilizada a ligação em delta  até o primário do transformador da rede de distribuição, e a ligação em estrela na saída do secundário do mesmo. Tal utilização, possui uma lógica considerável , pois nos diferentes terminais do secundário do transfomador são distribuidas cargas diferentes, necesstando da utilização do fio de retorno no ponto em comum. 

4. Biliografia

OLIVEIRA, C. C. B.; SCHMIDT, H. P.; KAGAN, N. ;ROBBA, E. J. Introdução aos Sistemas de Potência, Componentes Simétricas. Editora Egard Bluncher. São Paulo, 1996.

Fasores

1. Definição

Fasores, são na realidade vetores que giram em uma determinada velocidade em um círculo trigonométrico, dando origem as funções senoidais. Então toda função senoidal pode ser representada por um fasor. Os fasores possuem muitas aplicações em sistemas de potências.

2. Por que usar fasores?

A notação fasorial simplifica a resolução de problemas envolvendo funções senoidais no
tempo.

3. Quem inventou fasores?

O uso de números complexos para resolver problemas em circuitos de corrente alternada foi apresentado pela primeira vez por Charles Proteus Steinmetz em um artigo de 1893. Ele nasceu em Breslau, na Alemanha, filho de um ferroviário. Tornou-se um gênio da ciência apesar de ser um deficiente físico de nascença e ter perdido a mãe com apenas 1 ano de idade. Assim com seu trabalho sobre as leis da histerese atraíram a atenção da comunidade científica, suas atividades políticas na Universidade de Breslau atraíram a polícia política. Foi forçado a fugir da Alemanha sem conseguir concluir seu trabalho de doutorado. Trabalhou em inúmeras pesquisas nos Estados Unidos, principalmente na General Electric Company. A GE havia sido fundada por Thomas Edison que a dirigiu entre 1876 a 1892. O período de 1892 a 1923 ficou conhecido como sendo a Era Steinmetz, por razões óbvias. Seu “paper” sobre números complexos revolucionou a análise de circuitos AC apesar de terem dito (naquela época) que ninguém, exceto Steinmetz, entendia o método.

4. Representação Fasorial

A representação fasorial é simples, apesar de se basear na teoria dos números complexos. Lembre-se que toda função senoidal pode ser escrita por:

v(t) = Vmáx*sen(wt + fi)

Quando colocamos esta função em um círculo trigonométrico, e a fazemos girar com uma velocidade angular w, temos a função senoidal originada. Observe a figura 1. 

figura 1. Representação de uma senóide em fasores.

A representação de um fasor no plano complexo é muito simples, basta transladarmos o fasor do circulo trigonométrico para o plano complexo, atentos à fase inicial do fasor. Observe a figura 2.

figura 2. Representação de um fasor em um plano complexo.

No plano complexo o fasor pode ser representado por um número complexo Z, que possui uma parte Real a, e uma parte imaginária b. Podemos também representá-lo através de seu  módulo  (tamanho  do  fasor)  e  seu  ângulo  (fase  do  fasor).  Esta  duas  formas  de representação  dão  origem  as  formas  retangular  e  polar  de  se  representar  um  número complexo discriminadas a seguir.

4.1 Representação Retangular

Na forma retangular o número complexo (nosso fasor) é representado a seguinte forma:

Z = {parte real} + j {parte imaginária} (Isto vem da relação de Euler, pesquisem).

Observe que o termo j representa na teoria dos números complexos a raiz de −1, porém em nosso estudo, somente será utilizado para identificar a parte imaginária de uma notação fasorial.

4.2 Representação Polar

Na forma polar o número complexo (nosso fasor) é representado da seguinte forma:
Z = ∣Z∣    |_ fi

Onde ∣Z∣ representa o módulo do número complexo, ou seja, o comprimento do fasor, e
  |_ fi  representa a fase inicial do fase.

Um  número  complexo  Z  qualquer,  pode  ser  representado  tanto  em  sua  forma retangular, como em sua forma polar, e a transformação de uma forma para outra não passa de uma simples transformação trigonométrica. Observe na figura 2 novamente.

O nosso número complexo Z pode ser representado pela sua forma polar, sendo então:
Z=∣Z∣  |_ fi


Observe que a (parte Real) e b (parte Imaginária) são os catetos de um triângulo retângulo  e  Z  (módulo  do  fasor)  a  hipotenusa.  Sendo  assim,  aplicando  um  pouco  de trigonometria, teremos:

A parte Real a do número complexo como sendo a projeção horizontal do fasor, dada
por:

a=∣Z∣cosfi

Já a parte Imaginária b pode ser calculada como sendo a projeção vertical do fasor, dada
por:

b=∣Z∣senfi

Podemos  também  fazer  o  contrário,  aplicando  o  Teorema  de  Pitágoras,  podemos calcular o módulo Z do número complexo, ou fasor, conhecendo suas partes Real e Imaginária.
Então:

Z=sqrt(a^2+b^2)

Já a fase fi pode ser obtida através da função trigonométrica tangente, pois:

arctgfi=b/a

Memórias semicondutoras mais comuns

1. Introdução

Um circuito que permite o armazenamento de um ou mais bits por tempo indeterminado é denominado memória. Tais bits podem ser acessados (procedimento de leitura) ou substituídos (procedimento de escrita ou armazenamento).

2. Tipos de Memória

O desenvolvimento e expansão da tecnologia de fabricação de circuitos integrados para armazenamento de dados determinaram o grande avanço dos computadores digitais. Até 1970, as memórias de núcleo de ferrite eram de uso corrente. Entretanto, por causa do seu alto custo, grande consumo e limitações em velocidade forma substituídaspelas memórias semicondutoras que lideram o mercado até hoje.

3 Características gerais

A seguir apresentamos algumas características que podem ser usadas quando queremos avaliar o desempenho de um determinado dispositivo de memória.

3.1 Densidade:

Número de bits armazenados por área física. Está relacionado à capacidade total de armazenamento.

3.2 Velocidade:

Se refere à rapidez com que os dados podem ser acessados (lidos) ou armazenados (escritos).

3.3 Potência:

Potência consumida ou dissipada pela memória.

3.4 Custo:

Custo para armazenamento por bit, ou seja, o valor do semicondutor dividido pelo número de bits que pode armazenar. Outras características são fornecidas especificamente por cada fabricante de circuito integrado, tais como os sinais de comandos, parâmetros elétricos e imunidade a ruídos.

4. Definições

No manuseio com memórias a semicondutor é comum o uso de expressões referentes aos modos de operação, aos terminais de entrada/saída, à capacidade de armazenamento e a sinais de controle.

Escrita (Write): Termo usado para o procedimento de armazenamento de uma informação binária na memória. Em uma operação de escrita, a informação colocada nas entradas de dados é copiada para uma posição ou endereço da memória.

Leitura(Read): Termo usado para o procedimento de obtenção, ou busca, de uma informação armazenada em uma memória. Em uma operação de leitura, a informação é armazenada na posição correspondente às entradas de endereço e copiada nos bits de saída.

Conteúdo ou palavra: Corresponde à informação – grupo de bits – armazenada em uma determinada posição da memória.

Entradas de endereço (Address): Correspondem aos terminais do circuito integrado usados para identificar um certa posição de memória.

Entradas de dados (Datas): Correspondem aos terminais do circuito integrado usados para introdução dos dados a serem armazenados.

Saída de dados (Outputs): Correspondem aos terminais do circuito integrado onde serão colocados os dados armazenados em uma dada posição da memória, em uma operação de leitura.

Nibble: Termo usado para uma informação binária com 4 bits.

Byte: Termo usado para uma informação binária com 8 bits.

Kilobyte: Termo usado para um conjunto de 1024 bytes

Memória volátil: É aquela que perde o seu conteúdo na ausência de alimentação.

Memória Fixa: É aquela que não perde o seu conteúdo na ausência de alimentação.

Habilitação de chip (Chip enable): Uma entrada do chip que, quando polarizada convenientemente, habilita ou inibe a operação do chip provocando uma redução na potência dissipada e impedindo a operação escrita/leitura. Normalmente tais entradas são designadas por:

CE (quando a habilitação é com nível 1) ou CE (quando a habilitação é

com nível 0). Nem todos os chips possuem este tipo de entrada.

Seleção do chip (Chip select): Uma entrada do chip usada para conectar ou desconectar – colocar as saídas em alta impedância – as entradas/saídas a um barramento. Normalmente tais entradas são designadas por

CS (quando a habilitação é com nível 1) ou CS (quando a habilitação é com nível 0). A maioria dos chips possue este tipo de entrada. Em alguns circuitos as entradas CE e CS são combinadas em uma única entrada.

5. Classificação

O critério para a escolha das memórias disponíveis no mercado é descrito a seguir:

5.1 Quanto à forma de acesso

As principais formas de acesso à uma posição de memória podem ser do tipo Aleatório ou seqüencial.
Nas memórias do tipo aleatório, qualquer posição pode ser acessada aleatoriamente, ou seja, pode ser lida diretamente sem a necessidade da leitura das demais posições. Caso, por exemplo, das memórias RAM e ROM, descritas a seguir. Nas memórias seqüenciais, uma posição não pode ser feita diretamente. Neste caso, várias posições da memória são acessadas até a informação desejada, é o caso das fitas magnéticas, dos registradores de deslocamento e das memórias de bolha magnética. O tempo para ler uma informação em uma memória seqüencial depende da posição de armazenamento.

5.2 Quanto à tecnologia

Normalmente as memórias são do tipo bipolar, MOS (semicondutor de óxido metálico) ou CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar). No caso das memórias bipolares, encontramos com facilidade circuitos TTL padrão, Schottky e ECL. No caso dos circuitos MOS, os de canal N são os mais usados por favorecerem grande densidade a custo baixo. As memórias CMOS são mais lentas do que as NMOS e bipolares, contudo são de menor consumo e maior imunidade ao ruído.

5.3 Quanto a capacidade de armazenamento

Este parâmetro está relacionado ao número total de bits ou palavras que a memória pode armazenar. Por exemplo, uma memória com 1024 X 8 corresponde a uma capacidade de 1024 palavras, cada uma com 8 bits, ou seja, com capacidade para 8192 bits.

5.4 Quanto ao tipo de saída

As saídas das memórias podem ser do tipo Totem-polem, Open collector ou Treestate. As memórias do tipo Three-state são as mais usadas por permitirem, de forma eficiente, a criação de bancos de memória descritos adiante.

6. Memórias RAM

As memórias RAM (Random Access Memory) são do tipo volátil e permitem o acesso aleatório – para escrita ou leitura – a qualquer uma das suas posições. São usadas para armazenar temporariamente as informações, tais como os programas corrente do usuário. Também são conhecidas como memórias read/write porque permitem a leitura e escrita de dados. tempo de acesso para cada posição das memórias RAM é aproximadamente igual. A seguir apresentamos algumas características das memórias RAM.

6.1 RAM estática

Um dispositivo de armazenamento volátil com tecnologia bipolar ou MOS (NMOS e CMOS) onde os bits são armazenados em uma estrutura tipo flip-flop.

6.2 RAM dinâmica

Um dispositivo de armazenamento volátil com transistores MOS, onde a estrutura de armazenamento é capacitiva. Neste caso, a informação se perde com o tempo, independentemente da manutenção da alimentação – razão do nome dinâmica. Por esta razão, precisa passar periodicamente por um processo de refrescamento (refreshing), onde as informações são lidas e regravadas (recarga dos capacitores). Isto implica na necessidade de circuitos externos específicos. Normalmente a operação de refrescamento é feita durante uma operação de leitura, através de um circuito projetado especificamente para este fim.Apesar de a necessidade de refrescamento, a grande vantagem das memórias dinâmicas sobre as estáticas é permitir uma grande densidade de fabricação dos chips -quatro vezes maior que as estáticas – com baixo consumo que é da ordem de três a cinco vezes menor do que as estáticas.

7. Memórias ROM

As memórias ROM (Read Only Memory) são do tipo fixa e permitem o acesso aleatório a qualquer uma das suas posições. Permite apenas leitura do conteúdo e é destinada a guardar uma informação de forma permanente. A informação é gravada pelo fabricante através da queima de diodos em uma matriz (Figura 3) conforme solicitação do usuário. Podem ser do tipo bipolar ou MOS. Quando a matriz é manufaturada, diodos são colocados em todos os cruzamentos. Através de um processo próprio, os diodos são queimados convenientemente. Se, a cada instante, apenas uma das linhas x,y,z ou w assume nível 1, os diodos destas linhas são polarizados diretamente através dos resistores

7.1 PROM – ROM programável pelo usuário

Uma memória bipolar onde o armazenamento é feito pelo usuário – agilizando os processos industriais – através da queima de diodo ou de um fusível colocado em série com o diodo, ou seja, o armazenamento não ocorre durante a fabricação do chip. O procedimento para a queima dos diodos é fornecido pelos fabricantes e específico para cada circuito. Note que, uma vez programada, a memória não pode ser apagada para correções ou nova utilização.

7.2 ROM alterável

Memórias que podem ser programadas e reprogramadas pelo usuário, ou seja, em casos de erros de programação o chip não precisa ser descartado, como nas memórias PROM. A programação é feita pela aplicação de sinais elétricos convenientes em pinos do chip e indicados pelos fabricantes.

7.2.1 EPROM – Erasable PROM

Um dispositivo com arquitetura similar às PROM, mas do tipo MOS, onde o conjunto inteiro das informações armazenadas pode ser apagado através da aplicação de raios ultravioletas em uma janela de quartzo localizada em uma das faces do chip. É implementada usando o princípio de armazenamento do tipo Floating-gate Avalanche Injection MOS (FMOS). Em um transistor PMOS, um potencial negativo aplicado ao gate produz um canal de condução de cargas positivas (buracos) entre a fonte e o dreno. No transistor FMOS, para causar a condução da fonte para o dreno e o conseqüente armazenamento de cargas negativas no gate, devemos aplicar um pulso da ordem de 25 a 50 volts na junção p-n (dreno/fonte). Cerca de 20 a 30% da carga armazenada se perde depois de 20 anos.

7.2.2 E2PROM – Electrically Erasable ROM

Neste tipo de memória, tanto a gravação como a desgravação é feita por sinais elétricos. O principal meio de implementação é o Metal Oxide Semicondutor NMOS. Na verdade é um MOS modificado onde é usado um capacitor de carga que alcança um tempo de armazenamento entre 20 a 30 anos. Uma tensão elevada e da ordem de 20V entre porta e dreno provoca a indução de cargas nas portas flutuantes que ali permanecem quando a tensão é retirada. Uma tensão inversa apaga a carga armazenada. Desta forma, tanto a programação como o apagamento pode ser feito por posições de memória. Não é preciso apagar toda a memória para corrigir algum dado ou usar a memória com novos valores. Os tempos de chaveamento em uma memória são complicados. Tais tempos são

devido aos atrasos nas portas internas, às restrições impostas pelos tempos de manutençãon e preparação de flip-flops e ao grande número de terminais.

Existem outros tipos de memérias, sóque não irei entrar em detalhes sobre elas enste momento.