ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

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2 Os ícones são elementos gráficos utilizados para ampliar as formas de linguagem e facilitar a organização e a leitura hipertextual. Atenção: indica pontos de maior relevância no texto. Mídias Integradas: sempre que se desejar que os estudantes desenvolvam atividades empregando diferentes mídias: vídeos, filmes, jornais, ambiente AVA e outras. Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado. Saiba mais: oferece novas informações que enriquecem o assunto ou "curiosidades" e notícias recentes relacionadas ao tema estudado. Aula prática: apresenta atividades em diferentes níveis de aprendizagem para que o estudante possa realizá-las e conferir o seu domínio do tema estudado. Palavra do Professor Caro aluno, Eletrônica de Potência é uma das áreas de grande importância a serem estudadas no Curso Técnico. O questionamento comum que surge ao iniciar os estudos de Eletrônica de Potência é: Qual a importância da Eletrônica de Potência?. Uma pergunta simples com várias resposta e respostas não tão simples. Existem muitas respostas pra mesma pergunta. O objetivo deste conteúdo é apresentar a teoria de funcionamento, a aplicação e a análise da eletrônica de potência, proporcionando a você informações e subsídios práticos que servirão de suporte para a atuação na área técnica, bem como de referência para o seu desenvolvimento profissional futuro. É muito importante o conhecimento na área de eletrônica de potência para a sua atuação, pois tais componentes estão presentes em praticamente todos os seguimentos de mercado onde você poderá atuar. Bom estudo! 2 2

3 Projeto Institucional Disciplina: Eletrônica de Potência (carga horária: 60h). Ementa: Semicondutores de potência; Controladores CA; Conversores CC - CC; Conversores CA -CC. AULA OBJETIVOS MATERIAIS CARGA HORÁRIA Aula 1 Semicondutores de Potência Compreender os princípios básicos do funcionamento dos semicondutores de potência. Conhecer características elementares. Caderno e Referências Bibliográficas 15 horas Aula 2 Controladores CA Conhecer e compreender princípios básicos, características elementares, sobre controladores CA. Caderno e Referências Bibliográficas 15 horas Aula 3 Conversores CC - CC Conhecer e compreender princípios básicos, características elementares, Conversores CC - CC. Caderno e Referências Bibliográficas 15 horas Aula 4 Conversores CA -CC Compreender, conhecer o princípio de funcionamento e características elementares dos conversores CA - CC. Caderno e Referências Bibliográficas 15 horas 3

4 Aula 1 Semicondutores de Potência Objetivos Compreender os princípios básicos dos semicondutores de potência e a importância da sua aplicação. Estudar os conceitos básicos, características elementares e aplicações Introdução Para entender o funcionamento e as diversas topologias dos conversores estáticos é necessário o conhecimento dos dispositivos semicondutores que compõem estes conversores, ou seja, suas características de tensão, corrente, comando e velocidade de comutação. Em eletrônica de potência, os semicondutores podem ser considerados como chaves, podendo estar no estado fechado ou conduzindo (ON) e aberto ou bloqueado (OFF). Podem ser divididos em três grupos de acordo com o grau de controlabilidade. Esses grupos são: Chaves não controladas: estado ON e OFF dependendo do circuito de potência. Ex.: diodos. Chaves semicontroladas: estado ON controlado por um sinal externo e OFF dependendo do circuito de potência. Ex.: SCR, TRIAC. Chaves Controladas os estados ON e OFF são controlados por sinal externo. Ex.: Transistor (BJT), MOSFET, IGBT, GTO Perdas nos Semicondutores de Potência Operando como chave, o semicondutor apresenta dois tipos de perdas de energia, as quais geram dissipação de calor sobre o mesmo: as perdas em condução e as perdas em comutação. A Fig. 1.1 a seguir apresenta as formas de onda de tensão, corrente e potência dissipada sobre um semicondutor que opera como chave. Quando o semicondutor está em condução, flui através do mesmo uma corrente I on e aparece sobre ele uma baixa queda de tensão V on, as quais são responsáveis pelas perdas em condução. Quanto maiores forem I on e V on, maior será a perda de condução, assim, são desejáveis semicondutores que apresentam baixos valores de tensão quando em condução. A comutação pode ser de dois tipos: OFF para ON (entrada em condução) ou de ON para OFF (bloqueio). No primeiro caso, quando o semicondutor entra em condução sua tensão cai até próximo de zero (V on) e a corrente cresce. Enquanto estes valores não se estabilizam aparecem as perdas por comutação. Tais perdas ocorrem também durante o bloqueio, onde a corrente cai até zero enquanto a tensão no semicondutor cresce atingindo o valor V off. Quanto maiores forem a tensão V off, a corrente I on, a duração da comutação (t off/on e t on/off ) e a frequência de comutação, maior será a perda de comutação. Assim, é desejável que o semicondutor apresente comutações rápidas para diminuir as perdas de comutação

5 Fig Comutação nos semicondutores de potência. 1.3 O Diodo A Fig. 1.2 mostra o símbolo do diodo e suas características de operação através da curva v x i. Fig Diodo: símbolo e característica de operação. Quando a tensão entre o anodo e o catodo for positiva e maior que VF (em torno de 0,7 V), é dito que o diodo está diretamente polarizado e está no estado de condução, ou seja, começa a conduzir corrente com uma pequena tensão sobre ele. Quando o diodo é reversamente polarizado, ou seja a tensão entre anodo e catodo é negativa, ele esta no estado corte, bloqueando a passagem de corrente no sentido reverso. A entrada em condução de um diodo é considerada ideal, ou seja, rápida o suficiente para não afetar o resto do circuito de potência em que está inserido. Entretanto, para o bloqueio leva-se um tempo adicional, chamado t RR tempo de recuperação reversa. Na comutação do estado de condução para o bloqueio, ocorre a descarga da capacitância intrínseca da junção. Nesse intervalo de tempo t RR, a corrente no diodo torna-se negativa até que toda a carga armazenada na capacitância durante a condução se anule. Após a carga ter se anulado o diodo bloqueia. Esta corrente reversa pode, além de 5

6 Fig Comutação em um diodo. comprometer o bom funcionamento do circuito, gerar ruídos, sobretensões e perdas adicionais de comutação. A Fig. 1.3 mostra como ocorre a comutação em um diodo. A partir dos tempos de recuperação reversa, os diodos podem ser classificados quanto à velocidade de comutação. A tabela a seguir mostra algumas linhas comerciais de diodos. Os diodos Schottky apresentam tempos de recuperação reversa muito pequenos, da ordem de 10ns, pequena queda de tensão e é aplicado em altas frequências e baixas tensões. Já o diodo ultrarrápido pode ser usado em tensões superiores, com um acréscimo do tempo de recuperação reversa. Os diodos rápidos são usados para maiores potências e menores frequências. Já os diodos de uso geral são os diodos normalmente utilizados na frequência da rede CA (60Hz). Os diodos de potência são fornecidos em vários tipos diferentes de encapsulamento como mostrado na Figura 1.4 ao lado. É através do encapsulamento que o calor gerado na junção do diodo se difunde para o meio circundante. Fig Tipos de encapsulamento. SCHOTTKY ULTRA RÁPIDO 1 A 10 A 35 A 1 A 15 A 50 A Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. 20 1N MBR MBR MUR MUR MUR N MBR MBR MUR MUR MUR MBR MBR MBR MUR MUR MUR MBR MBR MUR MUR

7 100 MBR MBR MUR1100 I FSM 25 A I FSM 150 A I FSM 600 A I FSM 35 A I FSM 200 A I FSM 600 A V F 0,6 V V F 0,57 V V F 0,55 V T rr 50 ns T rr 35 ns T rr 50 ns RÁPIDO USO GERAL Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. Vr COD. 50 1N N R23F6A 50 1N MUN MUR N N R32F10A 200 1N MUR MUR N N R23F14A 400 1N MUR MUR N N N MUR MUR2106 I FSM 30 A I FSM 250 A I FSM 5000 A I FSM 30 A I FSM 400 A I FSM 400 A T rr 0,2 μs T rr 0,2 μs T rr 0,2 μs Na tabela constam alguns parâmetros importantes para a especificação de um diodo, sendo: V R - tensão reversa; I FAVG - corrente média direta; V F - queda de tensão direta; I FSM - corrente se surto não repetitiva máxima; t rr - tempo de recuperação reversa. Além destes, existem outros parâmetros como: I FRMS - corrente direta eficaz; I FRM - corrente direta repetitiva máxima; I RRM - valor de pico da corrente de recuperação reversa. 1.4 Tiristores Dá-se o nome de tiristores a uma família de dispositivos semicondutores que funcionam como chaves, onde se destacam: o SCR (Retificador Controlado de Silício), TRIAC (tiristor triodo bidirecional), DIAC (tiristor diodo bidirecional), GTO (tiristor comutável pela porta), MCT (Tiristor controlado por MOS), e LASCR (SCR ativado por luz), também chamado de LTT (Light Triggered Thyristor). O tiristor mais utilizado é o SCR, que comumente acaba sendo chamado simplesmente de tiristor SCR (Retificador controlado de silício) A Fig. 1.5 mostra o símbolo do SCR e suas características de operação através da curva v x i. 7

8 Fig Tiristor: símbolo e característica de operação do SCR. Quando o SCR está diretamente polarizado (vt > 0) e é aplicado um pulso positivo de corrente de seu gate (G) para o catodo (K), este dispositivo entra em condução permitindo circulação da corrente IT entre anodo e catodo. Uma vez em condução, o pulso de gate pode ser removido e o SCR continua em condução como um diodo, ou seja, não pode ser comandado a bloquear. Para que o tal deixe de conduzir é necessário que a corrente IT caia abaixo do valor mínimo de manutenção (IH), desta forma o SCR entra novamente na região de corte. Quando o SCR está reversamente polarizado (vt < 0) ele não conduz. Maneiras de Disparar um SCR Disparo por pulso de gatilho - Esta forma é a mais utilizada. Como já foi dito, quando o SCR está diretamente polarizado e recebe um pulso positivo de corrente de gate para catodo, ele entra em condução. O componente se manterá em condução desde que, após o processo de entrada em condução, a corrente de anodo tenha atingido um valor superior ao limite IL (corrente de latching ). Sendo assim, a duração do sinal de disparo deve ser tal que permita à corrente atingir o valor IL antes que o sinal de disparo seja retirado. Disparo por sobretensão - Se a tensão entre anodo e catodo (diretamente polarizado) aumenta demasiadamente, atingindo valor superior a tensão de breakover (VBO), é possível iniciar o processo de condução mesmo sem corrente no gate. Embora nem sempre destrutivo, este procedimento raramente é utilizado na prática. Disparo por taxa de crescimento da tensão direta - Uma vez que o SCR esteja diretamente polarizado, mesmo sem corrente de gate, pode haver a entrada em condução devido à taxa de crescimento da tensão entre anodo e catodo. Se esta taxa for suficientemente elevada (a tensão crescer rapidamente), o SCR entra em condução. Este disparo, normalmente não desejado, é evitado pela ação de um circuito de proteção conhecido como snubber, que se trata de um circuito RC em paralelo com o tiristor. Fig Tiristor com um circuito snubber: 8 8

9 Disparo por temperatura - Em altas temperaturas, a corrente de fuga numa junção p-n reversamente polarizada pode assumir valor suficiente para que leve o tiristor ao estado de condução. Para evitar este disparo, utilizam-se dissipadores de calor evitando o aumento excessivo de temperatura. Métodos de Comutação de um SCR Como já sabemos, o SCR não pode ser levado ao bloqueio através de um sinal de comando. A condição para o bloqueio é que a corrente de anodo fique abaixo do valor IH - corrente de manutenção, cujo valor é estabelecido pelo fabricante. Existem duas formas básicas de bloqueio de um SCR: Comutação natural - Em circuitos de corrente alternada, a corrente naturalmente passa por zero em algum instante fazendo com que o SCR corte. Este tipo de comutação é chamado comutação pela rede. Em circuitos CC, onde a comutação depende da característica da própria carga, a comutação é definida como comutação pela carga. Comutação forçada - É utilizada em circuitos CC onde não é possível a reversão da corrente de anodo. Sendo assim, deve-se oferecer um caminho alternativo para a corrente, enquanto se aplica uma tensão reversa sobre o SCR. Normalmente é utilizado um capacitor carregado antecipadamente com uma tensão reversa, em relação aos terminais do SCR. No instante desejado para o corte, coloca-se o capacitor em paralelo com o SCR aplicando sobre ele uma tensão reversa. A tabela a seguir mostra as características principais de alguns SCR s encontrados comercialmente. TIRISTORES - SCR V Cod. V Cod. V Cod. V Cod. 50 2N N N ST330C02L 200 2N N N ST330C06L 400 2N N N ST330C12L 600 2N N N ST330C162L 800 2N N N1907 I TSM 15 A I TSM 150 I TSM 100 A I TSM 7925 A V GT 3 V V GT 2 V V GT 2,5 V GT 3 V I GT 10 ma I GT 40 ma I GT 110 ma I GT 200 ma Entre os parâmetros importantes a serem especificados em um SCR, têm-se: ITAV - Corrente direta média; ITRMS - Corrente direta eficaz; 9

10 ITSM - Surto máximo de corrente; VDRM e VRRM - Máximos valores de tensão direta e reversa; VGT e IGT - tensão e corrente de gate; IL e IH - corrente de latching e de manutenção O TRIAC O TRIAC é um tiristor que permite a condução de corrente nos dois sentidos, entrando em condução e bloqueando de modo análogo ao SCR. Uma visão simplificada do TRIAC é a de uma associação de dois SCR s conectados em antiparalelo. Entretanto, note que no caso de dois SCR s é necessário dois terminais de gatilho. A Figura 1.7 mostra o símbolo do Triac e a comparação com dois SCR s. Como é bidirecional, não se usa os termos anodo e catodo, deste modo os terminais do TRIAC são chamados anodo 1 (A1), anodo 2 (A2) e gatilho (G). Além de conduzir nos dois sentidos, o TRIAC pode ser disparado tanto com pulso positivo como por pulso negativo de corrente aplicado entre o gate (G) e o anodo1(a1). Fig Símbolo do Triac e comparação com dois SCR s em antiparalelo. O TRIAC é um dispositivo utilizado em baixos níveis de potência quando comparado com o SCR. Um exemplo de aplicação é o controle do fluxo de corrente alternada. Este controle pode ser feito de duas formas: (A) Controle por ciclos inteiros e (B) Controle do ângulo de fase. Conforme mostra a Figura 1.8. Fig Controle do fluxo de potência por Triac s. (A) Controle por ciclos inteiros, (B) Controle do ângulo de fase

11 1.4.2 O DIAC Assim como o Triac, o Diac é um dispositivo que permite condução nos dois sentidos tendo aplicações em baixos níveis de potência. Entretanto, a entrada em condução não ocorre devido a um pulso de corrente no gate, mas a partir de uma tensão de disparo aplicada entre seus terminais. A Figura 1.9 mostra a característica tensão x corrente e o símbolo comumente utilizado para a representação do DIAC. Quando o DIAC está submetido a uma tensão inferior a VD (tensão de disparo), o mesmo não conduz. Depois de atingido o valor da tensão de disparo, o DIAC entra em condução, mantendo uma pequena tensão entre seus terminais. Para o seu bloqueio é necessário que a corrente assuma valor inferior a IH (corrente de manutenção). Fig Símbolo e características do DIAC. 1.5 O Transistor Bipolar de Junção (BJT) O Transistor bipolar mostrado na Figura 1.10, entra e permanece em condução (região de saturação), quando é aplicada uma corrente adequada em sua base, tornando-se equivalente a uma chave fechada. Nesta condição, a tensão entre coletor e emissor (V CE = V CESat) é tipicamente menor que 2 Volts, logo, são baixas as perdas em condução do BJT. Entretanto, sua comutação não é rápida, o que aumenta muito as perdas de comutação quando opera em altas freqüências (acima de 40 khz). Fig Transistor bipolar de Junção: símbolo e característica de operação. Para saturar o transistor bipolar é necessário uma corrente de base I B > I Csat /b, sendo b o ganho de corrente que está em torno de 10 para transistores de baixa tensão e 5 para transistores de alta tensão. Para o bloqueio do dispositivo, é necessário reduzir a corrente de base até zero. 11

12 Dá-se o nome de transistor par darlington quando se associam dois transistores em um único encapsulamento de forma a aumentar o seu ganho, entretanto isso aumenta a queda de tensão e perdas de condução e comutação. A partir do exposto acima, pode-se concluir que além das perdas de comutação já mencionadas, a complexidade dos circuitos de comando e sua potência requerida são grandes fatores limitantes destes dispositivos. A tabela a seguir é uma reduzida amostra de transistores bipolares de potência comerciais da Motorola Semiconductors, mostrando algumas de suas principais características. Ressalta-se que existem outras opções de tensão, corrente e tipo de encapsulamento. TRANSISTOR BIPOLAR I C (A) V CE (V) COD. t s (µs) t f (µs) h FEmin MJ16002A MJ , MJ10007 darlington 1,5 0, MJ ,5 0, BUS51 3,3 1,6 15 Entre os parâmetros para especificação de um BJT, têm-se: I C corrente de coletor; V CE máxima tensão entre coletor e emissor; V CE sat tensão entre coletor e emissor quando em saturação; h FE ganho de corrente; t ON = t d + t R ; t OFF = t S + t F tempos relacionados às comutações. Sendo: t d delay time ; t R rise time ; t S storage time ; t F fall time Mosfet de Potência O Mosfet (Transistor de Efeito de Campo), cujo símbolo e curva característica são mostrados na Figura 1.11, é comandado por tensão aplicada entre os terminais Gate (G) e Fonte (S). Este dispositivo se aproxima de uma chave fechada (região ôhmica) quando a tensão V GS é adequada, tipicamente de 9 a 15V. E está bloqueado quando esta tensão for inferior ao limite V GSth (4V, típico). Quando em condução, o dispositivo necessita de permanente aplicação da tensão V GS (tensão entre gate e fonte), entretanto não flui corrente no gate, exceto durante as transições ON OFF e OFF ON, quando a capacitância de gate é carregada e descarregada

13 Fig Mosfet: símbolo e característica de operação. Operando na região ôhmica, o Mosfet se comporta como uma resistência de valor relativamente baixo entre dreno e fonte (R DS ON), sendo assim, é a região de interesse para operação como chave. Os tempos de comutação são curtos (da ordem de dezenas de ns), e sua a resistência de condução R DS ON cresce com o aumento da tensão do dispositivo, logo este dispositivo possui poucas perdas em aplicações de altas frequências e baixas tensões (até 300V e acima de 50k Hz). Como o dispositivo é comandado por tensão, seu circuito de gate é simples e consome pouca energia, como mostra o esquema e as formas de onda da Figura Fig Comando de gate do Mosfet e principais formas de onda. Cabe destacar que em qualquer Mosfet existe um diodo intrínseco entre os terminais fonte e dreno. A tabela abaixo mostra as características principais de uma linha comercial de Mosfet s da International Rectifiers Semiconductors e alguns de seus parâmetros importantes a serem especificados. Pode-se verificar o incremento de R Dson com o aumento da tensão máxima admissível, bem como a redução nos limites máximos de corrente admissíveis. MOSFET S DE POTÊNCIA COD. V DS R DSon I D 25º COD. V DS R DSon I D 25º IRF , IRFP , IRF ,18 34 IRFP , IRF ,55 18 IRFP ,3 18 IRFBC ,2 6,8 IRFPC ,2 6,8 IRFBE ,0 6,9 IRFPF ,0 6,9 IRFBG ,0 4,3 IRFPG ,5 4,3 13

14 Os principais parâmetros de um Mosfet de potência são: V DS Tensão entre dreno e fonte; I D Corrente de dreno; I DM Pulso de corrente de dreno; R DS ON Resistência entre dreno e fonte (região ôhmica); t ON = t d (on) + t R ; t OFF = t d (off) + t F - Tempos relacionados às comutações; Sendo: t d delay time ; t R rise time ; t F fall time O IGBT O IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) associa a característica de comando dos MOSFET com a característica de condução dos BJT. Nos últimos anos, vem tendo considerável evolução, com o crescimento de sua velocidade de comutação. A Figura 1.13 mostra o símbolo e a curva característica do IGBT, onde se nota que o componente apresenta os terminais coletor e emissor (como no BJT) e gate (como no Mosfet). Fig Símbolo e curva característica do IGBT. O IGBT apresenta a vantagem de ser comandado por tensão requerendo baixa quantidade de energia do circuito de comando, e em condução tem a vantagem do BJT de baixas tensões V CE on, podendo conduzir elevadas correntes com baixas perdas. O tempo de entrada em condução é maior que o do MOSFET, na ordem de décimos de μs, e no bloqueio surge o fenômeno da corrente de cauda que provoca elevadas perdas de comutação em altas frequências. A Figura 1.14 mostra o esquema simplificado do comando com suas principais formas de onda. Tipicamente, V GE entre 12V e 20V resulta em V CE ON reduzida, diminuindo as perdas de condução. Fig Comando de gate do IGBT e principais formas de onda

15 A tabela abaixo mostra as características principais de uma linha comercial de IGBT s da International Rectifiers Semiconductors e seus parâmetros importantes a serem especificados e aplicações típicas. PADRÃO Aplicações: UPS e acionamento IGBT 600 V RÁPIDO Aplicações: industrial, UPS de altas tensões e acionamento ULTRA-RÁPIDO Aplicações: Robótica e acionamento I C COD. Perdas I C COD. Perdas I C COD. Perdas 19 IRGBC20S 4,1 16 IRGBC20F 1,8 13 IRGBC20U 0,35 50 IRGBC40S IRGBC40F 4,4 40 IRGBC40U 1,5 70 IRGBC50S IRGBC50F 6,0 55 IRGBC50U 1,7 Os principais parâmetros a serem especificados em um IGBT são: V CES - tensão máxima suportável entre coletor e emissor; I C - corrente de coletor; I CM - pulso de corrente de coletor; V CE ON tensão entre coletor e emissor na região de saturação; t ON = t d (on) + t R ; t OFF = t d (off) + t F - Tempos relacionados às comutações; Sendo: t d delay time ; t R rise time ; t F fall time. Atividade de Aprendizagem 1 O que é um material semicondutor? Dê 2 exemplos. 2 O que é um diodo? 3 Quais dispositivos permitem condução nos dois sentidos tendo aplicações em baixos níveis de potência? 4 Cite os principais parâmetros a serem especificados em um IGBT. 15

16 Aula Prática 01: Led de Tempo Introdução: Eletrônica de potência exige o conhecimento prático dos tópicos fundamentais, desenvolvendo no profissional habilidades de execução e conferência de serviços realizados. Para desenvolvermos estas habilidades, começaremos exercitando essa prática conhecendo os componentes. Objetivos: Possibilitar ao aluno o manuseio de equipamentos e aparelhos de diversas procedências; Familiarizar o aluno com as grandezas típicas de eletrotécnica, pela constante utilização destas. Material necessário: 01 botão de pressão; 01 resistor 47kΩ, 01 resistor 330Ω, 01 capacitor 1000µF, 01 LED, 01 Transistor bc 548, 01 fonte de alimentação.. 1- Monte o circuito no protoboard; alimente com a fonte para obter o resultado esperado. 2- O circuito pode ser alimentado com uma tensão de 6V utilizando pilhas. Obs.: todas as atividades devem ser executadas com a verificação do professor e a correta instalação dos materiais utilizados. Aula 2 Controladores CA Objetivos Compreender os princípios básicos dos Controladores CA e a importância da sua aplicação. Estudar conceitos básicos e características elementares Introdução Em algumas aplicações, alimentadas em corrente alternada, nas quais deseja-se alterar o valor da tensão e da corrente eficaz da carga, é comum o emprego dos chamados Controladores CA, também designados como Variadores de Tensão, Gradadores ou Contatores Estáticos. Como aplicações típicas pode-se citar, dentre outras: aquecimento (controle de temperatura); reguladores de tensão;

17 controle de intensidade luminosa em lâmpadas incandescentes; acionamento de motores CA; partida suave de motores de indução (soft-starter); compensação de reativos em sistemas de potência. Os dispositivos semicondutores de potência empregados em tais conversores são tipicamente os tiristores, uma vez que se pode contar com a ocorrência de comutação natural pela rede. Em aplicações de baixa potência pode-se fazer uso de TRIAC s, enquanto para potência mais elevada utilizam-se 2 SCR s em antiparalelo. Fig Controlador CA usando Triac ou SCR. Dois tipos de controle são normalmente empregados: o controle liga-desliga e o controle de fase Controle Liga-Desliga Este tipo de controle é usado em situações em que a constante de tempo da carga é muito grande em relação ao período da rede CA, como em sistemas de aquecimento. O controle consiste simplesmente em ligar e desligar a alimentação da carga (em geral uma resistência). O intervalo de condução e também o de bloqueio do interruptor é tipicamente de muitos ciclos da rede. Este tipo de controle também é chamado de controle por ciclos inteiros. Fig Tensão na carga com controle liga-desliga. A tensão eficaz na carga, e consequentemente a potência média, podem ser variadas através do tempo em que a carga é alimentada (t on) e do tempo em que a carga é desligada (t off). A Potência média é dada pela relação: P P t ON. t t Onde P ON é a potência na carga durante o intervalo em que está alimentada. ON ON OFF 17

18 2.3 - Controle de Fase No chamado Controle de Fase, em um dado semiciclo da rede, o tiristor é disparado em um determinado instante, fazendo com que a carga esteja conectada à entrada por um intervalo de tempo menor ou igual a um semiciclo. Variando-se o ângulo de disparo é possível variar o valor eficaz da tensão de saída Controlador Monofásico O controlador monofásico bem como as formas de onda são apresentadas pela Figura 2.3. No semiciclo positivo da fonte o pulso de disparo é aplicado em T 1, e no semiciclo negativo T 2 é disparado. Assim, pode-se variar o valor eficaz da tensão na carga de zero até o valor eficaz da fonte Controlador Trifásico Quando a carga é trifásica, como um motor de indução, por exemplo, é necessário um controlador CA trifásico. A Figura 2.4 mostra duas possíveis possibilidades para o controlador, em (a) a ligação da carga é em estrela, e em (b) a carga é ligada em triângulo. Fig Controlador CA monofásico e formas de onda. O controlador trifásico pode ser analisado como três controladores monofásicos. Assim, variando o ângulo de disparo dos seis SCRs é possível variar a tensão eficaz na carga. Fig Controladores CA trifásicos Soft-Start O motor de indução trifásico é o motor mais utilizado industrialmente, o que proporcionou a necessidade de desenvolvimento de dispositivos para o seu acionamento. Sabe-se que na partida, o motor de indução apresenta corrente muitas vezes superior ao valor nominal. Dependendo do nível de potência, é necessária a utilização de um método de partida para reduzir a corrente

19 São vários os métodos empregados, todos com uma filosofia em comum: reduzir a tensão aplicada na partida. Exemplos: partida estrela-triângulo, auto-transformador, reostato de partida. Um controlador CA pode ser utilizado na partida de um motor indução, proporcionando redução da corrente de partida. O equipamento comercialmente recebe o nome de soft-starter, e basicamente é composto por um controlador CA trifásico. Na partida o ângulo de disparo é 180 e, gradativamente, é diminuído fazendo com que a tensão aplicada ao motor se eleve aos poucos até que, em alguns segundos ou fração, a tensão aplicada ao motor apresente valor nominal (ângulo de disparo igual a zero). Além da vantagem do controle da tensão (corrente) durante a partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco, como nas chaves mecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil torna-se mais longa. A Figura 2.5 mostra como evolui a tensão aplicada ao motor durante a partida. Fig Tensão aplicada ao motor durante a partida. Atividade de Aprendizagem 1 Cite aplicações do controlador CA. 2 Explique o controle liga-desliga. 3 Com informações adicionais relacione aplicações do uso do soft-start. 19

20 Aula Prática 02: Dimmer com TRIAC Introdução: Eletrônica de potência exige o conhecimento prático dos tópicos fundamentais, desenvolvendo no profissional habilidades de execução e conferência de serviços realizados. Para desenvolvermos estas habilidades, começaremos exercitando essa prática conhecendo os componentes. Objetivos: Possibilitar ao aluno o manuseio de equipamentos e aparelhos de diversas procedências; Familiarizar o aluno com as grandezas típicas de eletrotécnica, pela constante utilização destas. Material Necessário: TRIAC - TIC 216B ou TIC 226B (para a rede de 110V a 200V ) ou TIC 226D (para a rede de 220V); os substitutos para esses TRIACs são: BTA08 e BTA12, DIAC - qualquer tipo (exemplos: 1N5411 e 40583), 01 resistor 10kΩ, 01 resistor 100kΩ (potenciômetro), capacitor 200nF, 40 voltas fio 16 ou 18 em bastão ferrite de 1cm de diâmetro, fonte de alimentação. 1- O circuito controla o ângulo de condução deste componente eletrônico. Disparando-o em diversos pontos do sinal senoidal da rede elétrica, é possível aplicar potências diferentes a uma carga (motor, lâmpada incandescente, estufa, secador de cabelos etc.). Aula 3 Conversores CC - CC Objetivos Compreender os princípios básicos dos Conversores CC e a importância da sua aplicação. Estudar conceitos básicos e características elementares Introdução Os conversores CC-CC são largamente aplicados em fontes de alimentação chaveadas e em acionamento de motores de corrente contínua. Nas fontes chaveadas, eles sucedem os retificadores não controlados, reduzindo o ripple e regulando a tensão de saída da fonte, por isso são conhecidos também por reguladores chaveados

21 Existem duas topologias básicas de conversores CC-CC, que são o abaixador de tensão (conversor buck) e o elevador de tensão (conversor boost). Com a combinação e alterações nestas duas estruturas chegase em várias outras estruturas de conversores CC CC. A inserção de um transformador, operando em alta freqüência, nestes conversores, dá origem a uma família de conversores CC-CC isolados, muito utilizados em fontes chaveadas Modulação por Largura de Pulso (PWM) Nos conversores CC-CC a tensão de saída deve ser controlada mediante alterações na tensão de entrada ou variações de carga. Isto é feito controlando os tempos em que as chaves semicondutoras estão ligadas ou desligadas. Para ilustrar este conceito utiliza-se o conversor abaixador elementar da Fig O valor médio da tensão de saída depende dos tempos t on e t off. O método de controle empregando frequência de comutação constante e controlando-se o tempo de condução da chave é denominado Modulação por Largura de Pulso (PWM - Pulse Width Modulation). Por exemplo, desejando-se diminuir o valor médio da tensão de saída (V o ), basta reduzir o tempo de condução da chave S (t on ). A relação entre o tempo de condução da chave t on e o período total de comutação T é definido por razão cíclica (D). Fig Conversor abaixador elementar. A Fig. 3.2 mostra o método PWM, onde os sinais que controlam os estados das chaves são gerados a partir da comparação entre uma tensão de controle e uma forma de onda periódica (dente de serra). A frequência da onda dente de serra define a frequência de comutação da chave S. A tensão de controle varia lentamente quando comparada com a onda dente de serra, podendo ser considerada constante a cada período de comutação. Enquanto esta tensão de controle for maior que a 21

22 onda dente de serra, o sinal que comanda a chave fica em nível alto, mantendo a chave em condução, caso contrário a chave abre. Fig Modulação por largura de pulso Conversor Abaixador (BUCK) A maneira elementar de se representar um conversor Buck está mostrada na Fig A chave S pode assumir as posições A e B. Na posição A, a tensão de entrada é aplicada sobre a carga e na posição B a tensão na carga é zero. Desta forma, a tensão média de saída (V O) é menor que a tensão de entrada, podendo ser controlada pelo tempo de permanência da chave na posição A. Fig Conversor Buck simplificado. A equação abaixo define o valor da tensão média de saída em função da razão cíclica e da tensão de entrada: V o = D V in A forma de onda da tensão de saída apresenta uma componente contínua V o e uma componente alternada, conforme mostra a decomposição da Fig. 3.4 abaixo

23 Fig Componentes da forma de onda de saída do conversor Buck. Para reduzir a componente alternada na carga, o circuito original será modificado, introduzindo-se os filtros. Na Fig. 3.5 foi adicionando um indutor L em série com a carga, reduzindo-se o ripple de corrente na mesma e consequentemente o ripple da tensão de saída. Com a chave na posição A, a corrente no indutor cresce, armazenando energia no mesmo. Quando a chave está na posição B, o indutor atua como fonte transferindo a energia armazenada anteriormente para a carga, decrescendo sua corrente. Quanto maior o valor da indutância menor será o ripple de corrente. Da mesma forma como tratado no capítulo de retificadores, a condução de corrente poderá ser contínua ou descontínua. Fig Filtro indutivo em um conversor Buck simplificado. O próximo passo para melhorar o conversor buck é adicionar um capacitor em paralelo com a carga como mostra a Fig. 3.6, reduzindo ainda mais o ripple de tensão sobre ela. Fig Filtro LC em um conversor Buck. O último passo é substituir a chave S de duas posições. Na prática um único semicondutor não pode realizar esta função, então são introduzidos a chave controlada M1 e o diodo D1, mostrado em Fig Quando M1 é comandado a conduzir, substitui a chave na posição A, armazenando energia no indutor. Quando M1 é bloqueado, a corrente circula pelo diodo D1 (diodo de circulação), substituindo a chave na posição B. 23

24 Fig Conversor CC - CC abaixador Buck. No modo de condução contínuo o conversor buck é equivalente a um transformador CC, onde a relação de transformação pode ser continuamente alterada através da razão cíclica D. A Figura 3.8 apresenta as etapas de operação e formas de onda para o conversor buck operando no modo de condução contínuo. Fig Etapas de operação e principais formas de onda de um conversor Buck Conversor Elevador (Boost) O conversor mostrado na Fig. 3.9 é chamado de conversor boost ou elevador. Quando a chave M1 está conduzindo, a corrente através do indutor L cresce, aumentando a energia armazenada no mesmo. Quando a chave M1 é aberta, a corrente do indutor continua fluindo, agora através do diodo D1, da rede RC e de volta à fonte. Nesta etapa o indutor transfere a energia armazenada na primeira etapa para a carga. Fig Conversor CC - CC Elevador Boost

25 A tensão sobre o capacitor C deve ser maior que a tensão da fonte para que haja transferência de energia na segunda etapa. Além disso, a constante de tempo RC deve ser muito maior que o período de comutação, para garantir que a tensão de saída permaneça aproximadamente constante na primeira etapa quando o capacitor fornece energia para a carga. Para isso um capacitor de valor relativamente elevado é necessário. Fig Etapas de operação e principais formas de onda de um conversor Boost. A Fig mostra as etapas de operação do conversor boost bem como suas principais formas de onda, para operação em condução contínua e em regime permanente, ou seja após um tempo suficiente para estabilizar as tensões e correntes no circuito. A tensão de saída é dada por: V o VIN 1- D Fontes Chaveadas A maioria dos equipamentos eletrônicos modernos usualmente necessita de uma ou mais tensões de alimentação. O método mais comum de fornecimento destas tensões CC é a fonte de alimentação que converte tensão da rede CA em várias tensões CC estabilizadas. As duas fontes difundidas são as lineares e as chaveadas. As fontes Lineares consistem de um transformador de entrada na frequência da rede, circuitos retificadores, filtros e um regulador linear. As fontes chaveadas são dotadas de um retificador de entrada e um estágio de saída, que se trata de um regulador chaveado isolado. A Figura 3.11 apresenta o diagrama de blocos de uma fonte chaveada típica. Fig Diagrama de blocos de uma fonte chaveada típica. 25

26 As duas maiores vantagens da fonte chaveada em relação às fontes lineares são: Os componentes responsáveis pela regulação operam como chaves (corte ou saturação), evitando a operação na região ativa (linear), o que resulta numa significativa redução das perdas de potência. A consequência disso é a alta eficiência, na faixa de 70 a 90%. Nas fontes lineares a eficiência varia de 30 a 60%, tipicamente. Já que o transformador para isolação opera em alta frequência, o peso e o volume da fonte podem ser bem reduzidos, comparados com a fonte linear, a qual usa transformador em baixa frequência (60Hz). Por outro lado, as fontes chaveadas são mais complexas, possuem um maior custo e maior dificuldade de manutenção. Além disso, geram interferências eletromagnéticas (EMI), devido ao chaveamento em alta frequência, o que requer a utilização de filtros. Existem muitas estruturas de fontes chaveadas, todas originadas de conversores CC CC incluindo transformador para isolação. Em alguns casos o uso desta isolação implica na alteração do circuito para permitir um adequado funcionamento do transformador, ou seja, para evitar a saturação do núcleo magnético. Lembre-se que não é possível interromper o fluxo magnético produzido pela força magnetomotriz aplicada aos enrolamentos. Como exemplo tem-se o esquema simplificado de uma fonte que utiliza o conversor Forward (originado do conversor Buck), como mostra a Figura Fig Esquema simplificado de uma fonte chaveada. O comportamento deste conversor é similar ao conversor Buck. São duas as etapas de operação: Etapa1 - As chaves M1 e M2 estão fechadas durante um tempo t ON e os diodos D1 e D2 estão cortados. O capacitor C de entrada fornece energia para o primário do transformador e o secundário fornece energia para a carga. A corrente no indutor L cresce, armazenando energia no mesmo. Etapa2 - Quando as chaves M1 e M2 são abertas, os diodos D1 e D2 permitem que o transformador seja desmagnetizado, devolvendo para o capacitor C a energia de magnetização que foi recebida na etapa 1. Nesta etapa, a corrente no indutor L decresce, já que o mesmo fornece energia para a carga através do diodo D4. O diodo D3 bloqueia a passagem de tensão negativa do secundário do transformador para o filtro de saída. A relação entre a tensão de entrada e saída é dada por: V o Vcc in N. N s p. D Onde N S /N P é a relação de espiras do transformador

27 3.6 - Controle em Fontes Chaveadas A implementação de uma (ou mais) malhas de controle tem por objetivo garantir a precisão no ajuste da variável de saída (tensão e/ou corrente), bem como a rápida correção de eventuais desvios provenientes de transitórios na alimentação ou mudanças na carga. A Figura 3.13 apresenta o diagrama de blocos de controle de uma fonte chaveada. Fig Diagrama de blocos de controle de uma fonte chaveada. A tensão de controle (V controle) é obtida por um circuito controlador (compensador), que atua a partir de dois sinais de entrada: o valor medido (tensão de saída, por exemplo), e um sinal de referência desejada. A modulação PWM pode ser obtida utilizando CIs dedicados, como: SG3524, SG3525, SG3526, SG3527, TL494. As características específicas de cada CI variam em função da aplicação, do grau de desempenho esperado, das proteções implementadas, etc. Freqüentemente, são utilizados circuitos para comandar as chaves semicondutoras a partir do sinal PWM, são os circuitos de comando ou gatedrivers. Dependendo do tipo de carga ou do tipo de conversor, se faz necessária isolação, o que pode ser obtido por transformadores de pulso. Fig Circuitos de comando. A Figura 3.14 mostra dois exemplos de circuitos de comando, com ou sem isolação, aplicados a Mosfets ou IGBTs. 27

28 Atividade de Aprendizagem 1 Qual a aplicação dos conversores CC-CC? 2 Quais são as duas maiores vantagens da fonte chaveada em relação às fontes lineares? 3.Represente o diagrama de blocos de controle de uma fonte chaveada. Aula Prática 03: Controle de velocidade de um motor com inversor Introdução: Eletrônica de potência exige o conhecimento prático dos tópicos fundamentais, desenvolvendo no profissional habilidades de execução e conferência de serviços realizados. Para desenvolvermos estas habilidades, começaremos exercitando essa prática com o KIT CMD Rack de comandos elétricos. Objetivos: Compreender o funcionamento do inversor de frequência, sua parametrização, bem como suas conexões elétricas e a aplicação das entradas digitais. Material Necessário: 01 disjuntor bipolar, 02 chaves comutadoras, 01 inversor de frequência Siemens SINAMICS V20, 01 motor trifásico, Cabos para conexão. 1- Usando o inversor de frequência para acionar o motor trifásico, instalar duas chaves comutadoras, uma para servir como liga e ou desliga e a outra para fazer o motor inverter o seu sentido de rotação

29 Aula 4 Conversores CC - CA Objetivos Compreender os princípios básicos dos Conversores CC-CA e a importância da sua aplicação. Estudar conceitos básicos e características elementares Introdução Os conversores CC - CA são conhecidos como inversores. A função dos inversores é de converter a tensão de entrada contínua em tensão alternada na saída com amplitude e frequência desejada. A forma de onda ideal para a tensão de saída é a senoidal, entretanto na prática a saída dos inversores contém certo número de harmônicos. Em algumas aplicações uma onda quadrada é aceitável. Com o aumento da velocidade de comutação dos semicondutores tornou-se possível reduzir estes harmônicos utilizando algumas técnicas de chaveamento. A aplicação dos inversores é muito grande, por exemplo, no acionamento de motores de indução, em fontes de alimentação ininterruptas (UPS ou No-break), e em sistemas embarcados (navios, aviões, etc). Os inversores podem ser classificados de várias formas: quanto ao número de fases - monofásicos ou trifásicos; podem ser chamados de VFI ( Voltage-fed-inverter ou seja, alimentados em tensão) quando a tensão de entrada é constante, ou CSI ( Current-fed-inverter, ou seja, alimentados em corrente) quando a corrente de entrada é constante e CC-Link-variável quando a tensão de entrada é controlável. Além disso, podem ser classificados quanto à forma de onda que apresenta na saída: senoidal, quadrada ou quasequadrada. 29

30 Inversores Monofásicos de Onda Quadrada O inversor mostrado na Figura 4.1 trata-se de um inversor monofásico em meia ponte. Esta configuração requer uma fonte de alimentação com ponto médio e apenas duas chaves semicondutoras, normalmente Mosfet s ou IGBT s. Quando a chave T 1 conduz a tensão sobre a carga é V IN /2, e quando a chave T 2 está em condução a tensão sobre a carga é V IN /2. O papel dos diodos é garantir um caminho para a corrente em caso de carga indutiva. Note que a presença dos diodos não afeta a forma de onda de saída. Fig Inversor monofásico em meia ponte. Esta estrutura não permite variar a tensão de saída, a não ser que o controle seja feito no estágio anterior ao inversor, ou seja, variando a tensão da fonte V in. Uma observação importante, é que jamais as chaves T1 e T2 podem conduzir ao mesmo tempo, o que provocaria um curto-circuito, também conhecido como curto de braço. Sendo assim, na comutação das chaves é introduzido um pequeno intervalo de tempo em que ambas as chaves ficam abertas. Este tempo é chamado tempo morto, geralmente na ordem de μs. Agora é apresentada a ponte completa que funciona com quatro chaves e uma única fonte de alimentação conforme mostra a Fig Neste caso, o comando das chaves pode ser realizado aos pares: T 1 -T 4 e T 2 -T 3. Fig Inversor monofásico em ponte completa. Quando as chaves T 1 e T 4 estão conduzindo, a tensão de saída é +V in e quando as chaves T 2 e T 3 estão conduzindo, a tensão na saída é V in

31 Uma alternativa que permite variar o valor eficaz da tensão de saída é a chamada onda quasequadrada, na qual se mantém um nível de tensão nulo sobre a carga durante parte do período. Para obter este tipo de onda, basta alterar a estratégia de comando das chaves na ponte completa. A Figura 4.3 mostra as formas de onda de tensão e corrente na carga para uma carga indutiva. Fig Forma de onda quase-quadrada. Para tensão positiva na carga, T 1 e T 4 são fechadas com T 2 e T 3 abertas. Para obter o intervalo de tensão nula, T 1 é mantido em condução e T4 é aberto. No caso de carga indutiva, o diodo D 2 entrará em condução. Após a abertura de T 1, fecham-se T 2 e T 3 tornando a tensão de saída negativa. Para obter o próximo intervalo de tensão nula, T 3 é aberto e T 2 é mantido em condução, o que provoca a entrada em condução de D 1 caso a carga seja indutiva. Uma outra topologia de inversor monofásico com onda quadrada é apresentada na Figura 4.4. Trata-se de um inversor a SCR com comutação forçada. Fig Inversor monofásico a SCR com comutação forçada e formas de onda. A fonte V E é colocada alternadamente em paralelo com cada uma das metades do enrolamento primário do transformador. Na saída tem-se uma tensão alternada, cujo valor é determinado a partir de V E e da relação de transformação do transformador (n). O capacitor C permite a comutação dos SCR s. Considerando que T 1 conduz, a tensão sobre o capacitor é Vc = +2Ve, assim, quando T 2 é disparado, é aplicada uma tensão negativa sobre T 1 (-2Ve) fazendo com que o mesmo corte. De forma semelhante ocorre no próximo semiciclo. A finalidade dos diodos D 1 e D 2 é impedir a descarga do capacitor pelo secundário do transformador quando ocorre o chaveamento dos SCR s Inversor Trifásico de Onda Quadrada 31

32 Em aplicações onde a carga é trifásica, como no acionamento de motores de indução, é necessário um inversor trifásico. É possível alimentar estas cargas com três inversores monofásicos separados, onde cada um produz uma tensão de saída defasada de 120º em relação à outra. Esta alternativa na prática é economicamente inviável, pois necessita de 12 chaves. A forma mais comum de um circuito inversor trifásico consiste em três braços, um para cada fase, como mostra a Fig Comandando adequadamente os seis interruptores de potência (IGBT s), obtém-se na carga tensões alternadas quadradas e defasadas de 120 uma da outra. Fig Inversor Trifásico. A sequencia de comandos dos IGBT s, bem como as tensões de saída são apresentadas na tabela abaixo. Como exemplo, analise o intervalo 1 onde os IGBT s T 1, T 2 e T 6 estão conduzindo e os restantes estão cortados. Daí, as tensões são obtidas assim: V RS = V R - V S = +V (+V) = 0; V ST = V S V T = +V 0 = +V; V TR = V T V R = 0 (+V) = -V. Do mesmo modo podem ser obtidas as tensões para os outros intervalos. Intervalo IGBT s - on V RS V ST V TR 1 T 1, T 2, T 6 0 +V -V 2 T 4, T 2, T 6 -V +V 0 3 T 4, T 2, T 3 -V 0 +V 4 T 4, T 5, T 3 0 -V +V 5 T 1, T 5, T 3 +V -V 0 6 T 1, T 5, T 6 +V 0 -V A Figura 4.6 mostra as formas de onda das tensões de saída. Fig Formas de onda das tensões de saída

33 Fig Inversor Monofásico Inversores PWM Nos inversores até então apresentados, a tensão de saída é alternada com forma de onda quadrada (ou quase-quadrada) e sua frequência pode ser ajustada controlando-se a frequência de chaveamento. Numa outra categoria de inversores, tanto o valor eficaz da tensão de saída como o valor da frequência pode ser controlado utilizando-se a estratégia de modulação PWM. Isso permite inclusive reduzir o conteúdo harmônico da tensão de saída, obtendo uma onda praticamente senoidal. A modulação PWM consiste em variar a largura dos pulsos de comando dos interruptores de potência. Existem diversas técnicas de modulação PWM, onde a mais usual é a PWM senoidal. Neste caso, a largura dos pulsos é modulada por um sinal senoidal. Isso quer dizer que a largura dos pulsos é alterada de acordo com um sinal senoidal de referência. É possível obter este tipo de modulação ao comparar uma tensão de referência senoidal (que seja imagem da tensão de saída buscada), com um sinal triangular simétrico cuja frequência determina a frequência de chaveamento. A frequência da onda triangular (chamada portadora) deve ser, no mínimo 20 vezes superior à frequência da onda de referência, para que se obtenha uma reprodução aceitável da forma de onda sobre a carga, depois de efetuada a filtragem. A largura do pulso de saída do modulador varia de acordo com a amplitude do sinal senoidal de referência. Tem-se assim uma Modulação por Largura de Pulso. A Figura 4.7 reapresenta um inversor monofásico em ponte, cujos IGBT s serão agora comandados por sinais PWM em alta frequência (2,5 a 16kHz, tipicamente). A Figura 4.8 mostra o resultado da modulação por onda senoidal, produzindo na saída uma tensão com 2 níveis, na frequência da onda triangular. A tensão de saída, que é aplicada à carga, é formada por uma sucessão de ondas retangulares de amplitude igual à tensão de alimentação CC e duração variável. Fig Modulação PWM senoidal a dois níveis. 33

34 O valor RMS e a frequência da tensão de saída são definidos diretamente pela amplitude e frequência da senóide de referência. Portanto, alterando a senoide de referência se altera também a tensão de saída. O número de pulsos da modulação, que depende da frequência da onda triangular, define a frequência dos harmônicos mais significativos. Quanto maior o número de pulsos, maior será a frequência dos harmônicos mais significativos, portanto serão filtrados através de filtros passivos (indutores e capacitores) com peso e volume reduzidos. A limitação deste número de pulsos está na velocidade de comutação das chaves semicondutoras de potência utilizadas. A necessidade de filtros de saída está associada à característica da carga. Um motor de indução, por exemplo, dispensa filtros por ter uma característica indutiva, ou seja, se comporta como um filtro passabaixa, o que torna sua corrente praticamente senoidal e em baixa frequência. Para se obter uma saída trifásica basta utilizar um inversor com três braços, como aquele apresentado na figura 8.5, e aplicar a modulação por largura de pulsos. Entretanto, como são três as tensões de saída, serão utilizadas três senoides de referência com mesma amplitude e frequência, defasadas de 120 uma da outra. Cada par de IGBT s de um mesmo braço será comandado por um sinal PWM originado da correspondente senoide de referência. Um inversor comercial é composto por dois estágios. Um estágio retificador, o qual converte a tensão alternada da rede em uma tensão contínua, onde geralmente uma ponte de graetz com filtro capacitivo é usada. E o estágio inversor aqui discutido, responsável pela obtenção de três fases com amplitude e frequência variáveis. Em meio Industrial tem-se aumentado cada vez mais o uso de inversores destinados ao acionamento de motores de indução. As aplicações vão das menos complexas, como acionamentos de bombas, a até complexos sistemas de automação industrial e de transporte de massas. Trata-se de uma tecnologia iniciada a mais de 25 anos e que está em crescente desenvolvimento e ascensão. Atividade de Aprendizagem 1- Quais aplicações na utilização do inversor? 2- Explique como funciona um inversor. 3- Quais são os estágios compostos em um inversor comercial? Aula Prática 04: Alterar velocidade de motor com inversor Introdução: Eletrônica de potência exige o conhecimento prático dos tópicos fundamentais, desenvolvendo no profissional habilidades de execução e conferência de serviços realizados. Para desenvolvermos estas habilidades, começaremos exercitando essa prática com o KIT CMD Rack de comandos elétricos

35 Objetivos: Desenvolver um sistema automático que ligue e desligue o motor trifásico através do inversor de frequência, alterando manualmente a sua velocidade através da IHM. Material Necessário: 01 disjuntor bipolar, 01 inversor de frequência Siemens SINAMICS V20, 01 motor trifásico, cabos para conexão. 35