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Reflex

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... (high voltage direct-current HVDC); ... (revistas) dispon veis na Biblioteca Central da PUCRS; IEEE Transactions on Industrial Electronics; ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Reflex


1
Reflexões (J.S. Nobre)
  • O seu irmão está errado?
  • Não o empurre mais para o erro falando mal dele,
    espalhando entre outros os seus erros. Edifique-o
    com o seu bom exemplo. É a melhor maneira de
    fazê-lo enxergar os seus próprios defeitos. Mas
    faça isso com caridosa discrição, sem que nem ele
    perceba que você o tem em vista.
  • Um dia você saberá o bem que praticou, vendo-o
    correto e passando ao seu lado com um sorriso de
    humildade e de profundo agradecimento.

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Eletrônica de Potência
  • Introdução
  • Capítulo 1 pág. 1 à 22 do livro texto
  • Aula 3
  • Professor Fernando Soares dos Reis

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Sumário Capítulo 1
  • 1.1 Aplicações da Eletrônica de Potência
  • 1.2 História da Eletrônica de Potência
  • 1.3 Dispositivos Semicondutores de Potência
  • 1.4 Características de Controle dos Dispositivos
    de Potência
  • 1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
  • 1.6 Projeto de Equipamentos de Eletrônica de
    Potência
  • 1.7 Efeitos Periféricos
  • 1.8 Módulos de Potência
  • 1.9 Módulos Inteligentes - Smart Power
  • 1.10 Periódicos
  • Resumo

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1.1 Aplicações da Eletrônica de Potência
  • Acionamentos de Máquinas Elétricas
  • Controladores Industriais
  • Combina Potência, Eletrônica e Controle
  • Aplicação da Eletrônica de estado sólido para o
    controle e conversão de energia elétrica
  • Baseia-se no chaveamento dos semiconduto-res de
    potência

5
Aplicações da Eletrônica de Potência
  • Utiliza semicondutores de potência e
    micro-eletrônica
  • Controle de sistemas de aquecimento
  • Controle de luminosidade
  • Controle de máquinas elétricas
  • Fontes de alimentação
  • Sistemas de propulsão de veículos

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Aplicações da Eletrônica de Potência
  • Sistemas de corrente contínua em alta tensão
    (high voltage direct-current HVDC)

Controle Analógico e/ou Digital
Equipamentos de Potência Estáticos/Rotativos
Dispositivos/Circui-tos Eletrônicos
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1.2 História da Eletrônica de Potência
  • Introdução do retificador a arco de mercúrio, em
    1900
  • Retificador de tanque metálico
  • Retificador em tubo a vácuo de grade controlada
  • As válvulas Ignitron e Tiratron
  • Foram utilizados seqüencialmente até 1950

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1.2 História da Eletrônica de Potência
  • A primeira revolução começou em 1948 com a
    invenção do transistor de silício, por Bardeen,
    Brattain e Schockley da Bell Telephone
    Laboratories
  • Em 1956 a Invenção do transistor disparável PNPN,
    definido como tiristor ou retificador controlado
    de silício ( Silicon Controled Rectifier), pela
    Bell Tel. Labs.

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1.2 História da Eletrônica de Potência
  • A segunda revolução começou em 1958 com o
    desenvolvimento comercial do tiristor, pela
    General Electric Company.
  • O desenvolvimento dos novos interruptores e da
    microeletrônica nos possibilita trabalhar em
    elevadas potências com rendimentos cada vez
    melhores.

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1.2 História da Eletrônica de Potência
  • Nos próximos 30 anos a eletrônica de potência
    dará forma e condicionará a eletricidade, em
    algum lugar na linha de transmissão, entre sua
    geração e todos os seus usuários.

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1.2 História da Eletrônica de Potência
  • O grande salto desta ciência ocorreu no final dos
    anos 80 e início dos 90. Existem hoje no mundo
    centenas de pesquisadores trabalhando
  • Aqui na PUCRS existem vários pesquisadores
    trabalhando nesta promissora área o Laborató-rio
    de Eletrônica de Potência da PUCRS o LEPUC
    congrega um grupo de pesquisadores que trabalham
    nesta área

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1.2 História da Eletrônica de Potência
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1.3 Dispositivos Semicondutores de Potência
  • Diodos de Potência
  • O SCR (primeiro tiristor)
  • Transistores de junção bipolar (BJTs)
  • MOSFETs de potência
  • Transistores Bipolares de porta isolada (IGBTs)
  • Transistores de indução estática (SITs)

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Classificação dos Diodos de Potência
  • Genéricos, de uso geral, são fornecidos em até
    3000 V, 3500 A e tempo de recuperação reversa trr
    de 10 ms
  • Alta velocidade ou recuperação rápida, são
    fornecidos em até 3000 V, 1000 A e valores
    típicos de trr de 0,1 e 5,0 ms
  • Diodos Schottky (very fast) trr da ordem de
    nano-segundos

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Características dos Diodos de Potência
  • O diodo conduz quando esta polarizado
    diretamente, isto é, quando a tensão do Ânodo é
    superior a (tensão) do Cátodo
  • O bloqueio se da quando a corrente que por ele
    (diodo) circula se anula
  • A corrente de fuga aumenta com a faixa de tensão

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Tipos de Encapsulamentos
  • Tipo ROSCA ou rosqueável (do inglês stud ou
    stud-mounted)
  • Tipo DISCO ou encapsulamento prensável ou disco
    de hóquei (do inglês disk ou press pak ou hockey
    puck)

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Classificação dos tiristores
  • Tiristor de comutação forçada
  • Tiristor comutado pela rede
  • Tiristor de desligamento pelo gatilho, GTO
  • Tiristor de condução reversa, RCT
  • Tiristor de indução estática, SITH

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Tiristor de desligamento pelo gatilho, GTO
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Classificação dos tiristores
  • Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho,
    GATT
  • Retificador controlado de silício, controlado por
    luz, LASCR
  • Tiristores controlados por MOS, MCTs

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Classificação dos tiristores
  • Os tiristores de comutação natural ou pela rede
    podem operar até 6000 V e 3500 A
  • Os tiristores de alta velocidade, neste caso
    apresentam tempos de desligamento da ordem de 10
    a 20 ?s e valores de tensão de 1200 V e corrente
    de 2000 A

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Classificação dos tiristores
  • Os tiristores de condução reversa RCT e de
    desligamento auxiliado pelo gatilho GATTs são
    amplamente utilizados para chaveamen-to em alta
    velocidade, em especial em apli-cações de tração.
    Um RCT pode ser conside-rado como um SCR com um
    diodo em anti-paralelo, 2500 V, 1000 A (400 A em
    condu-ção reversa) e apresentam tempos de
    cha-veamento da ordem de 40 ?s.

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Classificação dos tiristores
  • Os GATTs são fornecidos em até 1200 V e 400 A,
    com uma velocidade de chaveamento de 8 ?s
  • Os LASCR, retificadores controlados de silício
    controlados por luz são fornecidos em até 6000 V
    e 1500 A , com uma velocidade de chavea-mento de
    200 a 400 ?s, são apropriados para sistemas de
    alta potência HVDC

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Classificação dos tiristores
  • Os TRIACs são amplamente utilizados no controle
    de cargas CA de baixa potência
  • Os GTOs e os tiristores de indução estática SITHs
    são tiristores autodesligáveis. São ligados e
    desligados pela aplicação de um curto pulso
    positivo e negativo respectiva-mente. Os GTOs são
    fornecidos em até 4000V e 3000 A

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Classificação dos tiristores
  • Os SITHs, cujos valores nominais podem ser tão
    altos, como 1200V e 300 A, têm expectativa de
    aplicação em conversores de média potência, com
    uma freqüência de várias centenas de qui-lohertz
    e além da faixa de freqüência dos GTOs
  • Os MCTs podem ser ligados por um pequeno pulso de
    tensão negativa na porta MOS e vice-versa em
    relação ao seu ânodo, fornecidos em até 1000 V e
    100 A, é como um GTO pero ...

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Características dos Transistores
  • Os BJTs, apresentam três terminais cbe sendo
    normalmente operados como interruptores na
    configuração emissor comum devido as suas
    características é normalmente utilizado em
    conversores que operam até 1200 V, 400 A e 10
    kHz
  • Os MOSFETs, são utilizados em potências
    relativamente baixas, na faixa de 1000 V, 50 A e
    dezenas de quilohertz

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Características dos Transistores
  • Os IGBTs, são transistores de potência
    controlados por tensão. Eles são inerentemente
    mais rápidos que os BJTs, mas não tão rápidos
    quanto os MOSFETs sento fornecidos em até 1200 V,
    400 A podendo operar em freqüên-cias de até 20
    kHz

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Características dos Transistores
  • O Transistor de indução estática SITs é similar a
    um JFET. Possui baixo ruído, baixa distorção e
    capacidade de potência em altas freqüências de
    áudio. Sento fornecidos em até 1200 V, 300 A
    podendo operar em freqüências de até 100 kHz
    Usados em áudio, VHF/UHF e microondas

28
Principais Características dos Dispositivos de
Potência
29
Principais Aplicações dos Dispositivos de Potência
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Características e Simbologia dos Dispositivos de
Potência
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1.4 Características de Controle dos Dispositivos
de Potência
  • Disparo e desligamento não-controlado diodos
  • Disparo controlado e desligamento não-controlado
    SCR
  • Disparo e desligamento controlado BJT, MOSFET,
    GTO, SITH, IGBT, SIT, MCT
  • Necessidade de sinal contínuo de porta BJT,
    MOSFET, IGBT, SIT
  • Necessidade de pulso de gatilho GTO, SCR, MCT

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1.4 Características de Controle dos Dispositivos
de Potência
  • Capacidade de suportar tensão bipolar SCR, GTO
  • Capacidade de suportar tensão unipolar BJT,
    MOSFET, IGBT, MCT
  • Capacidade de corrente bidirecional TRIAC, RCT
  • Capacidade de corrente unidirecional SCR, GTO,
    BJT, MOSFET, MCT, IGBT, SITH, SIT, diodo

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Características de Controle dos Dispositivos de
Potência
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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Os circuitos de eletrônica de potência podem ser
  • Retificadores com diodos
  • Conversores CA-CC (retificadores controlados)
  • Conversores CA-CA (controladores de tensão CA)
  • Conversores CC-CC (choppers)
  • Conversores CC-CA (inversores)
  • Chaves estáticas

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Retificadores
  • Um circuito retificador converte tensão CA em uma
    tensão CC fixa

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Conversores CA - CC
  • O valor médio da tensão pode ser controlado
    variando-se o tempo de condução dos tiristores ou
    o atraso do ângulo de disparo, ?.

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Conversores CA - CA
  • São usados para que se possa obter uma tensão CA
    variável a partir de uma tensão CA fixa. Através
    do controle do ângulo de disparo, ?

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Conversores CC - CC
  • Também conhecido como chopper ou regulador
    chaveado. A tensão média de saída é controlada
    pela variação do tempo de condução do
    transistor, tON. Se T é o período de operação do
    conversor, então tONDT. Onde D é chamado ciclo
    de trabalho do conversor

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Conversores CC - CC
40
1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Conversores CC - CA
  • Também conhecido como inversor

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1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
Chaves Estáticas
  • Como os dispositivos de potência podem ser
    operados como chaves estáticas, relês, contatores
    ou até circuitos de proteção como disjuntores
    eletrônicos, a alimentação para essas chaves pode
    ser tanto CA quanto CC e as chaves são chamadas
    chaves estáticas CA ou chaves CC

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1.6 Projeto de Equipamentos de Eletrônica de
Potência
Pode ser dividido em quatro partes
  • Projeto dos circuitos de potência
  • Proteção dos dispositivos de potência
  • Determinação da estratégia de controle
  • Projetos dos circuitos lógico e de controle

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1.6 Projeto de Equipamentos de Eletrônica de
Potência
  • Na análise e projeto os dispositivos de potência
    são considerados ideais, os efeitos parasitas dos
    diversos elementos, tais como indutância de
    dispersão, capacitâncias parasitas, resistências
    de condução dos interruptores de potência e os
    respectivos tempos de comutação são desprezados
  • Na construção do circuito real todos estas
    caracterís-ticas devem ser levadas em conta

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1.7 Efeitos Periféricos
  • Os conversores introduzem correntes e tensões
    harmô-nicas no sistema de alimentação e na sua
    saída. Isso pode causar problemas de distorção da
    tensão de saída, geração de harmônicos no sistema
    de alimentação (rede) e interferências
    eletromagnéticas em sistemas de comunicação, PC,
    instrumentação, TV, sinalização..
  • Estes problemas podem ser minimizados através da
    utilização de filtros, blindagens e do projeto
    adequado de todo o circuito de potência,
    topologia, placa de CI, controle...

45
1.7 Efeitos Periféricos
Fonte de Alimentação
Saída
Filtro de Entrada
Conversor de Potência
Filtro de Saída
Gerador de Sinal de Controle de Chaveamento
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1.8 Módulos de Potência
  • Oferecidos com dois, quatro ou seis dispositivos
  • Os módulos oferecem as vantagens de perdas mais
    baixas no estado de condução, características de
    chaveamento de altas tensões e correntes, e
    velocida-des maiores que as dos dispositivos
    convencionais
  • Alguns módulos ainda incluem proteção contra
    transientes e ao circuito de excitação da porta
    ou gatilho

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1.9 Módulos Inteligentes - Smart Power
  • São o estado da arte em eletrônica de
    potência, integrando o módulo de
    potência e o circuito periférico
  • O circuito periférico consiste de uma isolação
    entrada-saída e interface do sinal com o sistema
    de alta tensão, um circuito de excitação, um
    (circuito) de diagnóstico e proteção
  • Os usuários necessitam apenas conectar as fontes
    de alimentação

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1.10 Periódicos
  • Existem vários periódicos (revistas) disponíveis
    na Biblioteca Central da PUCRS
  • IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • IEEE Transactions on Industry Applications
  • IEEE Transactions on Power Electronics
  • No LEPUC também estão disponíveis vários Anais de
    Conferências da área

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Resumo
  • À medida que a tecnologia para dispositivos
    semicondutores de potência e circuitos integrados
    se desenvolve, o potencial para aplicações da
    eletrônica de potência torna-se mais amplo.
  • Existem muitos dispositivos semicondutores de
    potência que são fornecidos comercialmente
    entretanto, o desenvolvimento neste sentido é
    contínuo.

50
Resumo
  • Os conversores de energia podem ser classificados
    como retificadores, conversores CA-CC,
    conversores CA-CA, conversores CC-CC, conversores
    CC-CA e chaves estáticas
  • O projeto de circuitos de eletrônica de potência
    requer o desenvolvimento dos circuitos de
    potência e controle
  • As tensões e correntes harmônicas geradas pelos
    conversores de energia são reduzidos com uma
    escolha adequada da estratégia de controle

51
Estudo Dirigido
  • Em grupos vamos agora responder as questões de
    revisão propostas
  • Boa Sorte!
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