EPO I – Aula 01 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA · cicloconversor ) 6 Prof. Janderson Duarte EPO I – Aula 01 – Informações gerais Classifica ção quanto ao fluxo de energia

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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 01 Aula 01 -- IntroduIntroduçção ão àà Eletrônica de PotênciaEletrônica de Potência

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINAUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓÓGICASGICAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICACURSO DE ENGENHARIA ELCURSO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICA

Prof. Janderson Duarte, Prof. Janderson Duarte, MsMs. Eng.. [email protected][email protected]

EPO I – Aula 01 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

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Eletrônica de potênciaEletrônica de potência

Prof. Janderson Duarte

EPO I – Aula 01 – Informações gerais

�� Eletrônica de potência Eletrônica de potência éé a tecnologia a tecnologia associada ao eficiente processamento e associada ao eficiente processamento e controle da energia por meios estcontrole da energia por meios estááticos a partir ticos a partir da sua forma disponda sua forma disponíível de entrada e forma vel de entrada e forma desejada em sua sadesejada em sua saíídada

�� Sua faixa de potência vai de mW (telefone Sua faixa de potência vai de mW (telefone celular) a centenas de MW (sistemas de celular) a centenas de MW (sistemas de energia)energia)

�� ÁÁrea multidisciplinar rea multidisciplinar

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�� ÁÁreas de conhecimento associadas: reas de conhecimento associadas:

�� Conversão de energiaConversão de energia

�� Circuitos elCircuitos eléétricostricos

�� EletrônicaEletrônica

�� ControleControle

�� InstrumentaInstrumentaççãoão

�� Sistemas de energiaSistemas de energia

�� MMááquinas elquinas eléétricastricas

�� Compatibilidade eletromagnCompatibilidade eletromagnééticatica

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�� MMéétodos de processamento da energia:todos de processamento da energia:

�� Linear Linear →→ conversão atravconversão atravéés de transistores s de transistores operando como resistores varioperando como resistores variááveis veis →→ elevadas elevadas perdas perdas →→ eletrônica analeletrônica analóógica convencional gica convencional (ex.: amplificador de som de r(ex.: amplificador de som de ráádio)dio)

�� Comutada Comutada →→ conversão atravconversão atravéés de dispositivos s de dispositivos eletrônicos operando como interruptores eletrônicos operando como interruptores →→operaoperaçção em etapas ão em etapas (ex.: sistema de partida suave de motores (ex.: sistema de partida suave de motores →→softstarterssoftstarters))

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Conversores estConversores estááticosticos



E1

E2

v1,f1

v2,f2

Retificador

Inversor

Conversorindireto CC

Conversorindireto CA

Conversordireto CC

Conversordireto CA

ClassificaClassificaçção quanto ão quanto àà forma de conversãoforma de conversão::

�� CCCC--CC (CC (pulsadorpulsador))

�� CACA--CC (retificador)CC (retificador)

�� CCCC--CA (inversor)CA (inversor)

�� CACA--CA (CA (gradadorgradador//cicloconversorcicloconversor))

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ClassificaClassificaçção quanto ao fluxo de energia:ão quanto ao fluxo de energia:1.1. Unidirecional em tensão e corrente (1 Unidirecional em tensão e corrente (1 quadquad))

2.2. Bidirecional em tensão e unidirecional em corrente Bidirecional em tensão e unidirecional em corrente (2 (2 quadquad))

3.3. Bidirecional em corrente e unidirecional em tensão Bidirecional em corrente e unidirecional em tensão (2 (2 quadquad))

4.4. Bidirecional em tensão e corrente (4 Bidirecional em tensão e corrente (4 quadquad))

ik

vk

1o quad.2o quad.

4o quad.3o quad.


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ClassificaClassificaçção quanto ao modo de operaão quanto ao modo de operaççãoão::

�� Conversores comutados pela linha (EPO1)Conversores comutados pela linha (EPO1)�� Necessitam de uma tensão CA externa para Necessitam de uma tensão CA externa para operarem adequadamenteoperarem adequadamente�� Empregam interruptores nãoEmpregam interruptores não--controlados controlados (diodos) e semi(diodos) e semi--controlados (tiristores)controlados (tiristores)

�� Conversores completamente controlConversores completamente controlááveis (EPO2)veis (EPO2)�� Não necessitam de tensão CA externaNão necessitam de tensão CA externa�� Empregam interruptores nãoEmpregam interruptores não--controlados controlados (diodos) e completamente controlados (diodos) e completamente controlados (transistores)(transistores)


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AplicaAplicaçções: conversores estões: conversores estááticosticos



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Conversores comutados pela linhaConversores comutados pela linha



Dispositivos de processamento de energiaDispositivos de processamento de energia

TiristorTiristor

DiodoDiodo Indutor (reator)Indutor (reator)

TransformadorTransformadorCapacitor Capacitor

eletroleletrolíítico (CC)tico (CC)

Capacitor Capacitor metalizado (CA)metalizado (CA)

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Dispositivos de proteDispositivos de proteçção e dissipaão e dissipaççãoão

Dissipador de calorDissipador de calor


VaristorVaristor FusFusíível para vel para semicondutorsemicondutor

ResistorResistor

SnubberSnubber

VentiladorVentilador

Resistor NTCResistor NTC

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Dispositivos de instrumentaDispositivos de instrumentaççãoão


Sensor de Sensor de corrente hallcorrente hall

Sensor de corrente Sensor de corrente shuntshunt

Sensor de Sensor de tensão halltensão hall

Sensor de Sensor de tensão tensão trafotrafo

Sensor de Sensor de temperaturatemperatura

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Dispositivos de comando e controleDispositivos de comando e controle


DriverDriver isoladoisolado

Placa de aquisiPlaca de aquisiçção e ão e controlecontrole

Fonte CCFonte CC

Transformador Transformador de pulsode pulso

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AplicaAplicaçções dos conversores estões dos conversores estááticosticos


1.1. Conversores comutados pela linhaConversores comutados pela linha

�� AplicaAplicaçções ões →→ altas potênciasaltas potências

�� São muito empregados em aplicaSão muito empregados em aplicaçções ões industriaisindustriais

�� São muito confiSão muito confiááveisveis

�� Empregam freqEmpregam freqüüências de comutaências de comutaçção ão baixas e elementos reativos grandesbaixas e elementos reativos grandes


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Retificadores nãoRetificadores não--controlados controlados –– carga RLcarga RL



E1 v1,f1Retificador

Principais tipos:Principais tipos:

�� MonofMonofáásico de meia ondasico de meia onda

�� MonofMonofáásico de onda completa sico de onda completa com ponto mcom ponto méédiodio

�� Retificador monofRetificador monofáásico de sico de onda completa em ponteonda completa em ponte

�� Retificador trifRetificador trifáásico com sico com ponto mponto méédiodio

�� Retificador trifRetificador trifáásico de onda sico de onda completacompleta

Empregam apenas diodosEmpregam apenas diodos

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Retificadores nãoRetificadores não--controlados controlados –– carga RLcarga RL



�� AplicaAplicaççõesões

Alternador Alternador MineraMineraçção ão -- bauxita bauxita

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Retificadores nãoRetificadores não--controlados controlados –– carga RCcarga RC



E1 v1,f1RetificadorPrincipais tipos:Principais tipos:

�� MonofMonofáásico em onda completasico em onda completa

�� MonofMonofáásico como sico como dobradordobradorde tensãode tensão

�� TrifTrifáásicosico

Empregam apenas diodosEmpregam apenas diodos

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Retificadores nãoRetificadores não--controlados controlados –– carga RCcarga RC




EstEstáágio de entrada de fontes gio de entrada de fontes para computador para computador

Fontes p/ equipamentos Fontes p/ equipamentos eletrônicoseletrônicos

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Conversores diretos CC linearesConversores diretos CC lineares

E1 v1,f1Retificador


�� Regulador de tensão a diodo Regulador de tensão a diodo zenerzener

�� Regulador de tensão a transistorRegulador de tensão a transistor

�� Regulador de tensão a CIRegulador de tensão a CI

Circuito sem comutaCircuito sem comutaççãoão

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Conversores diretos CC linearesConversores diretos CC lineares




EstEstáágio de sagio de saíída de fontes p/ da de fontes p/ equipamentos eletrônicosequipamentos eletrônicos

EstEstáágio de sagio de saíída de fontes p/ da de fontes p/ equipamentos eletrônicosequipamentos eletrônicos

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Retificadores controlados Retificadores controlados –– carga RLcarga RL



E1 v1,f1Retificador


�� MonofMonofáásico de meia ondasico de meia onda

�� MonofMonofáásico de onda completa sico de onda completa

�� Retificador trifRetificador trifáásico com sico com ponto mponto méédiodio

�� Retificador trifRetificador trifáásico de onda sico de onda completacompleta

Empregam diodos e tiristoresEmpregam diodos e tiristores

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Solda e corteSolda e corte

Fornos a arco CCFornos a arco CC

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GalvanizaGalvanizaçção eletrolão eletrolííticaticaEletrolisaEletrolisaççãoão

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HVDC (Transmissão de energia HVDC (Transmissão de energia em corrente contem corrente contíínua)nua)

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Retificadores controlados Retificadores controlados –– carga RLEcarga RLE




ExcitatrizExcitatriz estestáática (geratica (geraçção do ão do campo) para motor CC e gerador campo) para motor CC e gerador

ssííncrononcrono

Motor CC Motor CC →→ giro unidirecionalgiro unidirecional

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Conversores duaisConversores duais




�� MonofMonofáásico com ponto msico com ponto méédiodio

�� MonofMonofáásico em pontesico em ponte

�� TrifTrifáásico com 3 pulsossico com 3 pulsos

�� TrifTrifáásico com 6 pulsossico com 6 pulsos

Empregam apenas tiristoresEmpregam apenas tiristores

E1 v1,f1Retificador

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Conversores duaisConversores duais




Motor CC Motor CC →→ giro bidirecionalgiro bidirecionalIndIndúústria de laminastria de laminaçção, papel, cimento, mineraão, papel, cimento, mineraççãoão

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GradadoresGradadores




�� Gradadores monofGradadores monofáásicossicos

�� Gradadores trifGradadores trifáásicossicos

�� Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros


v1,f1

v2,f2

Conversordireto CA

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Gradadores Gradadores –– carga Rcarga R




Controle de temperaturaControle de temperaturaDucha eletrônicaDucha eletrônica

Fornos industriaisFornos industriais

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Gradadores Gradadores –– cargas gencargas genééricasricas




Estabilizadores eletrônicos de Estabilizadores eletrônicos de tensãotensão

Chaves de transferência Chaves de transferência estestááticatica

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Gradadores Gradadores –– carga Lcarga L




Compensadores estCompensadores estááticos de potência reativaticos de potência reativa(FACTS (FACTS –– transmissão de energia)transmissão de energia)

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Gradadores Gradadores –– carga RLEcarga RLE




Sistema de partida suave para motoresSistema de partida suave para motores((softsoft--startersstarters))

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CicloconversoresCicloconversores



v1,f1

v2,f2

Conversordireto CA


�� TrifTrifáásicos 3 pulsos com pontosicos 3 pulsos com pontomméédiodio

�� TrifTrifáásico 6 pulsos, em ponte,sico 6 pulsos, em ponte,para cargas isoladaspara cargas isoladas

�� TrifTrifáásicos 6 pulsos, em ponte,sicos 6 pulsos, em ponte,para cargas não isoladaspara cargas não isoladas


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CicloconversoresCicloconversores




Controle de motores CA de propulsão de alta potênciaControle de motores CA de propulsão de alta potência(trens, navios, guindastes)(trens, navios, guindastes)

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InversoresInversores



E2v2,f2

Inversor


�� MonofMonofáásicos sicos

�� TrifTrifáásicos 3 brasicos 3 braççosos

�� TrifTrifáásicos 4 brasicos 4 braççosos

Empregam tiristores e diodosEmpregam tiristores e diodos

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InversoresInversores




Forno de induForno de induççãoão

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AplicaAplicaçções dos conversores estões dos conversores estááticosticos



2. Conversores completamente control2. Conversores completamente controlááveisveis

�� AplicaAplicaçções ões →→ potências pequenas a mpotências pequenas a méédiasdias

�� São muito empregados em sistemas São muito empregados em sistemas comerciais e comerciais e resitênciasresitências

�� Possuem elevada densidade de potênciaPossuem elevada densidade de potência

�� Empregam freqEmpregam freqüüências de comutaências de comutaçção ão elevadas e elementos reativos pequenoselevadas e elementos reativos pequenos

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Conversor CCConversor CC--CC CC –– alta freqalta freqüüênciaência




Fontes de computadores Fontes de computadores (VRM) (VRM)

Fontes CCFontes CC--CC para CC para equipamentos eletrônicosequipamentos eletrônicos

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Retificadores para aplicaRetificadores para aplicaçções ões em telecomunicaem telecomunicaççõesões

Carregadores compactos para Carregadores compactos para equipamentos eletrônicosequipamentos eletrônicos

Retificadores Retificadores –– altaalta--freqfreqüüênciaência

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Inversores Inversores –– altaalta--freqfreqüüênciaência




Amplificadores de som Amplificadores de som EstEstáágio de sagio de saíída de inversores da de inversores de freqde freqüüência ência

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Conversores CAConversores CA--CA CA –– altaalta--freqfreqüüênciaência




Acionamento de motores Acionamento de motores

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Conversores indiretos (em cascata)Conversores indiretos (em cascata)



E1

E2

v1,f1

v2,f2

Retificador

Inversor

Conversorindireto CC

Conversorindireto CA

Conversordireto CC

Conversordireto CA

Podem utilizar Podem utilizar conversor de baixa conversor de baixa freqfreqüüência (BF) em ência (BF) em

conjunto com conjunto com outro de alta outro de alta

freqfreqüüência (AF)ência (AF)

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Conversor indiretos (em cascata)Conversor indiretos (em cascata)




Fonte para Fonte para telecomtelecomRetificador (AF)Retificador (AF)

CCCC--CC (AF) CC (AF)

NoNo--breaksbreaksRetificador (BF/AF)Retificador (BF/AF)

Inversor (AF) Inversor (AF)

Inversor de freq.Inversor de freq.Retificador (BF)Retificador (BF)

Inversor (AF) Inversor (AF)

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Case realCase real



A A SchulzSchulz S/A adquiriu dois transformadores de S/A adquiriu dois transformadores de 6,625 MVA de potência e 13,8 kV com um 6,625 MVA de potência e 13,8 kV com um retificador de saretificador de saíída de 12 pulsos (cada) para da de 12 pulsos (cada) para alimentar um forno de indualimentar um forno de induçção de 9MVA. Cada ão de 9MVA. Cada transformador possui 12 pulsos defasados de 30transformador possui 12 pulsos defasados de 30ººentre si e deslocados 7,5entre si e deslocados 7,5ºº em relaem relaçção ao ângulo de ão ao ângulo de origem (um transformador positivo e outro origem (um transformador positivo e outro negativo), o retificador negativo), o retificador éé alimentado pelos 2 alimentado pelos 2 transformadores simultaneamente, resultando, transformadores simultaneamente, resultando, assim, um sistema com uma defasagem de 15assim, um sistema com uma defasagem de 15°°entre os pulsos.entre os pulsos.

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Case realCase real



Perguntas:Perguntas:1. Porque decidiu1. Porque decidiu--se usar um retificador de 24 se usar um retificador de 24 pulsos?pulsos?

2. Porque os transformadores (juntos) tem potência 2. Porque os transformadores (juntos) tem potência de 13,25MVA se a potência da carga de 13,25MVA se a potência da carga éé de 9MVA?de 9MVA?

3. Como foram dimensionados os diodos/tiristores 3. Como foram dimensionados os diodos/tiristores para este sistema?para este sistema?

Talvez vocês nunca precisarão projetar um dos Talvez vocês nunca precisarão projetar um dos sistemas estudados em EPO1, mas sistemas estudados em EPO1, mas éé bem possbem possíível vel

que precisem conhecer estes sistemas em uma que precisem conhecer estes sistemas em uma decisão de compra ou para manutendecisão de compra ou para manutenççãoão

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