CONVERSÃO DE ENERGIA 6

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CONVERSÃO DE ENERGIA 
AULA 6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Samuel Polato Ribas 
 
 
 
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CONVERSA INICIAL 
Nesta aula, vamos estudar os principais circuitos eletrônicos que são 
utilizados nos processos de geração de energia elétrica e no condicionamento 
de energia. Vamos estudar técnicas para que a energia gerada possa ser 
condicionada e conectada à rede elétrica. 
Ainda, serão mostrados circuitos de condicionamento de energia elétrica, 
cuja função é melhorar a qualidade de energia, proporcionando mais qualidade 
à eletricidade gerada e que circula pelas redes elétricas. 
CONTEXTUALIZANDO 
Em muitas áreas da engenharia elétrica, a eletrônica tem ganhado espaço 
e se desenvolvido rapidamente. À medida que ela evolui, os componentes 
eletromecânicos, como relés de proteção e contatores, estão sendo substituídos 
por dispositivos eletrônicos que possuem um desempenho superior. 
Os elementos eletromecânicos de geração de energia não podem ser 
substituídos por eletrônica, porém existem fontes de energia que já se mostraram 
viáveis (como a fotovoltaica) e são dependentes de circuitos eletrônicos. 
Por esse motivo, o conhecimento de circuitos de conversão de formas de 
energia, de corrente alternada para contínua, e de corrente contínua para 
alternada é fundamental, além de saber como melhorar a qualidade desta 
energia. 
Problematizando 
Cada vez mais, as gerações eólica e fotovoltaica vão crescer e ganhar 
espaço. Essas duas fontes de energia estão entre as que necessitam circuitos 
eletrônicos para tornar a energia possível de ser utilizada e interligada com o 
sistema elétrico. Por isso, além de conhecer as formas de geração, conhecer os 
circuitos e entender o seu funcionamento é de extrema importância para saber 
como deixar essa energia pronta para utilização. 
 
 
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Pesquise 
Além das energias eólica e fotovoltaica, quais outras fontes de geração 
de energia elétrica necessitam de circuitos eletrônicos para condicionar a 
energia elétrica gerada? 
TEMA 1 – CIRCUITOS RETIFICADORES 
Circuitos retificadores são circuitos que convertem corrente alternada em 
corrente contínua. O seu princípio de funcionamento consiste em bloquear a 
passagem do semiciclo negativo de uma corrente alternada, permitindo apenas 
a passagem do semiciclo positivo. Podem também inverter a polaridade do 
semiciclo negativo, dobrando a frequência da forma de onda e mantendo o valor 
eficaz. 
Para impedir a passagem do semiciclo negativo ou para sua polaridade, 
o circuito semicondutor mais simples que pode ser utilizado são os diodos. A 
Figura 1 apresenta a topologia mais simples de um circuito retificador e as formas 
de onda de entrada e saída. Trata-se de um retificador monofásico de meia onda. 
Figura 1 – Circuito de um retificador monofásico de meia onda (a) e formas de 
onda da tensão de entrada, Ve, e da tensão de saída, Vs 
 
Nota-se nesta topologia que a tensão de saída, Vs, possui apenas o 
semiciclo positivo da tensão de entrada. O diodo, D, fica inversamente polarizado 
durante o semiciclo negativo, fazendo com que a tensão Vs vá para zero. 
Outra topologia bastante utilizada é a do retificador de onda completa. 
Nela, além de permitir que o semiciclo positivo fique diretamente aplicado à 
carga, o circuito inverte a polaridade do semiciclo negativo, fazendo com que a 
 
 
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tensão na carga possua dois semiciclos positivos. Portanto, a frequência da 
tensão de saída será o dobro da frequência da tensão de entrada. A Figura 2 
mostra a topologia deste circuito e as formas de onda da tensão de entrada e da 
tensão de saída. Este circuito recebe o nome de retificador de onda completa. 
Figura 2 – Circuito de um retificador monofásico de onda completa (a) e formas 
de onda da tensão de entrada, Ve, e da tensão de saída, Vs 
 
O mesmo retificador da Figura 2 pode ser implementado utilizando apenas 
dois diodos, porém é necessária a inclusão de um transformador isolador com 
duas derivações centrais no enrolamento secundário. Essa topologia apresenta 
algumas vantagens, como a diminuição do número de diodos, a isolação 
galvânica entre a entrada e a saída do circuito e a possibilidade de alteração da 
tensão de saída em função da relação de transformação. Entretanto, também 
apresenta desvantagens, como o aumento de custo e de volume do circuito. 
Essa topologia é mostrada na Figura 3. 
Os circuitos retificadores podem ser acompanhados de um filtro capacitivo 
na saída. Dessa forma, a ondulação da tensão de saída é atenuada, fazendo 
com que a forma de onda se aproxime mais de uma fonte de corrente contínua 
pura. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3 – Circuito de um retificador monofásico de onda completa com 
transformador 
 
Do ponto de vista do conceito dos circuitos retificadores, isso é muito 
vantajoso. Já que o objetivo é converter corrente alternada em corrente contínua, 
a utilização do filtro capacitivo é uma boa opção para que esse objetivo seja 
alcançado. A Figura 4 apresenta um retificador de onda completa com filtro 
capacitivo e as formas de onda de tensão de entrada e de saída. 
Figura 4 – Circuito de um retificador monofásico de onda completa com filtro 
capacitivo (a) e formas de onda da tensão de entrada, Vê, e da tensão de 
saída, Vs 
 
Nota-se na Figura 4 que a tensão de saída Vs apresenta uma ondulação 
bem menor em relação à tensão de saída da Figura 2. Isso é devido à energia 
que se acumula no capacitor, que mantém a tensão de saída na carga. 
 
 
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Os circuitos retificadores podem ser aplicados a sistemas trifásicos. Um 
exemplo desse tipo de aplicação é em geração de energia eólica. Existem duas 
topologias possíveis para essa aplicação. 
A primeira delas consiste em ligar um diodo a cada fase da fonte trifásica. 
A Figura 5 apresenta um retificador trifásico com três diodos e as formas de onda 
de tensão de entrada e saída. 
Figura 5 – Circuito de um retificador trifásico a três diodos (a) e formas de onda 
das tensões de entrada, V1, V2 e V3, e da tensão de saída, Vs 
 
Note que a tensão de saída Vs apresentou uma ondulação bem menor do 
que a tensão de saída do retificador monofásico apresentado na Figura 2. 
Na segunda topologia de um retificador trifásico, com seis diodos, 
chamada de ponte de Graetz, a ondulação se torna menor ainda, praticamente 
não sendo necessária a utilização de filtro capacitivo. 
Na Figura 6 é apresentada topologia da ponte de Graetz, as tensões de 
entrada e a tensão de saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 6 – Circuito da ponte de Graetz (a) e formas de onda das tensões de 
entrada, V1, V2 e V3, e da tensão de saída, Vs 
 
Perceba que a ondulação da tensão de saída Vs na Figura 6 é menor que 
a ondulação na Figura 5, ou seja, à medida que se aumenta o número de diodos 
em um circuito retificador, a ondulação da tensão de saída diminui, aproximando-
se de uma forma de onda contínua pura. 
Na geração de energia, a principal aplicação desses circuitos é em 
energia eólica, pois há configurações em que é necessário converter a energia 
em corrente alternada na saída do aerogerador, em corrente contínua, antes de 
conectá-lo a rede. 
TEMA 2 – CORREÇÃO ELETRÔNICA DO FATOR DE POTÊNCIA 
Neste tema da aula, vamos estudar os conversores estáticos, ou 
conversores CC-CC, que convertem um nível de tensão em corrente contínua 
(CC) em outro nível CC, e também falaremos sobre como esses conversores 
podem ser utilizados para realizar a correção de fator de potência. 
Os conversores estáticos possuem três topologias, que são a base para 
as outras topologias existentes. Estas topologias permitem abaixar, aumentar, 
ou abaixar e aumentar a tensão da entrada. 
Esses circuitos utilizam chaves semicondutoras de potência totalmente 
controladas (IGBTs ou MOSFETs) operando em frequências na faixa de 
dezenas de kHz, utilizando modulação por largura de pulso (PWM – Pulse Width 
Modulation).8 
O primeiro conversor que estudaremos é o conversor CC-CC abaixador 
de tensão, chamado de conversor Buck. Ele tem como principal objetivo abaixar 
o nível da tensão de entrada. A topologia desse circuito é mostrada na Figura 7. 
Figura 7 – Conversor CC-CC abaixador de tensão 
 
Note que o único elemento que é possível de controlar é a chave S, que 
possui dois estados, aberta e fechada. O estado da chave dependerá do sinal 
PWM. Quando o PWM estiver em nível alto, a chave estará fechada, e quando 
estiver em nível baixo, a chave estará aberta. 
O seu funcionamento inicia-se com a chave fechada, e a energia da fonte 
de tensão E carrega o indutor L e o capacitor C, além de alimentar o resistor de 
carga R. Enquanto a chave permanecer fechada, a fonte de entrada fica 
diretamente ligada em paralelo com o diodo DRL, que fica inversamente 
polarizado. Quando a chave S se abre, a energia armazenada no indutor e no 
capacitor mantém o nível de tensão e corrente na carga. Como a corrente 
armazenada no indutor precisa de um caminho por onde possa circular, o diodo 
DRL entra em condução proporcionando este caminho. Após o fechamento da 
chave há novamente acumulo de energia no indutor e no capacitor, portanto o 
início de um novo ciclo. 
Vale ressaltar que neste circuito a tensão de saída VO é sempre menor 
que a tensão de entrada E. 
A Figura 8 mostra o circuito de um conversor estático CC-CC elevador de 
tensão, conhecido por conversor Boost. 
 
 
 
 
 
 
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Figura 8 – Conversor CC-CC elevador de tensão 
 
O funcionamento do conversor Boost consiste em carregar indutor L 
enquanto a chave S estiver fechada, ou seja, o PWM em nível alto. Como o diodo 
DRL fica bloqueado durante esta etapa, o capacitor C fornece energia para a 
carga R, mantendo o nível de tensão e corrente. Quando a chave S se abre, 
então a fonte E e o indutor L fornecem energia para a carga R e carregam o 
capacitor C, por meio do diodo DRL. Assim que a chave for fechada novamente, 
inicia-se um novo ciclo de operação. No caso do conversor Boost, a tensão de 
saída VO é sempre maior que a tensão de entrada E. 
O terceiro conversor CC-CC, chamado de conversor Buck-Boost, pode 
funcionar como abaixador ou elevador de tensão. A sua topologia é apresentada 
na Figura 9. 
Figura 9 – Conversor CC-CC abaixador-elevador de tensão 
 
No conversor abaixador-elevador de tensão, o nível da tensão de saída 
VO é definido pelo tempo em que a chave S permanece fechada. Se ela 
permanecer fechada mais da metade de um ciclo de chaveamento, a tensão de 
saída será maior que a da entrada, e se ela permanecer fechada por menos da 
metade do período de chaveamento, a tensão de saída será menor que a da 
entrada. 
 
 
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O funcionamento do conversor Buck-Boost consiste em armazenar 
energia no indutor, L, enquanto a chave estiver fechada. Durante esse período, 
o diodo, DRL, fica bloqueado, e o capacitor, C, fornece energia para o resistor de 
carga, R. Quando a chave se abre, a energia que estava armazenada no indutor, 
por meio do diodo, carregando o capacitor mantendo o nível de tensão e corrente 
na carga. 
Note ainda que a tensão de saída, VO, possui a polaridade invertida em 
relação à tensão de entrada, E. 
Além dessas topologias básicas, existem outras, como os conversores 
Sepic, Cük, Zeta, Flyback e Foward, cada um deles com características próprias. 
Qualquer uma das topologias pode ser empregada para a correção de 
fator de potência. Algumas delas são mais propícias e outras são menos para 
esse fim. 
Os conversores mais eficientes para a correção de fator de potência são 
os que possuem a fonte de entrada em série com o indutor, o que caracteriza o 
comportamento de uma fonte de corrente. 
Para aplicarmos esses conversores à correção do fator de potência, a 
tensão de entrada do conversor deve ser a saída de um retificador de onda 
completa. Devido à sua configuração, o conversor Boost é um dos mais 
utilizados para efetuar a correção do fator de potência. O circuito do conversor 
Boost aplicado à correção do fator de potência é apresentado na Figura 10. 
O circuito da Figura 10 atua de forma a eliminar a defasagem entre a 
tensão de entrada, Ve, e a corrente que esta fonte fornece. Como o fator de 
potência pode ser medido pelo cosseno do ângulo de defasagem, à medida que 
o ângulo se aproxima de zero, o valor do seu cosseno se aproxima de um. Ao 
mesmo tempo, a tensão de saída, Vo, deve ser igual à tensão de referência, 
VREF. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 10 – Conversor Boost aplicado para correção do fator de potência 
 
O circuito funciona da seguinte forma: a tensão de saída do retificador 
amostrada é enviada para o sinal de entrada do bloco central como “A”. A tensão 
de saída do retificador ainda passa por um filtro passa baixas, representado pelo 
bloco FPB. A saída deste filtro será o valor eficaz da tensão, que entra no bloco 
central como a variável “C”. 
A tensão de saída, Vo, é amostrada e comparada com a tensão de 
referência, VREF. O valor de VREF é o valor que se deseja que Vo possua. O sinal 
com diferença entre Vo e VREF é enviado para o bloco regulador de tensão, que 
normalmente é um controlador PI (Proporcional-Integral), e saída a deste 
controlador será a entrada “B” do bloco central. 
Na sequência é realizada a operação do bloco central. As variáveis “A” e 
“B” são multiplicadas, e o resultado dividido pelo quadrado da variável “C”. A 
saída do bloco será a corrente de referência, IREF. O valor de IREF é comparado 
com o valor da corrente no indutor do conversor, cuja amostra é obtida por um 
sensor de corrente. A diferença entre IREF e a corrente no indutor é a entrada do 
regulador de corrente, que, assim como o regulador de tensão, consiste em um 
controlador PI. 
 
 
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Por fim, a saída do controlador PI será a entrada do modulador PWM, que 
vai regular a largura do pulso corretamente, de modo que a corrente e a tensão 
de entrada estejam em fase. O desempenho deste sistema está diretamente 
relacionada com a sintonia dos reguladores de tensão e corrente. 
A corrente no indutor também tem influência no desempenho. À medida 
que a corrente aumenta, a correção do fator de potência se torna mais eficiente. 
Por isso, os corretores de fator de potência eletrônicos devem operar o mais 
próximo possível da potência nominal. Caso isso não ocorra, o desempenho 
pode ser prejudicado, resultando em uma correção pouco efetiva. 
O circuito corretor de fator de potência baseado na topologia do conversor 
Boost é um dos mais utilizados. Ele pode ser aplicado no estágio de entrada de 
sistemas ininterruptos de energia de alto desempenho, contes de alimentação 
de potência. Trazendo para o contexto da conversão de energia, pode ser 
utilizado como o estágio de entrada do conversor que ligará a saída de um 
gerador eólico ao sistema elétrico. 
Vale ressaltar que qualquer outra topologia de conversores CC-CC pode 
ser utilizada para a correção do fator de potência. Além disso, embora o circuito 
apresentado seja monofásico, é possível adaptá-lo para a aplicação em sistemas 
trifásicos, utilizando o mesmo princípio. 
TEMA 3 – CIRCUITOS CONVERSORES CC-CA 
Os conversores CC-CA são circuitos que têm como objetivo converter 
corrente contínua em corrente alternada. Esses circuitos também são chamados 
de circuitos inversores. São largamente empregados em aplicações que 
necessitam injetar potência na rede a partir de um nível CC. 
Esses sistemas de geração de energia são utilizados em sistemas eólicos 
e obrigatoriamente em sistemas fotovoltaicos, pois a geração é em corrente 
contínua. 
Assim como os retificadores e os conversores CC-CC, existem várias 
topologias distintas, com operações semelhantes, porém sempre realizando a 
conversão CC para CA. 
Vale ressaltar ainda que os inversores são circuitos que podem sintetizar 
na saída uma tensão CA monofásica ou trifásica.Vamos iniciar nosso estudo com o conversor CC-CA em ponte completa. 
Esta topologia é apresentada na Figura 11, alimentando uma carga RL, 
 
 
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juntamente com as formas de onda da tensão e a corrente na carga, Vo e Io, 
respectivamente. 
Figura 11 – Conversor CC-CA em ponte completa (a) e formas de onda da 
tensão de saída, Vo, e da corrente de saída, Io (b) 
 
O conversor da Figura 11 apresenta dois braços, formados por chaves 
semicondutoras com diodos em antiparalelo. Essa topologia é indicada para 
aplicações em alta potência devido aos pequenos esforços a que os 
semicondutores ficam sujeitos. As chaves são comandadas em pares, S1 com 
S4 e S2 com S3, o que torna o circuito de comando relativamente simples. 
O funcionamento deste circuito consiste de quatro etapas. Na primeira 
etapa, as chaves S1e S4 entram em condução, e a corrente da carga, Io, flui 
através delas. A tensão na carga é igual à tensão da entrada, E. Durante essa 
etapa, a fonte fornece a corrente Io para a carga. Pelo fato de ser uma carga RL, 
a corrente cresce de forma exponencial. 
Na segunda etapa as chaves S1 e S4 são bloqueadas, e os diodos em 
antiparalelo das chaves S2 e S3 entram em condução. Nessa etapa, a tensão 
na carga passa a ser menos a tensão da fonte (–E). Note que durante essa etapa 
nenhuma das chaves está em condução. 
A terceira etapa se inicia quando a corrente Io chega a zero. Nesse 
instante, as chaves S2 e S3 entram em condução. A corrente da carga, Io, 
aumenta de forma exponencial em sentido oposto ao da primeira etapa, e a 
tensão na carga continua sento –E. 
Na quarta etapa, as chaves S2 e S2 entram no modo de bloqueio, e os 
diodos em antiparalelo com S1 e S4 entram em condução, fornecendo um 
caminho para a circulação da corrente Io, que decresce linearmente. Esta etapa 
 
 
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termina quando a corrente Io chega a zero e as chaves S1 e S4 entram em 
condução, voltando ao estado da primeira etapa. 
Outra topologia bastante atrativa é a do conversor CC-CA meia ponte, 
também chamado de conversor com ponto médio. A grande vantagem dessa 
topologia é a redução do número de chaves semicondutoras. 
Essa topologia é recomendada para aplicações em baixa potência. Isso é 
devido ao fato de a tensão na saída ter a metade da amplitude da tensão de 
saída do inversor em ponte completa. Isso acontece porque nessa topologia é 
necessária a utilização de uma fonte CC com ponto médio. Essa fonte pode ser 
obtida por meio de circuitos RC conforme mostrado na Figura 12. Esta figura 
mostra o circuito de um inversor meia ponte e as formas de onda de tensão e 
corrente na carga, Vo e Io, respectivamente. 
Figura 12 – Conversor CC-CA em meia ponte (a) e formas de onda da tensão 
de saída, Vo, e da corrente de saída, Io (b) 
 
Comparando a Figura 11 com a Figura12, fica evidente a diferença entre 
as tensões e correntes de saída. A tensão e a corrente da Figura 12 são a 
metade da corrente e da tensão da Figura 11. Os resistores R1 e R2 devem ter 
elevada resistência, na faixa de MΩ, e os capacitores C1 e C2 normalmente são 
eletrolíticos de elevada capacitância para dividir igualmente a tensão de entrada, 
E. 
As etapas de operação são as mesmas do inversor em ponte completa, 
porém agora o procedimento ocorre entre as chaves S1 e S2. 
Perceba que os inversores vistos até agora geram uma tensão CA 
alternada e com uma corrente alternada, mas não senoidal. Se nosso objetivo 
 
 
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for realizar a conversão de CC para CA para interligar um sistema de geração 
com a rede elétrica, seja ele eólico ou fotovoltaico, deve-se optar por um inversor 
com modulação PWM senoidal. 
A topologia é a mesma do inversor em meia ponte ou em ponte completa. 
O que se altera é o comando das chaves. Além disso, para tornar a forma de 
onda de tensão e corrente senoidais, deve ser empregado um filtro LC na saída, 
antes de a carga ser conectada. Na Figura 13, é apresentado um inversor em 
ponte completa com modulação PWM senoidal, alimentando uma carga 
resistiva, além das formas de onda de tensão e corrente na carga. 
Figura 13 – Conversor CC-CA em ponte completa com filtro LC (a) e formas de 
onda da tensão de saída, Vo, e da corrente de saída, Io,para carga resistiva (b) 
 
Note que neste caso a tensão de saída, Vo, e a corrente de saída, Io, são 
senoidais. O filtro LC faz com que a tensão e a corrente geradas pelo inversor 
sejam senoidais. Para a interligação de um inversor com modulação PWM como 
o da Figura 4(a), alguns requisitos devem ser atendidos. São eles: 
 A tensão de saída do inversor deve ter a mesma frequência e a mesma 
amplitude da tensão da rede. 
 No caso de inversores trifásicos, a sequência de fases deve ser 
respeitada. 
Se os requisitos acima citados forem atendidos, basta retirar o resistor R 
do circuito e conectar o capacitor, C, diretamente em paralelo com a rede. 
Vale ressaltar que para que os requisitos de rede sejam atendidos, deve 
haver controladores destinados ao ajuste de frequência, e a monitoração 
 
 
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constante da rede deve ser realizada, para que o inversor possa se ajustar a 
suas oscilações. 
Ainda é importante mencionar que o capacitor C deve ser de corrente 
alternada. Como ele estará sujeito a níveis de tensão positivos e negativos, um 
capacitor com polaridade definida vai ser danificado. 
TEMA 4 – FILTRO ATIVOS 
Os filtros ativos são dispositivos eletrônicos de potência que têm a função 
de melhorar a qualidade da energia elétrica, atuando sobre distúrbios que 
ocorrem na rede. 
Por distúrbios na rede entendem-se distorções na tensão e na corrente da 
linha, circulação de correntes de neutro elevadas, correntes de cargas não 
lineares, como retificadores, afundamentos de tensão, correntes reativas, entre 
outros. 
Entre as causas que ocasionam maior perda da qualidade de energia, 
estão as correntes harmônicas. Essas correntes sempre existiram no sistema 
elétrico, porém, com o aumento da utilização de cargas e equipamentos 
eletrônicos, elas aumentaram consideravelmente. 
A maior preocupação é com as correntes que esses equipamentos 
absorvem da rede, que na grande maioria são correntes com elevado conteúdo 
harmônico. As harmônicas de uma corrente são correntes em frequências 
múltiplas da frequência fundamental, que resultam em uma forma de onda 
diferente da senoidal e que causam distorção na forma de onda de tensão. Neste 
caso dizemos que se tem uma corrente com alto conteúdo harmônico. 
Um equipamento que absorve correntes harmônicas da rede possui um 
fator de potência baixo. Portanto, a concessionária deve fornecer uma alta 
quantidade de potência reativa, o que causa sobrecarga na rede. 
Outro problema relacionado à qualidade de energia são as variações que 
a tensão pode sofrer. Umas das principais causas de afundamentos ou 
elevações de tensão é a entrada e a saída de cargas muito elevadas no sistema 
elétrico. 
Os filtros ativos têm como objetivo eliminar ou minimizar os efeitos de 
distúrbios na rede que causam variação no valor e na forma de onda da tensão 
de um sistema elétrico. 
 
 
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Existem basicamente dois tipos de filtros ativos, o série e o paralelo. A 
Figura 14 apresenta os dois tipos de filtros ativos. 
Figura 14 – Filtro ativo série paralelo (a) e filtro ativo série (b) 
 
O filtro ativo paralelo, mostrado na Figura 14 (a), utiliza um indutor para 
realizar a conexão com a rede. Já o filtro ativo série, mostrado na Figura 14(b), 
utiliza um capacitor e um transformador para conexão com a rede. Os blocos 
com transistores que recebem o sinal de modulação caracterizam a estrutura de 
semicondutores que formam o filtro ativo. Na realidade possuem a mesma 
estrutura que inversores em ponte completa, alterando apenas o comando das 
chaves em relação ao inversor convencional. 
O princípio do filtro ativo paralelo da Figura 14 (a) é funcionar como uma 
fonte de corrente. O seu funcionamento consiste em injetarna rede uma 
corrente, IF, de forma que, quando somada com a corrente da linha,IL, resultará 
em uma corrente senoidal, IC. 
Explicando mais detalhadamente, a corrente IL é uma corrente que possui 
componentes na sua frequência fundamental e também componentes 
harmônicas. Na corrente IC, deseja-se que exista apenas a componente 
fundamental. Para isso, é necessário eliminar as componentes harmônicas. 
Assim, a corrente injetada pelo filtro ativo paralelo, IF, possui as componentes 
harmônicas da corrente IL, com defasagem de 180º, de modo que se anulem 
quando somadas, resultando apenas a componente fundamental. Assim, obtém-
se uma corrente praticamente senoidal pura e, consequentemente, uma forma 
de onda de tensão livre de distorções. 
Já o filtro ativo paralelo atua como uma fonte de tensão. Em vez de injetar 
uma corrente na rede, o princípio do filtro ativo série consiste em obter uma 
tensão, VF, no secundário do transformador, que, quando somada à tensão VPC, 
 
 
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resulte em uma tensão senoidal. Portanto, esse filtro atua diretamente sobre a 
forma de onda de tensão, resultando em uma tensão VC praticamente livre de 
distorções. 
Entretanto, para realizar os procedimentos de correção, tanto o filtro ativo 
paralelo quanto o série necessitam detectar quais harmônicas estão causando a 
perturbação para então poder corrigi-las. Para isso, os filtros ativos utilizam um 
algoritmo para detectar as harmônicas. Este algoritmo recebe o nome de 
algoritmo para geração de referências e normalmente é implementado em um 
processador digital de sinais. 
TEMA 5 – CONTROLE DE CONVERSORES 
Conhecidas as formas de converter CA em CC, CC em CC e CC em CA 
e as topologias que podem ser utilizadas para estes fins, é importante conhecer 
alguns tipos de controladores utilizados e como eles atuam sobre os circuitos. 
Vale ressaltar que o objetivo aqui não é detalhar o procedimento de 
projeto de controladores, mas sim apresentar sua equação característica e o seu 
funcionamento. Especificamente, vamos tratar de controladores para os circuitos 
de conversores CC-CC e CC-CA. 
Nos conversores CC-CC, o objetivo é manter constante o valor da tensão 
de saída frente a variações de carga e na tensão de entrada. Nestas aplicações, 
os controladores mais utilizados são os controladores P (proporcional), PI 
(proporcional-integral) e PID (proporcional-integral-derivativo). Como o circuito 
possui uma resposta rápida, não é usual utilizar o controlador PID, porém nada 
impede que seja utilizado. Neste primeiro momento, vamos entender um pouco 
mais sobre cada controlador. 
O controlador proporcional tem como um dos objetivos tornar o circuito 
menos susceptível a variações de carga e outros distúrbios, aumentando a sua 
estabilidade. Entretanto, ele não elimina o erro em regime permanente, ou seja, 
a tensão de saída nunca atingirá o valor desejado. 
Se a parcela integral for adicionada, então o controlador passará a ser um 
PI. A parcela integral tem por objetivo anular o erro, ou seja, a tensão de saída 
do conversor será exatamente igual ao valor desejado, porém ao custo de uma 
resposta mais lenta. 
Ainda pode ser integrada ao controlador uma parcela derivativa, tornado 
o controlador um PID. Assim, o conversor vai demorar menos tempo para 
 
 
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alcançar a tensão desejada. Além disso, a tensão de saída é exatamente a 
mesma que se deseja obter. 
Para se ter uma ideia do efeito de um controlador P, PI e PID, a Figura 15 
apresenta a tensão de saída de um conversor Buck. O valor desejado é de 50V. 
Figura 15 – Tensão de saída de um conversor Buck com controlador proporcional 
(vermelho), com controlador proporcional-integral (azul) e com controlador 
proporcional-integral-derivativo (verde) 
 
Pela Figura 15, nota-se que a forma de onda em vermelho, referente a 
tensão de saída com um controlador proporcional, fica um pouco abaixo de 50V, 
evidenciando a característica do controlador proporcional. 
Na forma de onda em azul, que é a tensão de saída referente ao 
controlador proporcional-integral, nota-se claramente que a ondulação da tensão 
de saída permanece por mais tempo. Porém, se o tempo do gráfico fosse maior, 
veríamos uma acomodação da tensão de saída em exatamente 50V. 
Da mesma forma, a tensão de saída referente ao controlador com o 
controlador PID, em verde, há uma estabilização da forma de onda em 50V, 
conforme esperado. Além disso, perceba que o tempo para a estabilização do 
sinal é consideravelmente menor que a tensão de saída com os controladores 
proporcional e integral. Eventualmente outros controladores podem ser utilizados 
para controlar a tensão de saída de conversores CC-CC. 
 
 
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Para o controle de conversores CC-CA e filtros ativos, existem outros 
controladores que resultam em um bom desempenho. 
Em controladores para conversores CC-CA senoidais e em filtros ativos, 
é necessário um controlador que reproduza na saída uma senoide com o mínimo 
de distorção possível. Para esse fim, é necessário um controlador que atue como 
filtro, rejeitando as harmônicas que causam distorção da tensão. 
Primeiro, é possível citar o controlador ressonante. Nesse controlador, é 
possível definir a frequência da senoide que o controlador “permite” passar para 
a saída e quais frequências devem ser rejeitadas. A Figura 16 mostra um 
diagrama desse controlador. Nela, os “s” indicam que a função está no domínio 
da frequência. A variável ωo indica a frequência em que o controlador está 
sintonizado, em rad/s. As frequências ωo e seus múltiplos (2ωo, 3ωo,.....,nωo) 
indicam as frequências múltiplas de ωo que serão rejeitadas pelo controlador. O 
bloco GP(s) representa o modelo matemático do inversor, y(s) a senoide no 
domínio da frequência livre de harmônicos. 
Figura 16 – Diagrama de blocos do controlador ressonante com múltiplos 
controladores 
 
A Figura 17 faz a comparação de uma forma de onda de tensão de saída 
de um inversor monofásico com e sem controladores ressonantes. 
 
 
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Figura 17 – Tensão e corrente de saída de um inversor monofásico sem controle 
(a) e tensão e corrente de saída de um inversor com controladores ressonantes 
 
Outro controlador que tem um desempenho semelhante ao dos 
controladores ressonantes é o controlador repetitivo. A diferença é que o 
controlador repetitivo possui todas as frequências no seu modelo, portanto, 
teoricamente, ele tem a capacidade de rejeitar todos os distúrbios causados por 
harmônicas na tensão de saída, resultando em uma senoide perfeita. 
Esses controladores são utilizados normalmente em controladores CC-
CA e também podem ser empregados em filtros ativos monofásicos e trifásicos. 
NA PRÁTICA 
Pesquise outras topologias de retificadores, conversores CC-CC e 
inversores e verifique como podem ser aplicados em sistemas de geração de 
energia eólica e energia fotovoltaica. 
FINALIZANDO 
Nesta aula, foram apresentadas algumas topologias de retificadores, 
conversores CC-CC e inversores e suas aplicações em sistemas de geração de 
energia eólica e fotovoltaica. Além disso, uma breve introdução sobre filtros 
ativos foi realizada com o objetivo de levar ao estudante a existência desse 
equipamento. Por fim, alguns dos sistemas de controle utilizados nessas 
topologias foram abordados, além de suas características. 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
RASHID, M. H. Eletrônica de Potência: Dispositivos, circuitos e aplicações. 4. 
ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014.