1) O documento discute sistemas eletroeletrônicos automotivos e inclui seções sobre o conjunto alternador e bateria, cabeamento e instalação elétrica, e ambiente do sistema elétrico automotivo. 2) É apresentada a simulação de alternadores e sistemas elétricos usando ferramentas como ADVISOR e VeSys. 3) Aspectos como transientes, compatibilidade eletromagnética e fatores ambientais que afetam os sistemas eletroeletrônicos também são abordados.

1. Curso: Sistemas Eletroeletrônicos Automotivos
Disciplina: Geração, Armazenamento e Distribuição de Energia
Dispositivos de Acionamentos e Comutação
Professor: Lauro de Vilhena Brandão Machado Neto
Pós Graduação Lato Sensu Engenharia Automotiva

2. • O conjunto alternador e bateria;
• Cabeamento e instalação elétrica;
• O ambiente do sistema elétrico
automotivo;
• Chaveadores de potência;
• Conversores alimentados em
corrente contínua e corrente
alternada;
• Técnicas de Modulação.
Unidade 2 –
O Sistema
Elétrico e a
Eletrônica
de Potência

3. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Novas fontes de propulsão,
complementos energéticos
e sistemas de reserva:
alternativas,
combinações, etc.

4. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Diagrama de blocos programa ADVISOR - AVL:

5. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Fontes de energia com característica caótica /
estocástica / aleatória - Perfis de percurso:

6. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Simulação Alternador:

7. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Simulação alternador: :
Tensão na saída do retificador OC
Corrente no rotor do alternador
Tensão na saída do retificador MO
Velocidade do eixo do alternador
Tensões na saída do alternador

8. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Simulação sistema elétrico:

9. 2.1 O Conjunto Alternador e Bateria
 Simulação sistema elétrico:

10. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Projeto:

11. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Objetivos:

12. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica - Fluxo

13. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Projeto:

14. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Projeto:

15. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Projeto:

16. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Projeto:

17. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Fabricação:

18. 2.2 Cabeamento e instalação elétrica
 Exemplo – Porta do veículo – Programa VeSys:

19. • Cargas elétricas individuais: > de 200
• Potências médias e instantâneas: > 800 W
e > 6000 W
• Fatores que afetam os sistemas
eletroeletrônicos:
• Faixas de variação de tensão (estática e
dinâmica)
• Interferências e compatibilidades por
rádio frequência e eletromagnéticas
(RFI/EMI/EMC)
• Vibrações e choques mecânicos
• Temperatura e condições ambientais
2.3 O
ambiente
do sistema
elétrico
automotivo

20. Delta de tensão em SEA
• Tensão nominal com motor ligado: 14,2 V
• Tensão nominal com motor desligado: 12,6 V
• Tensão de operação máxima: 16 V
• Tensão de operação mínima: 9 V
• Tensão mínima durante partida: 4,5 V
• Tensão máxima (bateria descarregada): 24 V
• Tensão reversa: -12 V
• Tensão máxima (falha no regulador/bateria): 130 V

21. Transientes e compatibilidade eletromagnética
• Emissões por irradiação e condução
• O equipamento não deve emitir emissões
• Imune à distúrbios irradiados e conduzidos (Suscetibilidade)
• Normas, padrões e recomendações práticas – SAE J1113
• Focos aqui:
• Transientes nos condutores de alimentação
• Limitação de emissões conduzidas
• Ensaios de transientes: definição dos tipos de pulsos – SAE J1113/11
• Fontes de transientes: acionamento de cargas indutivas (solenoides, motores,
embreagens, etc.)
• Pulso de ensaio 1: simula o transiente gerado quando uma carga indutiva é
desconectada da bateria e o dispositivo sob ensaio continua em paralelo

22. Transientes e compatibilidade eletromagnética
• Pulso de ensaio 2a: simula o transiente quando a corrente em um
elemento indutivo em série com o dispositivo sob ensaio é
interrompida
• Pulso de ensaio 2b: simula o transiente gerado quando uma
máquina CC é desconectada da bateria

23. Transientes e compatibilidade eletromagnética
• Pulsos de ensaio 3a e 3b: simula o transiente quando ocorrem
picos devido ao chaveamento de cargas no barramento
• Pulso de ensaio 4: simula o transiente de tensão que ocorre na
partida

24. Transientes e compatibilidade eletromagnética
• Pulsos de ensaio 5: load dump - ocorre quando a corrente de
carga do alternador decai bruscamente e a bateria não é capaz
de amortecer esta mudança. Isto pode ocorrer quando a bateria
é desconectada enquanto drena alta corrente. Isto se deve à
interação entre as reatâncias do alternador (campo), elementos
retificadores e regulador de tensão. Este transiente pode
provocar picos de tensão de até 120 V com duração de centenas
de milissegundos. O pulso de ensaio é simulado por uma forma
de onda de corrente em paralelo com um resistor de saída

25. Interferências eletromagnéticas
• Limites de interferência que os equipamentos podem gerar (Irradiada e condução) –
SAE J1113
• Foco: limitação de emissões por condução nos condutores de alimentação para a
especificação de filtros EMI
• Especificações de EMI conduzidas: limita o ripple que o circuito eletrônico pode injetar
no barramento de tensão em uma determinada faixa de frequência
• Ensaio:
• Utilização de uma Rede de Estabilização da Impedância de Linha – REIL (Line
Impedance Stabilization Network – LISN ou Artificial Mains Network – AN) entre o
barramento e o equipamento sob ensaio para eliminar qualquer variação da
impedância do barramento, eliminando, desta forma, a quantidade de ripple
injetada
• Especificações: ripple de tensão permitido (dBµV) em função da frequência
• Projeto de filtros: filtros passa-baixa frequências de estágio único ou multiestágio

26. Interferências eletromagnéticas
• Ensaio:
• Rede de Estabilização da Impedância de Linha – REIL (Line Impedance
Stabilization Network – LISN ou Artificial Mains Network – AN)

27. Considerações ambientais
• Fatores ambientais: temperatura, umidade, choque mecânico, vibração, imersão,
névoa salina e exposição à areia, cascalho, óleo e outros produtos químicos - Norma
SAE J1211 – 1978.
• Temperatura:
• Equipamentos refrigerados à ar ou água
• Altitude reduz pressão atmosférica que reduz a eficiência na transferência de calor
• Ciclagem térmica e choque térmico: efeito na confiabilidade

28. 2.4 Eletrônica de potência
INFORMAÇÃO
(Microeletrônica)
ENERGIA ELÉTRICA
(Eletrônica de Potência)

29. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador monofásico de meia-onda não-controlado:
𝑉𝑚é𝑑 =
1
2𝜋
. 𝐸𝑎 . 𝑑𝜔𝑡 + 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)
𝛽
𝜃1
. 𝑑𝜔𝑡 + 𝐸𝑎. 𝑑𝜔𝑡
𝜃1+2𝜋
𝛽
𝜃1
0
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
. (𝐸𝑎)2 . 𝑑𝜔𝑡 + (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2
𝛽
𝜃1
. 𝑑𝜔𝑡 + (𝐸𝑎)2. 𝑑𝜔𝑡
𝜃1+2𝜋
𝛽
𝜃1
0
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100

30. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador monofásico de onda-completa não-controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
2
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡
𝜋
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
2
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
𝜋
0
2
. 𝑑𝜔𝑡
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2

31. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador trifásico de meia-onda não-controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
3
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥𝐹𝑁. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡
150°
30°
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
3
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥𝐹𝑁. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
150°
30°
2
. 𝑑𝜔𝑡

32. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador trifásico de onda-completa não-controlados:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
6
2𝜋
. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡) . 𝑑𝜔𝑡
120°
60°
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
6
2𝜋
. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
120°
60°
2
. 𝑑𝜔𝑡

33. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador monofásico de meia-onda controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
1
2𝜋
. 𝐸𝑎 . 𝑑𝜔𝑡 + 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)
𝛽
𝜃𝑑
. 𝑑𝜔𝑡 + 𝐸𝑎. 𝑑𝜔𝑡
2𝜋
𝛽
𝜃𝑑
0
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
. (𝐸𝑎)2 . 𝑑𝜔𝑡 + (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2
𝛽
𝜃𝑑
. 𝑑𝜔𝑡 + (𝐸𝑎)2. 𝑑𝜔𝑡
2𝜋
𝛽
𝜃𝑑
0

34. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador monofásico de onda-completa controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
2
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡
𝜃𝑑 +𝜋
𝜃𝑑
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
2
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
2
𝑑𝜔𝑡
𝜃𝑑+𝜋
𝜃𝑑

35. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador trifásico de meia-onda controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
3
2𝜋
. (𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2
𝜃𝑑+2𝜋/3
𝜃𝑑
. 𝑑𝜔𝑡
𝑉𝑚é𝑑 =
3
2𝜋
. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡
𝜃𝑑+2𝜋/3
𝜃𝑑
. 𝑑𝜔𝑡

36. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Retificador trifásico de onda-completa controlado:
𝐼𝑚é𝑑 =
𝑉𝑚é𝑑−𝐸𝑎
𝑅
𝑉𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑚é𝑑 2
𝐹𝑅% =
𝑉𝑐𝑎
𝑉𝑚é𝑑
.100
𝑉𝑚é𝑑 =
6
2𝜋
. 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡)
𝜃𝑑 +𝜋/2
𝜃𝑑 +𝜋/6
. 𝑑𝜔𝑡
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
6
2𝜋
. ( 3. 𝑉𝑚á𝑥. 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡))2
𝜃𝑑+ 𝜋/2
𝜃𝑑 +𝜋/6
. 𝑑𝜔𝑡

37. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Conversores CC/CC (Chopper/Pulsador)

38. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Chopper abaixador de tensão – Conversor Buck:
Smo kVV  k = TON/T

39. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Chopper elevador de tensão – Conversor Boost:

40. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Chopper abaixador-elevador de tensão – Conversor Buck-Boost:
k1
k
VV Smo



41. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Chopper abaixador-elevador de tensão – Conversores Cuk, SEPIC e Zeta:

42. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Conversor CC/CC – Ponte H:

43. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Conversor CC/CC – Ponte H:

44. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Conversores CC/CA (Inversores):
COMANDO
TENSÃO NA CARGA
FFT DA TENSÃO NA CARGA
.

45. 2.5 Conversores alimentados em CA e CC
 Conversores CC/CA (Inversores):
fw 2  
T
0
2
RMS dttv
T
1
V
n
nxsenx
dxnxsen
4
2
2
2
 R
V
I RMS
RMS   tvO
1
,..5,3
2
V
V
THD
n
n


 2
1
2
RMS
,..5,3n
2
n VVV 


n
nxsenx
dxnx
4
2
2

R
V
I RMS
RMS     tnsen
n
V
tv
n
S
O 





,...5,3,1
4
2
1V
fw 2  
T
0
2
RMS dttv
T
1
V
n
nxsenx
dxnxsen
4
2
2
2
 R
V
I RMS
RMS 
1
,..5,3
2
V
V
THD
n
n


 2
1
2
RMS
,..5,3n
2
n VVV 



46. 2.5 Técnicas de modulação
 Conversores CC/CA (Inversores):
COMANDO
TENSÃO NA CARGA
FFT DA TENSÃO NA CARGA