ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 01 - Introdução. à Eletrônica de Potência

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1 EPO I Aula 01 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 01 - Introdução à Eletrônica de Potência, Ms.. Eng. 1

2 Eletrônica de potência Eletrônica de potência é a tecnologia associada ao eficiente processamento e controle da energia por meios estáticos ticos a partir da sua forma disponível de entrada e forma desejada em sua saída Sua faixa de potência vai de mw (telefone celular) a centenas de MW (sistemas de energia) Área multidisciplinar 2

3 Eletrônica de potência Áreas de conhecimento associadas: Conversão de energia Circuitos elétricos Eletrônica Controle Instrumentação Sistemas de energia Máquinas elétricas Compatibilidade eletromagnética tica 3

4 Eletrônica de potência Métodos de processamento da energia: Linear conversão através s de transistores operando como resistores variáveis veis elevadas perdas eletrônica analógica convencional (ex.: amplificador de som de rádio) r Comutada conversão através s de dispositivos eletrônicos operando como interruptores operação em etapas (ex.: sistema de partida suave de motores softstarters) 4

5 Conversores estáticos ticos Classificação quanto à forma de conversão: CC-CC (pulsador( pulsador) E 1 Retificador v 1,f 1 CA-CC CC (retificador) Conversor indireto CA CC-CA CA (inversor) CA-CA (gradador( gradador/ cicloconversor) Conversor direto CC Conversor indireto CC Conversor direto CA E 2 Inversor v 2,f 2 5

6 Conversores estáticos ticos Classificação quanto ao fluxo de energia: 1. Unidirecional em tensão e corrente (1 quad) 2. Bidirecional em tensão e unidirecional em corrente (2 quad) 3. Bidirecional em corrente e unidirecional em tensão (2 quad) 4. Bidirecional em tensão e corrente (4 quad) i k 2 o quad. 1 o quad. 3 o quad. v 4 k o quad. 6

7 Conversores estáticos ticos Classificação quanto ao modo de operação ão: Conversores comutados pela linha (EPO1) Necessitam de uma tensão CA externa para operarem adequadamente Empregam interruptores não-controlados (diodos) e semi-controlados (tiristores) Conversores completamente controláveis (EPO2) Não necessitam de tensão CA externa Empregam interruptores não-controlados (diodos) e completamente controlados (transistores) 7

8 Aplicações: conversores estáticos ticos 8

9 Conversores comutados pela linha Dispositivos de processamento de energia Diodo Indutor (reator) Capacitor metalizado (CA) Tiristor Transformador Capacitor eletrolítico tico (CC) 9

10 Conversores comutados pela linha Dispositivos de proteção e dissipação Ventilador Resistor Dissipador de calor Resistor NTC Varistor Fusível para semicondutor Snubber 10

11 Conversores comutados pela linha Dispositivos de instrumentação Sensor de corrente shunt Sensor de tensão trafo Sensor de corrente hall Sensor de temperatura Sensor de tensão hall 11

12 Conversores comutados pela linha Dispositivos de comando e controle Transformador de pulso Driver isolado Placa de aquisição e controle Fonte CC 12

13 Aplicações dos conversores estáticos ticos 1. Conversores comutados pela linha Aplicações altas potências São muito empregados em aplicações industriais São muito confiáveis Empregam freqüências de comutação baixas e elementos reativos grandes 13

14 Retificadores não-controlados carga RL Principais tipos: Monofásico de meia onda Monofásico de onda completa com ponto médiom Retificador monofásico de onda completa em ponte Retificador trifásico com ponto médiom Retificador trifásico de onda completa Empregam apenas diodos E 1 v 1,f 1 Retificador 14

15 Retificadores não-controlados carga RL Aplicações Alternador Mineração - bauxita 15

16 Retificadores não-controlados carga RC Principais tipos: Monofásico em onda completa Monofásico como dobrador de tensão Trifásico E 1 v 1,f 1 Retificador Empregam apenas diodos 16

17 Retificadores não-controlados carga RC Aplicações Estágio de entrada de fontes para computador Fontes p/ equipamentos eletrônicos 17

18 Conversores diretos CC lineares Principais tipos: Regulador de tensão a diodo zener Regulador de tensão a transistor Regulador de tensão a CI E 1 v 1,f 1 Retificador Circuito sem comutação 18

19 Conversores diretos CC lineares Aplicações Estágio de saída de fontes p/ equipamentos eletrônicos Estágio de saída de fontes p/ equipamentos eletrônicos 19

20 Retificadores controlados carga RL Principais tipos: Monofásico de meia onda Monofásico de onda completa Retificador trifásico com ponto médiom Retificador trifásico de onda completa E 1 v 1,f 1 Retificador Empregam diodos e tiristores 20

21 Retificadores controlados carga RL Aplicações Solda e corte Fornos a arco CC 21

22 Retificadores controlados carga RL Aplicações Galvanização eletrolítica tica Eletrolisação 22

23 Retificadores controlados carga RL Aplicações HVDC (Transmissão de energia em corrente contínua) nua) 23

24 Retificadores controlados carga RLE Aplicações Excitatriz estática tica (geração do campo) para motor CC e gerador síncrono Motor CC giro unidirecional 24

25 Conversores duais Principais tipos: Monofásico com ponto médiom Monofásico em ponte Trifásico com 3 pulsos Trifásico com 6 pulsos E 1 v 1,f 1 Retificador Empregam apenas tiristores 25

26 Conversores duais Aplicações Motor CC giro bidirecional Indústria de laminação, papel, cimento, mineração 26

27 Gradadores Principais tipos: Gradadores monofásicos Gradadores trifásicos Controle por ciclos inteiros v 1,f 1 Conversor direto CA v 2,f 2 Empregam apenas tiristores 27

28 Gradadores carga R Aplicações Controle de temperatura Ducha eletrônica Fornos industriais 28

29 Gradadores cargas genéricas Aplicações Estabilizadores eletrônicos de tensão Chaves de transferência estática tica 29

30 Gradadores carga L Aplicações Compensadores estáticos ticos de potência reativa (FACTS transmissão de energia) 30

31 Gradadores carga RLE Aplicações Sistema de partida suave para motores (soft-starters) 31

32 Cicloconversores Principais tipos: Trifásicos 3 pulsos com ponto médio Trifásico 6 pulsos, em ponte, para cargas isoladas Trifásicos 6 pulsos, em ponte, para cargas não isoladas v 1,f 1 Conversor direto CA v 2,f 2 Empregam apenas tiristores 32

33 Cicloconversores Aplicações Controle de motores CA de propulsão de alta potência (trens, navios, guindastes) 33

34 Inversores Principais tipos: Monofásicos Trifásicos 3 braços Trifásicos 4 braços E Inversor 2 v 2,f 2 Empregam tiristores e diodos 34

35 Inversores Aplicações Forno de indução 35

36 Aplicações dos conversores estáticos ticos 2. Conversores completamente controláveis Aplicações potências pequenas a médiasm São muito empregados em sistemas comerciais e resitências Possuem elevada densidade de potência Empregam freqüências de comutação elevadas e elementos reativos pequenos 36

37 Conversor CC-CC alta freqüência Aplicações Fontes de computadores (VRM) Fontes CC-CC para equipamentos eletrônicos 37

38 Retificadores alta-freq freqüência Aplicações Retificadores para aplicações em telecomunicações Carregadores compactos para equipamentos eletrônicos 38

39 Inversores alta-freq freqüência Aplicações Amplificadores de som Estágio de saída de inversores de freqüência 39

40 Conversores CA-CA alta-freq freqüência Aplicações Acionamento de motores 40

41 Conversores indiretos (em cascata) Podem utilizar conversor de baixa freqüência (BF) em conjunto com outro de alta freqüência (AF) E 1 Conversor direto CC Retificador Conversor indireto CC Conversor indireto CA v 1,f 1 Conversor direto CA E 2 Inversor v 2,f 2 41

42 Conversor indiretos (em cascata) Aplicações Fonte para telecom Retificador (AF) CC-CC (AF) No-breaks Retificador (BF/AF) Inversor (AF) Inversor de freq. Retificador (BF) Inversor (AF) 42

43 Case real A Schulz S/A adquiriu dois transformadores de 6,625 MVA de potência e 13,8 kv com um retificador de saída de 12 pulsos (cada) para alimentar um forno de indução de 9MVA. Cada transformador possui 12 pulsos defasados de 30º entre si e deslocados 7,5º em relação ao ângulo de origem (um transformador positivo e outro negativo), o retificador é alimentado pelos 2 transformadores simultaneamente, resultando, assim, um sistema com uma defasagem de 15 entre os pulsos. 43

44 Case real Perguntas: 1. Porque decidiu-se usar um retificador de 24 pulsos? 2. Porque os transformadores (juntos) tem potência de 13,25MVA se a potência da carga é de 9MVA? 3. Como foram dimensionados os diodos/tiristores para este sistema? Talvez vocês nunca precisarão projetar um dos sistemas estudados em EPO1, mas é bem possível que precisem conhecer estes sistemas em uma decisão de compra ou para manutenção 44

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