Eletrônica de Potência

1. Introdução à Eletrônica de Potência
Equipe:
Prof. Ari Divino Soares
 Prof. Francisco E. Magalhães (disciplina)
Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho (autor)
Prof. Tiago Ribeiro Oliveira
Prof. Waldir Eduardo Rapalo Júnior
Coordenação de Eletrônica
fevereiro de 2016

2. • Apresentar a Disciplina
•Apresentar um panorama geral sobre a tecnologia de
Eletrônica de Potência, respondendo às seguintes questões:
• O que é a Eletrônica de Potência ?
• Qual a sua Importância no Mundo de Hoje ?
• Quais as suas Aplicações ?
• Quais são as Dificuldades e Desafios envolvidos ?
Objetivos da Apresentação

3. • Introdução
• Aplicações
• Tendências Futuras
• Conclusões
Estrutura da Apresentação

4. • Introdução
• Aplicações
• Tendências Futuras
• Conclusões

5. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 5
Distribuição dos pontos:
Informação...
Tarefa Bimestre 1 Bimestre 2 Bimestre 3 Bimestre 4 Rec
Exercícios 8 10 8 10 -
Prova 1 4 8 4 8 50
Prova 2 8 12 8 12 50
Soma 20 30 20 30 100

6. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 6
Eletrônica de Potência
6
franciscomagalhaes@hotmail.com
Programa da disciplina
II - CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
UNIDADE 1 – GENERALIDADES SOBRE OS CONVERSORES ESTÁTICOS DE
POTÊNCIA
UNIDADE 2 - POTÊNCIA E ENERGIA
UNIDADE 3 - INTERRUPTORES ESTÁTICOS DE POTÊNCIA
1. Tipos de Interruptores: controlabilidade do disparo e do bloqueio
2. Características estáticas V x I: quadrantes de operação dos interruptores
3. Características dinâmicas: tempos de comutação
4. Determinação das perdas em interruptores reais: perdas na condução, bloqueio
e chaveamento
UNIDADE4 – CONVERSORES CC-CA : RETIFICADORES
UNIDADE 5 - CONVERSORES CC-CC: CHOPPER
UNIDADE 6 – CONVERSORES CC-CC: FONTES CHAVEADAS
UNIDADE 7 - CONVERSORES CC-CA: INVERSORES.

7. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 7
Eletrônica de Potência
7
franciscomagalhaes@hotmail.com
Programa da disciplina
VIII – BIBLIOGRAFIA
1. AHMED, Ashfaq.- Eletrônica de Potência, Prentice Hall, 2000.
2. ALMEIDA, José L., - Eletrônica Industrial, Érica, 1990.
3. BARBI, Ivo - Eletrônica de Potência, UFSC, edição do autor, 4a edição,
2002.
4. Bascopé, René P. Torrico e Perin, Arnaldo J. - O Transistor IGBT Aplicado
em Eletrônica de Potência, Sagra Luzzato, Porto Alegre, 1997.
5. ERICKSON, Robert W. – Fundamentals of Power Electronics, Chapman &
Hall, 1997.
6. LANDER, Cyril W. – Eletrônica Industrial, 2a ed., Makron Books, 1996.
7. MOHAN, Ned, e outros – Power Electronics – Converters, Applications and
Design, John Wiley & Sons, 3a ed, 2003.
8. Prof. Ivo Barbi e Prof. Denizar Cruz Martins - Conversores CC-CC Básicos
Não-Isolados, UFSC, 2000.
9. RASHID, Muhammad H. - Eletrônica de Potência, Circuitos, Dispositivos e
Aplicações, Makron Books, 1999.
10.SANTOS FILHO, R. M.- Apostila de Eletrônica de Potência , CEFET-MG,
2011.

8. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 8
Informação...

9. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 9
Informação...
Os Estados Unidos, a China, a União
Europeia e a Índia representam mais de
60% do consumo mundial de eletricidade.
Brasil é 10º maior
consumidor mundial de
energia elétrica em 2012
fonte BBC Brasil

10. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 10

11. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 11
“A Energia Elétrica é utilizada ao Redor do Mundo
a uma Taxa Média de 12 milhões de megawatts.”
)
(
)
(
)
(
segundos
Joules
Watts
t
E
P


Informação...

12. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 12
Controle do Fluxo
de Energia
Fonte de
Energia Elétrica
Rendimento
de Conversão:
Conversão da Energia Elétrica
Objetivos: Atender às Necessidade da Carga com:
• Maior Rendimento Possível;
• Menor Custo Possível $$$;
• Menor Tamanho e Peso Possíveis;
• Maior Confiabilidade Possível (> MTBF).
in
out
P
P


Conversor
Carga
saída
entrada
MTBF significa Mean Time Between Failures em inglês, ou seja, período médio entre falhas.

13. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 13
A Eletrônica de Potência...
”A Eletrônica de Potência lida com o
Processamento da Energia Elétrica...
... enquanto as demais áreas da Eletrônica lidam,
de uma forma geral, com o processamento de
informação na forma elétrica”.
Nos dias de hoje, a tecnologia de EP é aplicada
em sistemas com potências desde 1 Watt até a
milhares de megawatts !

14. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 14
Multidisciplinaridade da EP
Sistemas
de Controle
em malha
fechada
Semi-
condutores
de Potência
ELETRÔNICA DE
POTÊNCIA
Eletrônica
Industrial
Sistemas
Analógicos
Elementos
magnéticos
Máquinas
Elétricas
(Motores e
Geradores)
Sistemas
Microproces
-sados

15. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 15
Conversor CC-CC
( Chopper )
CC
CC
Conversor CA-CC
( Retificador )
CC
CA
Conversor CC-CA
( Inversor )
CC CA
Conversor CA-CA
(Cicloconversor ou Gradador)
CA
CA
Tipos de Conversão

16. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 16
Formas de Conversão da Energia Elétrica
1) Conversão Não Estática:
• Associação Eletromecânica de Motores e Geradores CC e CA;
• Transformadores (conversão CA-CA);
• Reostatos (resistências) (conversão CA-CA ou CC-CC).
2) Conversão Estática:
• Circuitos Eletrônicos de Potência: Conversores Estáticos
• Utilizam Dispositivos Semicondutores de Potência para
efetuarem a conversão da energia;

17. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 17
Classificações dos Conversores Estáticos
Conversor CA-CA Indireto
Conversor CA-CA Direto
CA
CA
CA CC CA
Retificador Reversível
CA CC
CA CC
Retificador Unidirecional
ENERGIA
ENERGIA

18. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 18
Sistema Típico de Conversão
Conversor
Estático de
Potência
~
Sensores
Controlador
Velocidade,
Posição,
Torque
Rede Elétrica
(forma fixa)
Tensão no Motor
(Forma ajustável)
Comando de Velocidade,
posição ou torque
Carga
Mecânica
Motor Elétrico
Sistema de Acionamento

19. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 19
+ v -
Como Obter Alto Rendimento de Conversão ?
i = 0 => P = V * I = 0
v = 0 => P = V * I = 0
i
• Objetivos da Chave:
- Atuar sobre a Energia Elétrica, modificando sua forma e controlando seu
fluxo com o mínimo de perdas.
• Parâmetros de Atuação:
-Estado: Ligado (On) ou Desligado (off);
-Tempo de Permanência em cada um dos estados
- Frequência de Comutação entre os estados ligado e desligado;
Pelo Uso de Chaves !!! Isso mesmo, Chaves Eletrônicas !
Uma Chave Ideal não
possui Perdas !

20. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 20
Princípio da Conversão CA-CC
RETIFICADOR

21. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 21
Princípio da Conversão CA-CA
GRADADOR  Conversor CA-CA que altera o valor eficaz apenas
CICLOCOVERSOR  Conversor CA-CA que altera a frequência
s1
s2
s3
s4
+ vo -
vs t
vo , vs
t
vo , vs
vs
s
+
vo
_

22. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 22
Princípio da Conversão CC-CC
CHOPPER – Altera o valor médio da tensão CC
t
vo
vs
vs
s
+
vo
_
Valor Médio

23. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 23
Princípio da Conversão CC-CA
INVERSOR
s1
s2
s3
s4
+ vo -
t
vs
vo
vs

24. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 24
Constituição dos Conversores Estáticos
Elementos Reativos
Elementos Estáticos
(Chaves de Potência)

25. • Introdução
• Aplicações
• Tendências Futuras
• Conclusões

26. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 38
Aplicações
Área Industrial:
- Bombas;
- Compressores;
- Ventiladores;
- Sopradores;
- Máquinas-ferramenta (CNC);
- Robôs industriais;
- Fornos a arco e de Indução;
- LASER industrial para corte;
- Máquinas de Solda;
- Eletrólise.
“Os Motores elétricos são
responsáveis por mais de
60% da energia utilizada nos
Estados Unidos”

27. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 39
Acionamento de Motores de Indução:
O ”INVERSOR DE FREQUÊNCIA”
+
-
RETIFICADOR INVERSOR
ALIMENTADOR
MÁQUINA DE INDUÇÃO
UNIDADE DE CONTROLE MICROPROCESSADA
+
-
M3~
RETIFICADOR REGENERATIVO FILTRO INVERSOR
Aplicações

28. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 40
Aplicações
Acionamento de Motores de Indução:
O ”INVERSOR DE FREQÜÊNCIA”

29. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 41
Laminação do Plástico
Aplicações – Acionamento de Motores
Linha de Engarrafamento

30. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 42
Aplicações -
Máquinas Ferramenta (0,5kW a 200kW)
(CNC / Usinagem Computadorizada)
Aplicações – Acionamento de Motores

31. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 43
Corte e Solda a Laser (1kW a 5kW)
Aplicações

32. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 44
Aplicações
Soldagem Elétrica
2kW a 200kW

33. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 45
Aplicações
Robôs – (1kW a 10kW)

34. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 46
Aplicações
Geradores Eólicos (100kW a 3.000kW)

35. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 47
Aplicações
Painéis Fotovoltaicos (50W a 10kW)

36. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 48
Área de Transportes:
- Tração: carros de passeio, locomotivas, metrôs e trólebus;
- Carregamento de baterias de veículos elétricos.
- Eletrônica Automotiva;
Área Comercial:
- Elevadores;
- Iluminação;
- Sistemas de Energia ininterrupta UPS (“No-Breaks”).
Área Médica:
- Raio X, Tomógrafo, Ressonância Magnética.
Aplicações

37. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 49
Área de Sistemas Elétricos de Potência
- Transmissão de energia em Corrente Contínua em Alta Tensão - HVDC;
- Fontes de energia alternativas:
- Eólica;
- Fotovoltaica (PV - Photo-Voltaic)
- Sistemas de compensação de reativos em linhas de transmissão:
- (SVG - Static VAR Generation)
Aplicações

38. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 50
Área Residencial
- Refrigeração;
- Aquecimento ambiente;
- Ar condicionado;
- Cozimento;
- Iluminação (reatores eletrônicos);
- TV, Microcomputadores, VK7,etc.
- Equipamentos Portáteis (PDAs, Tel. Celulares, Notebooks).
Aplicações

39. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 51
Aplicações
Fontes de Alimentação Chaveadas (1W a 5kW)

40. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 52
Aplicações
Tração Elétrica
Caminhão Fora-de-estrada (3000 kW)
Trólebus (200 kW)

41. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 53
Aplicações
Laminação do Aço (2.000kW a 20.000kW)

42. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 54
Aplicações
Transmissão de Energia em CC de Alta Tensão – HVDC
(1.500MW a 6.000MW)

43. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 55
Aplicações
Carro Elétrico (20kW a 60kW )

44. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 56
Aplicações
Reatores Eletrônicos para Lâmpadas Fluorescentes e a Vapor de Sódio
(20W a 250W )

45. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 57
Aplicações
Equipamentos Portáteis (0,5W a 60W)

46. • Introdução
• Princípio da Conversão Estática
• Dispositivos Semicondutores de Potência
• Aplicações
• Tendências Futuras
• Conclusões

47. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 59
• Superação das Limitações – Desafios:
• Redução das perdas nos dispositivos;
• Aumento das capacidades de tensão e corrente;
• Redução dos tempos de chaveamento;
• Aumento da confiabilidade;
Tendências Futuras

48. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 60
Tendências Futuras
IPM:
Inteligent
Power
Module

49. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 61
Tendências Futuras
ASIPM – Advanced IPM

50. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 62
Conversor CC-CC Modular
Entrada: 36-76Vcc
Saída: 48V@20A
Tendências Futuras
Integração de Conversores:

51. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 63
Tendências Futuras
Elevação da Frequência de Operação:

52. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 64
Conclusões
• A Tecnologia da Eletrônica de Potência desempenha um papel
fundamental na sociedade contemporânea, fornecendo energia
na forma adequada para os mais diversos tipos de
equipamentos elétricos e eletrônicos;
• Através da Eletrônica de Potência tornaram-se viáveis muitos
produtos;
• Praticamente todo equipamento eletrônico moderno faz uso de
eletrônica de potência;
• É portanto uma área que todo Técnico em Eletrônica deve
Conhecer.

53. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 65
Obrigado ao
Prof. Rubens !
rsantos@deii.cefetmg.br
Esta apresentação é de autoria do
Professor Rubens.
Com os meus cumprimentos.

54. CEFET-MG – Prof. Rubens Marcos dos Santos Filho 66
Obrigado a vocês !
franciscomagalhaes@hotmail.com
Professor da disciplina.