83590-ELETRONICADEPOTENCIA----Aula_1.pdf

Aula de Eletrônica de Potência.

1. Eletrônica de Potência
Aula 1
Prof. José Artur Alves Dias –IFPB
D. Sc. Engenharia Elétrica
João Pessoa -PB

2. Programa da Disciplina
1-Componentes Eletrônicos a Estado Sólido
Diodo
Tiristor
Triac
Transistor de potência –BJT
MOSFET
IGBT
2-Introdução
3-Espectro de Frequênciae THD
4-Modulação PWM

3. Programa da Disciplina
5-Conversores
* CA-CC (Não Controlados)
Retificador em Meia onda monofásico.
Retificador em onda completa monofásico.
Retificador em onda completa trifásico.
* CC-CC
BUCK (abaixador)
BOOST(Elevador)
BUCK-BOOST
CÚK
* CA-CC (Controlado)
Retificador monofásico controlado
Retificador trifásico controlado
* CC-CA
Inversor PUSH-PULL
Inversor Mono e Trifásico com barramento CC

4. Programa da Disciplina
6-Tópicos Extras
* Ignição de lâmpadas a vapor
* Perdas nas chaves
* Controle de motor de indução Escalar x Vetorial

5. Atividades da Disciplina
-Aula Teórica :
Serão abordados princípio de funcionamento, dimensionamento
eoutras informações relevantes.
-Simulação :
Realização de projetos propostos pelo professor, de conversores
estudados em sala de aula.
SIMULINK –MATLAB acima de 2008

6. Avaliação do Tipo I (Seminário)
-Tópicos dos Seminários:
1-Diodo
2-Tiristor
3-DIAC / TRIAC
4-GTO –GateTurn-off
5-ETO –Emitterturn-off
6-IGCT-Integratedgate-commutatedthyristor
7-BJT-Bipolar JunctionTransistor
8-MOSFET-Transistor Efeito de Campo MOS
9-IGBT-InsulatedGateBipolar Transistor
10-Relé a estado sólido
11-Driverspara disparo de MOSFET e IGBT
12-Capacitor Eletrolítico
13-Projeto de Indutores
-Serão avaliados:
Apresentação
Conteúdo

7. Avaliação Tipo II
-Prova em sala de aula sobre o conteúdo ministrado.
-Acompanhamento das simulações.

8. Avaliação Tipo III
-Bônus de participação (frequênciae pontualidade)

9. Referência Bibliográfica
-Power ElectronicsHandBook
MuhammedH. Rashid
-Conversores CC-CC não isolados
DenizarCruz Martins
-Power ElectronicsandDrives
Ned Mohan
e outros....

10. Conhecimentos Imprescindíveis
-Leis de Kirchhoff :
-Leis de Ohm :
Para correntes :
Para tensões :
Num nó
Numa malha

11. Conhecimentos Imprescindíveis
-No Indutor vale:
-No Capacitor:

12. Determine: a tensão no indutor

13. Determine: a corrente no capacitor

14. Introdução
-Definição (RASHID Power ElectronicsHandBook)
Eletrônica de potência é o estudo dos circuitos eletrônicos com
intenção de controlar o fluxo de energia elétrica. Estes circuitos
manipulam um nível potência muito acima das capacidades dos
componentes individuais.
-Definição (Ned Mohan–Power ElectronicsandDrives)
Eletrônica de potência é uma tecnologia que prover interface
entre fontes elétricas e cargas elétricas. Casamento de
frequênciasdiferentes, tensões diferentes, número de fases
diferentes...
-Componentes:
Componentes eletrônicos e circuitos + Controle + Sistemas elétricos

15. Introdução
-A Diferença entre a Eletrônica Convencional e de Potência
Transistor bipolar 2N2222ACapacidade de Dissipação: 0,5W
Manipulação de Energia
num Circuito Convencional : 0,5W
IGBT CM5024H DUAL
(MITSUBISH)
Capacidade de
Dissipação: 400W
Manipulação de Energia
num Inversor Trifásico : 23 kW
Enquanto isto !

16. Introdução
-Multidiciplinar
* Componentes Eletro-Eletrônicos
Semicondutores, Indutores, Capacitores, Resistores,
Sensores...
* Teoria de Controle
Controle em malha fechada e aberta.
Controle clássico.
Controle discreto (Digital) .
* Sistemas Elétricos
Fontes de energia.
Máquinas elétricas.
Transformadores.
Reatores.

17. Introdução
CargaConversão
Fonte de
Potência
-Etapas da conversão estática de energia Elétrica
Os conversores atuam na interface entre uma fonte de energia
e uma carga.
-Conversor de informações
Uma definição alternativa seria tratar a energia como
informação. Eletrônica de potência manipula informações.

18. Introdução
Carga
Controle
Fonte de
Potência
-Sistema Genérico em Eletrônica de Potência
Conversor
-Exemplos de conversores
* Conversor de Tensão CA-CC (Retificadores)
* Conversores de Tensão CC-CC
* Conversores de Tensão CC-CA

19. Aplicações
* Acionamento de máquinas (Drives)
Acionamento de motores de indução (motor e gerador).
Acionamento de máquina síncronas (Geradores e tração automotiva).
Acionamento de máquinas de corrente contínua.
Acionamento de motores lineares.
“Automóveis correspondem a 20% da emissão de CO2 no mundo!!
Como a eletrônica de potencia pode contribuir para reduzir esta
emissão??”
“Como alimentar motores elétricos com fontes de 12V e 24V ?
Se manter a esta tensão os condutores serão enormes!!”
“ Como aproveitar a energia no ato de frear um carro elétrico?”
“ Como aproveitar a energia dos ventos e marés ??”

20. Aplicações
* Geração Foto-voltáica
“ Como aproveitar a energia gerada nos painéis fotovoltáicos,
que possuem tensão por volta de 12V a 24V, diretamente no
rede elétrica, que possui tensão de 220V alternada??”
* Fontes de Potências.
“ Como obter fontes com regulação de tensão melhor e que sejam
imunes a perturbações externas?”

21. Aplicações
* UPS ( Fontes ininterruptas de energia)
“ Como alimentar cargas críticas, como mesas cirúrgicas,
processos produtivos críticos, sem interrupção??”
* Ignição de lâmpadas a vapor.
“ Alimentação de lâmpadas de vapor em alta frequênciaé mais
eficiente. Por exemplo, lâmpada fluorescente alimentada a 30 kHz
ou 40kHz é 15% mais eficiente e com vida útil maior que em 60Hz.
Como fazer este casamento de frequência??”
* Correção automática de fator de potência.
* Filtros Ativos
Híbrido, série, shunt, universal.
* Transmissão CC em alta tensão.
* Acionamento de cargas especiais
Fornos de indução, Ressonância magnética....

22. Circuitos Chaveados
-Chaves
Componente eletrônico utilizado para ligar e desligar, como
um interruptor simples.
Exemplos: diodo, tiristores, BJT, MOSFET, IGBT, GTO,
IGCT....
-Comutação
Ato de ligar ou desligar uma chave. Pode ser natural (diodo)
ou forçada.
Na maioria das vezes a região ativa dos semicondutores é ignorado
na eletrônica de potência. O componentes é utilizado para dois
Estados (ligar e desligar) ou (conduzindo e bloqueado).

23. Modelo das Chaves
-Modelo Ideal (sem perdas)
-Comutação Ideal (sem perdas)
Disparo Bloqueio

24. Modelo das Chavesr
ce
v
ceo
i
c
-Modelo Linear BJT e IGBT
Chave conduzindo

25. Eficiência das Chaves
-Perdas na Conduçãoic
vce
tf tr trr
Irr
id
Irr
1 2 3
ic
vce
id
-Perdas no chaveamento
Bloqueio
Disparo
4% a 10% da potência processada

26. Capacidade de Dissipação de Calor
-Toda chave possui uma capacidade de dissipação do calor gerado
pelas perdas. A temperatura de operação influencia muito
na vida útil física do componentes.
-Modelo linear de transmissão de calor:
Onde
R21é a Resistência Térmica entre 2 e 1

27. -Determine Tcpara:
Rj-c=0,31°C/W (catálogo do IGBT CM50DY-24H)
Rcontato(com graxa térmica)=0,075°C/W (catálogo CM50DY-24H)
Rc-ar=0,5°C/W
Tj=150°C
Tar=25°C
Qual será Tcse for utilizado um dissipador de Rc-ar=0,1°C/W.
Capacidade de Dissipação de Calor
Exercício:

28. Confiabilidade das Chaves
-O que é confiabilidade ?
Estudo estatístico das falhas dos sistemas elétro-eletrônicos.
-Importância da confiabilidade!
Informações para tomada de decisão sobre sistemas
sujeitos a risco de falhas.
Valores típicos para IGBT dual: 1/400.000 H
-1
Valores típicos para Capacitor Eletrolítico: 1/100.000 H
-1
Taxas de falhas típicas:
Valores típicos de Triacs: 1/350000 H
-1

29. Sistema em Eletrônica de Potência
Carga
Driver
Fonte de
Potência
Conversor
Computador
Aquisição
de Dados

30. Exemplos Braço de IGBT
-Braço de ICGT (dual) Ic=50A Vces=1200V

31. Exemplo de Driverde Braço dual de IGBT

32. Casamento de Fontes
-Transferência de energia dentro da eletrônica:
A transferência nunca se dá entre fontes do mesmo tipo!!
-Exemplos de Fonte de Corrente
-Exemplos de Fonte de Tensão

33. Muito Obrigado.
... e o rato perguntou à Alice: “ Gostarias de
gato se fosses eu??
Se gostas de gato, experimenta o ponto de
vista do rato.
Paulo Mendes Campos