Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV

ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

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Aula 01 – Introdução

Prof. Heverton Augusto PereiraUniversidade Federal de Viçosa - UFV

Departamento de Engenharia Elétrica - DEL Gerência de Especialistas em Sistemas Elétricos de Potência – Gesep

heverton.pereira@ufv.br

www.gesep.ufv.br

TEL: +55 (31) 3899-3266

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Conteúdo

Tópicos01 - Introdução

02 - Diodos de potência e circuitos RLC chaveados

03 - Retificadores com diodos

04 - Transistores de potência

05 Conversores CC-CC

06 Tiristores

07 Retificadores controlados

08 - Controladores de tensão CA

09 - Conversores CC-CA

10 - Inversores de pulso ressonante

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1. M. H. Rashid: Eletrônica de Potência: Dispositivos, circuitos eaplicações. 4ª. Edição, Pearson, 2014 (Livro texto)

2. Mohan, Undeland and Robbins: Power Electronics: Converters,Applications and Design. 2nd. Edition, John Wiley, 1994.

3. http://vm1-devel.fee.unicamp.br/feec/node/493

4. http://personal.strath.ac.uk/barry.williams/

Referências

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1. Apresentação: 6 pontos

2. Relatórios: 30 pontos (1 por aula)

3. Provas: 64 pontos (16 pontos cada)

Avaliações

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• A eletrônica de potência envolve a potência a eletrônica e o controle.

Fonte: http://www.jhi.jku.at/research/areas-of-research/power-electronics/

Introdução

Potência

Eletrônica

Controle

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• Dispositivos de estado solido• A eletrônica de potência baseia-se no chaveamento de dispositivos

semicondutores de potência;

Introdução

Fonte: Arquivo pessoal

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• Aquecimento• Iluminação• Motores• Fontes de alimentação• Sistemas de propulsão de veículos• Sistemas de transmissão em corrente contínua e alternada

Aplicações

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• 1900Retificador a arco demercúrioRetificador de tanque metálicoRetificador a válvula com grade de controleIgnitronFanotronTiratron

http://www.r-type.org/pics/aag0010.jpg

Histórico

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• 1948Transistor de silício (Bell Telephone)

John Bardeen, William Bradford Shockley, eWalter Houser Brattain

Prémio Nobel da Física em 1956

• 1956Transistor PNPN com disparo(tiristor ou retificador controlado de silício SCR)

• 1958Tiristor comercial (General Electric)

http://www.beatriceco.com/bti/porticus/bell/images/transistor1.jpg

Histórico

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• Aplicações: energia renovável, transmissão de energia, carro elétrico

• Limitação da capacidade de dispositivos baseados em silício (níveis depotência e frequência de chaveamento)

• Novos dispositivos baseados em carbeto de silício (3ª revolução)

Considerações parciais

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• Qualidade da energia• Introdução de harmônicos no sistema elétricos de potência• Filtros passivos adicionais para reduzir as harmônicas• Filtros passivos inserem pontos de ressonância

XAVIER, LUCAS S. ; CUPERTINO, ALLAN F. ; DE RESENDE, JOSÉ T. ; MENDES, VICTOR F. ; PEREIRA,HEVERTON A. . Adaptive current control strategy for harmonic compensation in single-phase solar inverters.Electric Power Systems Research (Print), v. 142, p. 84-95, 2017.

Pontos negativos

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• Interferência eletromagnética• Conversores de potência podem causar interferência em

radiofrequência por causa da radiação eletromagnética• Isso pode afetar o circuito de comando• Necessidade de aterramento ou blindagem

http://www.smar.com/brasil/artigo-tecnico/emi-interferencia-eletromagnetica-em-instalacoes-industriais-e-muito-mais

Pontos negativos

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• Problemas a saúde?• Microcoondas

http://www.health.harvard.edu/staying-healthy/microwave-cooking-and-nutrition

Pontos negativos

http://www.globalhealingcenter.com/natural-health/why-you-should-never-microwave-your-food/

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• Retificadores a diodo• Conversores CC-CC• Conversores CC-CA• Conversores CA-CC• Conversores CA-CA• Chaves estáticas

Tipos de Circuitos

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• Quando ligadaCapacidade de conduzir uma grande quantidade de correnteUma baixa queda de tensãoUma baixa resistência de condução

• Quando desligadaCapacidade de suportar uma alta tensão direta ou reversaUma baixa corrente de fuga no estado desligadoUma alta resistência

• Durante a comutaçãoCapacidade de ligar e desligar instantaneamentePermitir chaveamento em altas frequênciasPouco tempo de atrasoPequeno tempo de subidaPequeno tempo de armazenamentoPequeno tempo de descida

Especificação das chaves

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• Para ligar e desligarBaixa potência do sinal de comandoBaixa tensão de comandoBaixa corrente de comando

• Abertura e fechamentoDevem ser controláveis através de sinais de comandoRequerer apenas um sinal de pulso

• Elevado dv/dt

• Elevada di/dt

• Impedância térmica baixa

• Suportar corrente de falha

Especificação das chaves

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• Coeficiente de temperatura negativoFavorece operação em paralelo de chaves

• Preço baixo

Especificação das chaves

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• Atraso de subida• Atraso de armazenamento• Atraso de descida• Energia dissipada na condução• Energia dissipada na comutação• Tensão em condução – mínimo 1V• Frequência de chaveamento limitada• Acionamento consome energia

• Geralmente as perdas de comutação são as mais altas!

Especificação das chaves -Realidade

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Exemplo: Diodo de potência

Ligar

Desligar

Semikron: Application Manual Power Semiconductors

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Exemplo: Tiristor

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/cap1.pdf

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• Precisamos sempre de um datasheet

• TensãoTensão de picoTensão reversaQueda de tensão durante a condução

• CorrenteCorrente média, RMSCorrente de picoCorrente de fuga

• Frequência de chaveamento

• Capacidade di/dt

• Capacidade dv/dt

Como escolher a chave de potência?

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• Temperatura de operação

• Resistência térmica da junção até o encapsulamento

Como escolher a chave de potência?

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Dispositivos semicondutores de potência

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Dispositivos semicondutores de potência

http://www.vandertronic.com/index.php/diodos/?print=print

http://eletronicaemcasa.blogspot.com.br/2013/04/como-funciona-um-transistor-bipolar.html

http://www.petervis.com/GCSE_Design_and_Technology_Electronic_Products/GCSE_Electronics_Circuit_Symbols/thyristor/thyristor.html

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Dispositivos semicondutores de potência

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Dispositivos semicondutores de potência

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Dispositivos semicondutores de potência

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Dispositivos semicondutores de potência

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Características Elétricas

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Características Elétricas

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Características de Controle

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Características de Controle

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S. Bernet, "Recent developments of high power converters for industry and traction applications," in IEEETransactions on Power Electronics, vol. 15, no. 6, pp. 1102-1117, Nov 2000.

Características