Eletrônica de Potência

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1 Eletrônic de Potênci Prof. Lélio R. Sores Júnior ENE-FT-UnB Eletrônic : trnsmissão, condicionmento e processmento de sinis (informção). Eletrônic de potênci: controle do fluxo de energi (elétric) entre instâncis diferentes. Bses: () Eletrônic, (b) conversão de energi (elétric ou elétricmecânic) e(c) Controle dinâmico.

2 Eletrônic e circuitos elétricos: dispositivos de estdo sólido (chves eletrônics) e topologis de circuitos(nálise e síntese). Conversão de energi: formtção d energi (potênci) conforme conveniênci. Controle dinâmico: Técnics pr grntir que evolução ds vriáveis do circuito ocorr dentro de condições pré-definids. DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA: (chves eletrônics) 1. Diodos de potênci 2. Tiristores (SCR, TRIAC, GTO, etc) 3. Trnsistores (BJT, MOSFET, IGBT)

3 Diodos de uso gerl Tiristores

4 GTOs Crcterístics de controle dos dispositivos de potênci Clssificção dos dispositivos de potênci pr chvemento: (qunto o controle e qunto os qudrntes de operção) 1. Dispro e desligmento não-controldos(diodos). 2. Dispro controldo e desligmento não-controldo (SCR). 3. Dispro e desligmento controldos(bjt, MOSFET, etc). 4. Sinl contínuo pr dispro (BJT, MOSFET, etc) 5. Sinl de pulsopr dispro (SCR, GTO, etc). 6. Suportr tensão bipolr (SCR, GTO). 7. Suportr tensão pens unipolr(bjt, MOSFET, etc). 8. Suportr corrente bidirecionl(triac, etc). 9. Suportr corrente pens unidirecionl(scr, BJT, etc)

5 Crcterístics de controle dos dispositivos Dispr Não têm efeito () Tiristor como chve Dispr Dispr Deslig (b) GTO/MCT/SITH como chve Crcterístics de controle dos dispositivos Dispr Deslig (c) BJT como chve Dispr Deslig (c) MOSFET/IGBT como chve

6 TIPOS DE CIRCUITOS EM ELETRÔNICA DE POTÊNCIA (CONVERSORES): 1. Retificdores com diodos (conversão CA-CC) 2. Conversores CA-CC(retificdores controldos) 3. Conversores CA-CA(controldores de tensão CA ou grddores ou cicloconversores) 4. Conversores CC-CC(Choppers ou pulsdores) 5. Conversores CC-CA(inversores) 6. Chves estátics (ligm ou desligm crgs) TIPOS DE CONVERSORES E SÍMBOLOS

7 Retificdores Exemplo monofásico: Conversores CA-CC Exemplo monofásico: CA Vlor médio diferente de zero CC

8 Conversores CA-CA CA Exemplo monofásico: Vlor médio nulo CA Conversores CA-CA Ex. Dimmer pr controle de lâmpd incndescente, usndo um tiristor tipo TRIAC:

9 Conversores CC-CC CC Vlor médio diferente de zero CC Conversores CC-CA CC CA Vlor médio nulo

10 Exemplo: UPS (nobrek) Em um situção norml crg é limentd pel rede. Em condição de flh crg é limentd pelo inversor do UPS. Sistem conversor de potênci O chvemento pode gerr correntes e tensões hrmônics indesejds n rede e n crg (pode-se necessitr de filtrgens) Normlmente se utiliz um controldor em mlh fechd pr estbilizr e dequr o desempenho do conversor

11 Chve idel (não dissip energi) Usd no estudo inicil ds topologis dos conversores Crcterístics: Chvemento: instntâneo Qundo bert: Circuito berto (corrente nul). Suport qulquer tensão em qulquer polridde. Qunto fechd: Curto-circuito (resistênci nul). Suport qulquer corrente em qulquer sentido. Acionmento liner versus cionmento chvedo em eletrônic de potênci Acionmento de um motor DC ou outros dispositivos com crcterístics de filtro pssbixs(pb) + v - R L i Motor DC e + - B r densidde de fluxo mgnético T e ω e = K1ω Te = K2i J trito viscoso B Desprezndo-se retânci sl : Ω( s) G( s) = = V ( s) K sr J 2 ( BR ( BR + K1K 2) K = + K K ) + 1 sτ K = K 2 τ = R J ( BR ( BR + K K K K 2 ) ) 20log K G(jω) (db) 1/τ -20dB/dec ω (rd/s) Filtro PB de 1ª ordem

12 Acionmento liner versus cionmento chvedo em eletrônic de potênci Acionmento liner V CC Ajust-se tensão de rmdur prtir d tensão de emissor do BJT, que por su vez é justd pelo potenciômetro. Com excitção convencionl (liner) dissipção de potênci do BJT é grnde. (V +0.7V) V i M M i M + (V CC -V ) - O BJT deve operr sempre n região tiv (0 V V CC -0,7V) Volts D potênci entregue pel fonte CC, um prte considerável é dissipd no BJT. Potênci dissipd no trnsistor P Q = I M x (V CC -V ) Acionmento liner versus cionmento chvedo em eletrônic de potênci Sinl PWM (sinl moduldo em lrgur de pulso) V 0 x(t) t H T t H 2T t Ciclo de trblho (duty cicle) : th w = 100% T Como o sinl é periódico pode ser decomposto em um série de Fourier As dus primeirs componentes: Componente DC 1 T = x( t) dt T 0 Componente fundmentl um frequênci 1/T Hz Componente DC = V.t H /T = V w/100 (vri de 0 V conforme w vri de 0 100%)

13 Acionmento liner versus cionmento chvedo em eletrônic de potênci Se o motor for excitdo por um sinl PWM, tl que 1/T >> 1/τ, devido à crcterístic pssbixs do motor, velocidde responderá, prticmente, pens à componente DC do sinl PWM Como velocidde depende do vlor médio do sinl PWM, pode-se justr mesm vrindo o ciclo de trblho do sinl (w) Vntgem mior eficiênci (menor perd de energi, qundo comprdo outrs forms de excitção) Acionmento liner versus cionmento chvedo em eletrônic de potênci Ex: com PWM V M i M OBS: Nesse cso o motor gir num único sentido BJT: chve (cort-stur) Qundo conduzindo, o trnsistor (sturdo) consome potênci: P Q = I Cst x V CEst = I M x V CEst que é bix (bixo V CEst )