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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
www.gesep.ufv.br
TEL: +55 (31) 3899-3266
Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
• 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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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
Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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
Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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
Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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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ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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
Prof. Heverton Augusto Pereira – Departamento de Engenharia Elétrica – UFV
ELT 313 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
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