4 circuitosedispositivoseletrnicosdepotncia 090811163214 phpapp02

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Circuitos e Dispositivos Eletrônicos deCircuitos e Dispositivos Eletrônicos de
PotênciaPotênciaPotênciaPotência
11/08/2009 17:36 Prof. Douglas Bressan Riffel 1

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA EletrônicaEletrônicae ô cae ô ca
• Processamento de Informação
– Transistor (1947) e CI (1958)( ) ( )
• Processamento da Energia
R tifi d d ú i (1956)– Retificador a arco de mercúrio (1956)

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Eletrônica de PotênciaEletrônica de Potênciae ô ca de o ê c ae ô ca de o ê c a
• Eletrônica de potência é a tecnologia
associada ao eficiente processamento ep
controle da energia por meios estáticos,
onde uma entrada qualquer é convertidaonde uma entrada qualquer é convertida
na forma de saída desejada.
( f )• Vai de mW (telefone celular) a centenas
de MW (sistemas de energia).( g )
• Área multidisciplinar.

ÁÁreas de conhecimento associadas:
• Conversão de energiag
• Circuitos elétricos
• Eletrônica• Eletrônica
• Controle
• Instrumentação
• Sistemas de energiag
• Máquinas elétricas
• Compatibilidade eletromagnética
• Compatibilidade eletromagnética

Métodos de processamento da energia:
• Linear → conversão através de transistores
operando como resistores variáveis →
elevadas perdas → eletrônica analógicap g
convencional (ex.: amplificador de som)
• Comutada → conversão através deComutada → conversão através de
interruptores → operação em etapas
(ex : sistema de partida suave de motores)(ex.: sistema de partida suave de motores)

• Conversores Estáticos:
– CA-CC, CC-CA, CC-CC e CA-CA;, , ;
• Interação entre o controle e os atuadores;
• Elementos mais utilizados:
– Capacitores, Indutores,p , ,
Resistores e
Chaves Estáticas
• Principal foco:
R di t
– Rendimento;

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Chaves EstáticasChaves EstáticasC a es s á casC a es s á cas
• Diodos:
– Condução e bloqueio controlado peloç q p
circuito de potência;
• Tiristores:• Tiristores:
– conduzem via controle, bloqueio pela
i t ã d tinterrupção da corrente;
• Chaves Controladas:
– conduzem e bloqueiam via controle.

Chaves EstáticasChaves Estáticas
DiodoDiodoodoodo
Real Ideal Potencial Circ. Equiv.
de disparo Linear aprox.

TiristoresTiristoress o ess o es
• TRIAC;
• SCR (Retificador controlado de silício);SCR (Retificador controlado de silício);
• GTO (Bloqueio pelo gatilho);
• DIAC;

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Chaves EstáticasChaves EstáticasC a es s á casC a es s á cas
• IGBT (Transistor bipolar com gatilho
isolado););
• MOSFET (Transistor de Efeito de Campo
de Metal Óxido Semicondutor);de Metal-Óxido-Semicondutor);
• MCT (Tiristor Controlado a MOS);

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Chaves EstáticasChaves Estáticas
Valores NominaisValores Nominais
Componente
Tensão
(V)
Corrente
(A)
Frequência
(Hz)
Potência
(kVA)
TIRISTOR 10.000 5.000 2 10.000
TRANSISTOR 1.000 300 20 200
MOSFET 1.000 100 50 50
IGBT 3.000 1.000 20 3.000

CaracterísticasCaracterísticas
das principais chavesdas principais chavesdas principais chavesdas principais chaves
(VA)
(VA)
Potência
Potência
P
P
Tensão (V) Frequência (Hz)
Tensão (V) Frequência (Hz)

AplicaçõesAplicaçõesp caçõesp cações

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Conversores estáticosConversores estáticosCo e so es estát cosCo e so es estát cos

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Conversores estáticosConversores estáticosCo e so es estát cosCo e so es estát cos
Classificação quanto ao fluxo de energia:
• Unidirecional em tensão e corrente (1 quad)( q )
• Bidirecional em tensão e unidirecional em
corrente (2 quad)corrente (2 quad)
• Bidirecional em corrente e unidirecional em
tensão (2 quad)tensão (2 quad)
• Bidirecional em tensão e corrente (4 quad)

Conversores estáticosConversores estáticos
comutados pela linhacomutados pela linhaco utados pe a aco utados pe a a
• Dispositivos de processamento de energia
Diodo Indutor (reator)
Capacitor
metalizado (CA)( )
C it
Tiristor Transformador
Capacitor
eletrolítico (CC)

• Dispositivos de proteção e dissipação
Dissipador de calor Ventilador Resistor
Resistor NTC Fusível para
semicondutor
SnubberVaristor

• Dispositivos de instrumentação
Sensor de corrente
shunt
Sensor de
t ã t fshunt tensão trafo
Sensor de
corrente hall
Sensor de
tensão hall
Sensor de
temperatura

• Dispositivos de comando e controle
Transformador
de pulso
Placa de aquisição e
controle
Driver isolado
Fonte CC

A)dução(AedeCondCorrenteC
Tensão de Bloqueio (V)

1. Conversores comutados pela linha
–Alta potênciaAlta potência
–Ambiente Industrial
–Alta Confiabilidade
–Freqüência de comutação baixa e–Freqüência de comutação baixa e
–Elementos reativos grandes

NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Conversores estáticosConversores estáticos
Retificadores nãoRetificadores não--controladoscontrolados –– carga RLcarga RL
• Principais tipos:
– Monofásico de meia onda
– Monofásico de onda
completa com ponto médiocompleta com ponto médio
– Retificador monofásico de
onda completa em ponteonda completa em ponte
– Retificador trifásico com
t édiponto médio
– Retificador trifásico de onda
Emprega-se
apenas diodos
completa
apenas diodos

Retificadores nãoRetificadores não--controladoscontrolados –– carga RLcarga RL
• Aplicações
Alternador Mineração - Bauxita

Retificadores nãoRetificadores não--controladoscontrolados –– carga RCcarga RC
completa
– Monofásico como dobradorMonofásico como dobrador
de tensão
Trifásico– Trifásico
Emprega-se
apenas diodos
apenas diodos

Retificadores nãoRetificadores não--controladoscontrolados –– carga RCcarga RC
• Aplicações
Estágio de entrada de fontes Fontes p/ equipamentos
para computador eletrônicos

Conversores diretos CC linearesConversores diretos CC lineares
– Regulador de tensão a diodog
zener
– Regulador de tensão aRegulador de tensão a
transistor
Regulador de tensão a CI– Regulador de tensão a CI
Circuitos
Sem Comutação
Fontes p/ equipamentos
eletrônicos
Sem Comutação eletrônicos

Retificadores controladosRetificadores controlados –– carga RLcarga RL
– Monofásico de meia onda
completacompleta
– Retificador trifásico com
ponto médioponto médio
– Retificador trifásico de onda
l tcompleta
Empregam diodos e
tiristores
tiristores

• Aplicações
Solda e corte
Fornos a arco CC

• Aplicações
Galvanização eletrolítica
Eletrolisação

• Aplicações
HVDC (Transmissão de energia
( g
em corrente contínua)

Retificadores controladosRetificadores controlados –– carga RLEcarga RLE
• Aplicações
Excitatriz estática (geração do
Motor CC → giro unidirecional
(g ç
campo) para motor CC e gerador
síncrono

Conversores DuaisConversores Duais
– Monofásico com
ponto médio
– Monofásico em ponteMonofásico em ponte
– Trifásico com 3 pulsos
T ifá i 6 l– Trifásico com 6 pulsos
Empregam apenas
tiristores
tiristores

• Aplicações
Motor CC → giro bidirecional
Indústria de laminação, papel, cimento, mineração

GradadoresGradadores
– Gradadores monofásicos
– Gradadores trifásicos
Controle por ciclos inteiros– Controle por ciclos inteiros
Empregam apenas
tiristores
tiristores

GradadoresGradadores –– carga Rcarga R
• Aplicações
Controle de temperatura
F i d t i i
p
Ducha eletrônica
Fornos industriais

GradadoresGradadores –– cargas genéricascargas genéricas
• Aplicações
Estabilizadores eletrônicos de
tensão Chaves de
transferência estática

GradadoresGradadores –– carga Lcarga L
• Aplicações
Compensadores estáticos de potência reativa
(FACTS – transmissão de energia)

GradadoresGradadores –– carga RLEcarga RLE
• Aplicações
Sistema de partida suave para motores
(soft-starters)

CicloconversoresCicloconversores
– Trifásicos 3 pulsos comp
ponto médio
– Trifásico 6 pulsos em ponteTrifásico 6 pulsos, em ponte,
para cargas isoladas
Trifásicos 6 pulsos em– Trifásicos 6 pulsos, em
ponte, para cargas não
isoladasisoladas
Empregam apenas
tiristores
tiristores

CicloconversoresCicloconversores
• Aplicações
Controle de motores CA de propulsão de alta potência
(trens, navios, guindastes)

InversoresInversores
– Monofásicos
– Trifásicos 3 braços
Trifásicos 4 braços– Trifásicos 4 braços
Empregam diodos e
tiristores
tiristores

InversoresInversores
• Aplicações
Forno de indução

2. Conversores completamente controláveis
– Aplicações → potências pequenas a médiasp ç p p q
– São muito empregados em sistemas comerciais
e resitênciase resitências
– Possuem elevada densidade de potência
E f üê i d t ã l d– Empregam freqüências de comutação elevadas
e elementos reativos pequenos

comutados em alta freqüênciacomutados em alta freqüência
– CC-CC (pulsador)(p )
– CA-CC (retificador)
CC CA (inversor)– CC-CA (inversor)
– CA-CA (gradador/
i l )cicloconversor)

Conversor CCConversor CC--CCCC –– alta freqüênciaalta freqüência
• Aplicações
Fontes de computadores Fontes CC-CC para
(VRM) equipamentos eletrônicos

RetificadoresRetificadores –– altaalta--freqüênciafreqüência
• Aplicações
Retificadores para aplicações Carregadores compactos para
em telecomunicações equipamentos eletrônicos

InversoresInversores –– altaalta--freqüênciafreqüência
• Aplicações
Amplificadores de som Estágio de saída de inversores
de freqüência

Conversores CAConversores CA--CACA–– altaalta--freqüênciafreqüência
• Aplicações
Acionamento de motores

indiretos (em cascata)indiretos (em cascata)
• Podem utilizar
dconversor de
baixa freqüência
(BF) em conjunto
com outro de altacom outro de alta
freqüência (AF)

indiretos (em cascata)indiretos (em cascata)
• Aplicações
Fonte para telecom
Retificador (AF)
CC-CC (AF)
No-breaks
Retificador (BF/AF)
Inversor (AF)
Inversor de freq.
Retificador (BF)
I (AF)
CC CC ( ) Inversor (AF) Inversor (AF)

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