Aplicações na indústria e em sistemas de energia

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Aplicações na
indústria e em
sistemas de
energia
Prof. Raphael de Souza dos Santos
Descrição
Utilização dos dispositivos eletrônicos de potência em circuitos aplicados em sistemas industriais e em
sistemas de energia (convencional e renovável), bem como as características desses dispositivos e a
importância nesses sistemas.
Propósito
Conhecer as aplicações, vantagens e desvantagens dos dispositivos de eletrônica de potência, bem como a
importância desses dispositivos e suas características nos diferentes circuitos, é fundamental para todas as
áreas da engenharia.
Objetivos
Módulo 1
Aplicações da eletrônica de potência na indústria
Reconhecer as aplicações da eletrônica de potência na indústria.
Módulo 2
Aplicações da eletrônica de potência nos sistemas de energia
Reconhecer as aplicações da eletrônica de potência nos sistemas de energia.
Introdução
Olá! Antes de começarmos, assista ao vídeo e confira os principais pontos abordados neste conteúdo.

1 - Aplicações da eletrônica de potência na indústria
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as aplicações da eletrônica de potência
na indústria.
Vamos começar!
Os sistemas industriais e a eletrônica de potência
Veja a seguir os principais pontos que serão abordados sobre o assunto.

Eletrônica de potência nos dias atuais
A eletrônica de potência é um dos assuntos contemporâneos da engenharia elétrica que tem visto muitos
avanços nos últimos tempos e tem promovido impacto nos meios industriais e domésticos em quase todas
as áreas. Ela encontra diversas aplicações nas áreas comerciais, meios industriais e, até mesmo, no dia a
dia.
A eletrônica de potência consiste, essencialmente, em um sistema híbrido de
engenharia de potência, eletrônica analógica, dispositivos semicondutores e
sistemas de controle.
Os fundamentos de cada um desses assuntos são aplicados de forma combinada para obter, por exemplo,
uma forma regulada de energia elétrica ou para estabelecer um sistema de controle sobre as fontes de
energia. A energia elétrica em si não é utilizável até que seja convertida em uma forma tangível de energia,
como movimento, luz, som, calor, entre outras. De maneira resumida, a energia elétrica só se torna
efetivamente útil após ser convertida em trabalho.
É possível traçar um avanço significativo na aplicação da eletrônica de potência nos meios industriais e
domésticos até o desenvolvimento dos tiristores comerciais e dos retificadores controlados de silício (SCR)
pela General Electric Co. em 1958. Uma imagem de um tiristor de potência pode ser vista na imagem ao
lado.
Tiristor metálico de potência.
Antes do desenvolvimento desses dispositivos semicondutores de potência, o controle da energia elétrica
era feito principalmente através de dispositivos denominados tiratrons e de retificadores de arco de
mercúrio, que funcionavam utilizando o princípio de fenômenos físicos aplicados aos gases e vapores.
Tiratrons
Os tiratrons (thyratron) consistiam, basicamente, em uma câmara de descarga elétrica cheia de gás que
continha um filamento de catodo, uma placa de anodo e uma ou mais grades, como pode ser visto na
imagem a seguir:
Estrutura interna de um tiratron.
Em seu funcionamento, um gás inerte ou vapor metálico é utilizado para preencher uma câmara de vidro,
onde ocorrerá uma descarga elétrica. A grade controla apenas o início do fluxo de corrente elétrica da
descarga, portanto, fornecendo um efeito de disparo ou gatilho para o início da condução. O potencial de
grade é negativo em relação ao catodo e impede que os elétrons fluem para a placa e estimulem uma
descarga elétrica.
Para promover a descarga, o potencial elétrico da grade é elevado a um valor suficientemente alto, de modo
que possa iniciar um fluxo de elétrons através do catodo. À medida que os elétrons livres fluem em direção
à placa, eles colidem com as moléculas do gás utilizado no preenchimento da câmara de vidro, liberando
outros elétrons e ionizando o gás dentro da câmara de descarga.
Quando um número suficiente de íons e elétrons é liberado, ocorre um “curto-circuito” no dispositivo e uma
grande corrente elétrica flui do catodo para a placa, causando uma descarga elétrica que pode ocorrer em
alguns centésimos de milionésimos de segundo. Essa descarga para quando a tensão no anodo for
suficientemente baixa.
Os tubos tiratrons são usados, normalmente, em moduladores de pulso de radar, aceleradores de partículas,
lasers e equipamentos médicos de alta tensão.
Comentário
Após o desenvolvimento do SCR, diferentes dispositivos eletrônicos de potência surgiram, como GTO, IGBT,
MCT, TRIAC, DIAC, MOSFETs de Potência, UJT e outros diversos. Esses dispositivos são recomendados para
aplicações que envolvem várias centenas de volts e ampères, ao contrário dos dispositivos semicondutores
convencionais que funcionam com alguns poucos volts e ampères.
Para serem aplicados em eletrônica de potência no meio industrial, esses dispositivos são feitos para
funcionar, por exemplo, como chaves de potência. Todos os dispositivos de eletrônica de potência que
atuam como um interruptor possuem dois modos de operação básico (ligado ou desligado) que necessitam
suportar elevados níveis de tensão e ou corrente.
Por exemplo, um TBJ (Transistor Bipolar de Junção ou Bipolar Junction Transistor) possui três regiões de
operação em suas características de funcionamento: corte, ativo e saturação. Na eletrônica analógica, em
que o TBJ deve funcionar como um amplificador, o circuito é projetado para polarizá-lo na região ativa de
operação. No entanto, em eletrônica de potência, o TBJ será especificado para funcionar apenas na região
de corte, quando estiver desligado, e na região de saturação, quando estiver ligado, não sendo necessária
sua operação na região ativa.
Dispositivos de potência como chave
Para os dispositivos que são especificados para a funcionar como uma chave, é necessário que algumas
características básicas de uma chave sejam atendidas. Por exemplo, quando está ligada, a chave apresenta
uma queda de tensão ideal nula, permitindo que uma corrente plena passe por ela. Ou seja, na condição
ligada, deve se comportar como um curto-circuito perfeito. De maneira complementar, quando a chave
estiver operando na condição desligada, ela deve apresentar uma queda da tensão total que a atravessa, e
nenhuma corrente deverá fluir através dela. A imagem a seguir representa o funcionamento ideal de uma
chave em um circuito elétrico:
Ilustração de uma chave ideal em um circuito elétrico.
Como, nos dois modos de operação (a tensão com a chave fechada e a corrente com a chave aberta), a
quantidade de tensão ou de corrente é zero, a potência no interruptor acaba sendo sempre nula (igual a
zero). Essa característica é fácil de ser visualizada em uma chave mecânica, como a da imagem anterior, e o
mesmo raciocínio deverá ser seguido em uma chave eletrônica de potência.
No entanto, na prática, sempre existe uma corrente de fuga (corrente leakage) através dos dispositivos de
chaveamento, quando em condição desligada, denominada Ileakage. Por esse motivo e devido à Lei de Ohm,
sempre há uma queda de tensão direta na condição ligada, ou seja, Von é diferente de zero:
Rotacione a tela. 
Onde V é a tensão (volts), I é a corrente (ampères) e R é a resistência (ohm).
V = R ⋅ I
A Lei de Ohm é aplicada tendo em vista que nenhum dispositivo eletrônico é ideal,
ou seja, todos apresentam uma resistência, mesmo que muito baixa.
No entanto, a magnitude de Von ou Ileakage é muito menor do que as tensões e correntes operacionais;
portanto, a potência em todo o dispositivo também é muito menor, na ordem de alguns miliwatts, que a
potência em condições de operação.
Essa potência é dissipada no dispositivo em forma de energia e, portanto, a dissipação de calor adequada
nos dispositivos de potência é um aspecto de grande importância. Além dessas perdas nos estados ligado
e desligado, existem perdas de comutação (chaveamentoou transição) também em dispositivos eletrônicos
de potência. Isso ocorre, principalmente, enquanto a chave alterna de um modo para outro, e V e I no
dispositivo mudam de intensidade.
Em eletrônica de potência, ambas as perdas são parâmetros importantes em
qualquer dispositivo e essenciais na determinação de suas classificações de
tensão e corrente.
Aplicação da eletrônica de potência
Os dispositivos eletrônicos de potência, sozinhos, não são tão úteis em aplicações práticas. Dessa forma,
eles precisam ser projetados juntamente com um circuito eletroeletrônico e com outros componentes
adicionais, que são uma parte importante na tomada de decisão sobre a chaves eletrônicas de potência a
ser selecionada para obtenção da saída desejada. Isso inclui o circuito de disparo necessário, para o
acionamento da chave, e o circuito de realimentação, para seu funcionamento adequado, dependendo do
dispositivo.
Um diagrama em blocos que descreve um sistema eletrônico de potência simples pode ser visto na imagem
a seguir:
Diagrama em blocos descritivo do funcionamento de um sistema eletrônico de potência.
A unidade de controle recebe o sinal de realimentação (feedback) da saída dos sensores e compara essa
informação com as referências. A partir do resultado da comparação, um sinal de entrada é gerado para o
circuito de disparo, que, basicamente, é um circuito gerador de pulso, que fornece saídas em pulso, de
maneira a controlar os interruptores eletrônicos de potência para o circuito principal (circuito de potência).
O resultado desse circuito é que a carga recebe a energia elétrica necessária ao seu funcionamento e,
portanto, opera de maneira adequada. Um exemplo típico do sistema descrito no diagrama em blocos seria
o controle de velocidade dos motores.
Existem cinco tipos básicos de circuitos eletrônicos de potência, cada um com finalidades específicas:
Reti�cadores
Circuitos utilizados na conversão de corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), como
retificadores de meia onda ou retificadores de onda completa.
Choppers
Circuitos utilizados na amplificação ou atenuação de sinais em corrente contínua (CC).
Inversores
Ci it tili d ã d i i t tí (CC) t lt d
Você sabia? Um circuito conversor é, basicamente, qualquer circuito capaz de converter energia elétrica de
uma forma para outra.
São vastas as aplicações da eletrônica de potência nos processos industriais, sendo utilizada em quase
todos os campos onde a energia elétrica é empregada. A utilização de dispositivos eletrônicos de potência é
cada vez maior, especialmente com as tendências atuais de novos dispositivos e design integrado de
dispositivos semicondutores de potência e controladores. A facilidade de fabricação levou à disponibilidade
desses dispositivos em uma vasta gama de classificações, com tensões e correntes nas mais diferentes
intensidades e também em sistemas de alta tensão e extra alta tensão.
Os dispositivos de eletrônica de potência possuem as mais diversas aplicações. Veja, a seguir, algumas
delas.
É possível encontrar em diversas aplicações de eletrônica de potência, tais como: reguladores de
ventilador, reguladores de luz, aparelhos de ar-condicionado, fogões por indução, luzes de
Circuitos utilizados na conversão de sinais em corrente contínua (CC) para corrente alternada
(CA) com amplitude variável e frequência variável.
Reguladores de tensão
Circuitos capazes de converter corrente alternada fixa em corrente alternada variável com
frequência fixa.
Cicloconversores
Circuitos capazes de converter corrente alternada fixa em corrente alternada com frequência
variável.
Equipamentos residenciais 
emergência, computadores pessoais, aspiradores de pó, UPS (sistemas de energia ininterrupta),
cargas de bateria, entre outros.
Metrôs, veículos elétricos híbridos, carrinhos, empilhadeiras e diversos outros veículos. Os carros
modernos utilizam diversos componentes da eletrônica de potência, tais como: interruptores de
ignição; controle do limpador de para-brisa; iluminação dianteira adaptativa; iluminação interna;
direção elétrica; entre outros. Além disso, a eletrônica de potência é amplamente utilizada em
modernos sistemas de tração e navegação.
Quase todos os motores empregados nas indústrias são controlados por acionamentos eletrônicos
de potência, por exemplo: moinhos de laminação, moinhos têxteis, moinhos de cimento,
compressores, bombas, ventiladores, sopradores, elevadores, fornos rotativos, entre outros. As
aplicações incluem soldagem, forno a arco, guindastes, aplicações de aquecimento sistemas de
energia de emergência, máquinas de construção, escavadeiras etc.
Suprimentos de energia em aeronaves, satélites, ônibus espaciais, controle avançado em mísseis,
veículos não tripulados e outros equipamentos de defesa.
Sistemas de geração alternativa de energia, tais como o solar, o eólico, entre outros, precisam de
sistemas de condicionamento de energia, sistemas de armazenamento e sistemas de conversão
para se tornarem utilizáveis. Por exemplo, as células solares geram energia contínua e, para
aplicações gerais, precisamos de energia alternada e, portanto, os conversores eletrônicos de
potência são utilizados.
Automóveis e tração 
Indústrias 
Defesa e aeroespacial 
Energias renováveis 
Sistemas de transmissão HVDC (corrente contínua em alta tensão ou high-voltage direct current),
sistemas de compensação VAR (SVC), disjuntores estáticos, sistemas de excitação de geradores,
FACTS (sistemas de transmissão AC flexíveis), redes inteligentes etc.
A Eletrônica de Potência tem apresentado um grande crescimento nas últimas décadas, e quase todas as
aplicações residenciais e industriais usam dispositivos eletrônicos de potência em seu funcionamento. Por
esse motivo, conhecer as vantagens e desvantagens desses dispositivos tornou-se tão relevante.
Vantagens dos conversores eletrônicos de potência
Entre as vantagens dos conversores eletrônicos de potência, pode-se destacar:
Produção em massa: devido ao grande desenvolvimento nas técnicas de produção de dispositivos
semicondutores, os dispositivos eletrônicos de potência baseados em semicondutores são produzidos em
grandes quantidades o que, portanto, resulta em preços mais baixos. Esses dispositivos estão disponíveis
em uma variedade de classificações de tensão e corrente diversificadas;
Alta confiabilidade: como esses dispositivos não possuem partes mecânicas móveis, há uma chance
menor de falha e, portanto, têm um desempenho muito robusto e uma longa vida útil, desde que sejam
operados em condições nominais;
Elevada eficiência: na maioria das aplicações nos meios industriais, esses dispositivos atuam como um
interruptor e, em ambos os modos, como interruptor, ou seja, quando ligado e desligado, a perda de
energia nele é muito menor, e as perdas de comutação também são consideradas baixas;
Manutenção desprezível: devido à ausência de peças móveis e mecânicas, os sistemas eletrônicos de
potência quase não requerem atividades de manutenção;
Rapidez: quando comparados com os dispositivos mecânicos ou eletromecânicos convencionais, os
sistemas eletrônicos de potência têm uma resposta dinâmica muito mais rápida;
Dimensões: esses sistemas eletrônicos de potência são muito pequenos em dimensões quando
comparados aos sistemas mecânicos de potência semelhantes e, portanto, pesam menos, ocupam
menos espaço, apresentam menos problemas de manuseio, menor custo de instalação, menor preços de
embalagem e transporte, entre outros.
Sistema de utilidades 
Desvantagens dos conversores eletrônicos de potência
De maneira similar, os sistemas eletrônicos de potência também apresentam algumas desvantagens. Veja
algumas delas a seguir.
Harmônicos: essa é a única desvantagem realmente relevante na aplicação dos sistemas eletrônicos de
potência. Esses dispositivos injetam harmônicos consideráveis em ambos os lados: no lado da carga
conectada e no lado da fonte de energia. Os harmônicos são ruídos em diversasfrequências, injetados
nos sinais fundamentais. Como os conversores alteram a forma de onda senoidal de acordo com a
necessidade, são gerados harmônicos na tensão, na corrente de saída e também na corrente de entrada
do conversor, o que cria muitos problemas em ambos os lados.
No lado da carga, se tivermos motores, os harmônicos causam problemas tais como: excesso de
aquecimento, mais ruído acústico, vibração de torção do eixo do motor, problemas de comutação em
motores DC, entre outros. Os motores VFD especiais são projetados para lidar melhor com os efeitos
desses ruídos. Além disso, existem circuitos de filtro para limitar os harmônicos à carga.
No lado da oferta, os harmônicos também criam muitos problemas. O desempenho de outros
equipamentos conectados à mesma alimentação é seriamente afetado. Nas linhas de alimentação, tais
ruídos também levam à interferência de rádio nas linhas de comunicação e nos equipamentos de áudio e
vídeo.
Além disso, o transformador do lado de entrada também fica superaquecido e sua eficiência é reduzida.
Transformadores conversores especiais são usados quando a saída possui sistemas eletrônicos de
potência consideráveis, como acionamentos de motores em indústrias. Os harmônicos também
aumentam o efeito Joule nos cabos e, portanto, mais aquecimento. Assim, é necessário instalar filtros no
lado de entrada também;
Baixo fator de potência: alguns conversores eletrônicos de potência operam com fator de potência de
entrada muito baixo e, portanto, pode ser necessário instalar equipamentos de compensação de potência
reativa;
Baixa capacidade de sobrecarga: os dispositivos eletrônicos de potência funcionam com tensão e
corrente nominais, desde que seja fornecido um sistema de dissipação de calor adequado. O excesso de
corrente causa pontos quentes nas junções e queima de dispositivos. Altas variações de tensão e de
corrente levam a disparos falsos e, portanto, um dispositivo eletrônico de potência, precisa de arranjos de
proteção obrigatórios, como o circuito snubber, entre outros.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A energia elétrica é fundamental nos dias de hoje, tornando bastante difícil pensar na vida dos seres
humanos sem ela. Contudo, pode-se afirmar que a energia elétrica só se torna efetivamente útil quando:
Parabéns! A alternativa D está correta.
A energia elétrica só se torna útil quando é, efetivamente, transformada em trabalho, podendo ser luz,
calor, som, transporte de dados etc.
Questão 2
Considere uma chave de potência aplicada no acionamento de uma carga industrial. Sendo a corrente
máxima tolerada pela chave igual a 40A e a resistência equivalente da carga igual a 20ohm, a tensão
máxima de operação da carga é igual a:
A apresenta uma elevada tensão.
B possui uma baixa tensão.
C é transformada em som.
D é transformada em trabalho.
E é transformada em luz.
Parabéns! A alternativa A está correta.
A energia elétrica só se torna útil quando é, efetivamente, transformada em trabalho, podendo ser luz,
calor, som, transporte de dados etc. Temos, que:
A 800Vca.
B 480Vca.
C 400Vca.
D 200Vca.
E 240Vca.
V = R × I
V = 20 × 40 = 800V ca
2 - Aplicações da eletrônica de potência nos sistemas
de energia
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer as aplicações da eletrônica de potência
nos sistemas de energia.
Vamos começar!
Você sabe quais são as aplicações da eletrônica de
potência em sistemas de energia?
Veja a seguir os principais pontos que serão abordados sobre o assunto.

Sistemas de energia elétrica
Um sistema de energia elétrica é uma rede de componentes elétricos, utilizados para fornecer, transferir e
utilizar energia elétrica. Um exemplo de sistema de energia é a rede elétrica que fornece energia para as
residências e indústrias dentro de uma zona urbana ou rural.
A rede elétrica pode ser dividida em:
Geradores
Que fornecem energia.
Sistema de transmissão
Que transporta a energia dos centros geradores para os centros de distribuição de carga.
Sistema de distribuição
Que fornece energia para as residências e indústrias próximas.
Sistemas de energia menores também são encontrados em indústrias, hospitais, edifícios comerciais e
residências.
Um diagrama unifilar pode ser utilizado para representar um sistema elétrico, como pode ser visto na
imagem a seguir:
Diagrama unifilar representativo de um sistema elétrico.
A maioria dos sistemas industriais utilizam alimentação baseada em energia alternada (CA) trifásica.
Sistemas de energia especializados, que nem sempre dependem de energia CA ou trifásica, são
encontrados em aeronaves, sistemas ferroviários elétricos, transatlânticos, submarinos e automóveis.
Relembrando
Historicamente falando, em 1881, foi construído o primeiro sistema de energia do mundo em Godalming, na
Inglaterra. Esse sistema era formado por duas rodas d'água e produzia uma corrente alternada que, por sua
vez, alimentava sete lâmpadas de arco a 250 volts e 34 lâmpadas incandescentes a 40 volts.
Contudo, através desse sistema, o fornecimento para as lâmpadas era intermitente e, em 1882, Thomas
Edison e sua empresa, The Edison Electric Light Company, desenvolveram a primeira usina elétrica a vapor
na Pearl Street, na cidade de Nova York. A Pearl Street Station, inicialmente, alimentava cerca de 3.000
lâmpadas para 59 clientes. A usina gerava corrente contínua e operava em uma única tensão.
Entretanto, a energia em corrente contínua não podia ser transformada de maneira fácil ou eficiente para as
tensões mais altas necessárias para minimizar a perda de energia durante a transmissão de longa distância,
de modo que a distância econômica máxima entre os geradores e a carga foi limitada a poucas centenas de
metros (cerca de 800 m).
Ainda nesse mesmo período, em Londres, Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs desenvolveram um
equipamento denominado gerador secundário, que consistia no primeiro transformador adequado para uso
em um sistema de energia real. Uma aplicação prática do transformador de Gaulard e Gibbs foi
demonstrada em 1884, em Turim, onde o transformador foi usado para iluminar quarenta quilômetros de
ferrovia a partir de um único gerador de corrente alternada.
Apesar do sucesso do sistema, a dupla desenvolvedora cometeu alguns erros fundamentais na
apresentação. Entre eles, a conexão dos transformadores em série, permitindo que as lâmpadas ativas
afetassem o brilho de outras lâmpadas conectadas em pontos mais distantes, tendo em vista que as cargas
conectadas em série promovem quedas de potencial entre si, como pode ser visto na imagem a seguir:
Diagrama unifilar representativo de um sistema elétrico.
Observando essa imagem é possível notar que a tensão na fonte é distribuída pelas cargas:
Rotacione a tela. 
Isso faz com que a tensão fornecida pela fonte para cada carga seja limitada pela quantidade de cargas no
circuito. Sendo assim, na demonstração de Gaulard e Gibbs, a tensão em cada lâmpada era limitada. Além
disso, cargas mais afastadas apresentam tensões ainda mais baixas.
Em 1885, Ottó Titusz Bláthy, trabalhando com Károly Zipernowsky e Miksa Déri,
aperfeiçoou o gerador secundário de Gaulard e Gibbs, fornecendo-lhe um núcleo de
ferro fechado e dando-lhe o seu nome atual de transformador.
VFonte  = Vcarga  + Vcarga  + Vcarga  + Vcarga 
Os três engenheiros apresentaram um sistema paralelo de distribuição de energia alternada, proposto por
um cientista britânico, no qual vários transformadores de energia têm seus enrolamentos primários
alimentados em paralelo a partir de uma distribuição de alta tensão de linha. O sistema acendeu mais de
1.000 lâmpadas de filamento de carbono e operou com sucesso.
Em 1886, William Stanley, reconheceu, independentemente, o problema de conectar transformadores em
série em oposição a paralelo, e também, percebeu que tornar o núcleo de ferro de um transformador um
circuito totalmente fechado melhoraria a regulação de tensão do enrolamentosecundário. Usando esse
conhecimento, ele construiu um sistema de energia de corrente alternada, baseado em transformador
multivoltagem, ou seja, um sistema capaz de atender a várias residências (cargas diferentes).
No entanto, o sistema não era confiável (devido, principalmente, a problemas de geração) além de ser de
curta duração. Mas, com base nesse sistema, a empresa Westinghouse começou a instalar sistemas de
transformadores CA em concorrência com a empresa Edison (corrente contínua) no final daquele ano. Em
1888, Westinghouse licenciou as patentes de Nikola Tesla para um motor de indução AC polifásico e
projetos de transformadores.
Comentário
Tesla foi consultor por um ano na Westinghouse Electric & Manufacturing Company, mas levou mais quatro
anos para os engenheiros da Westinghouse desenvolverem um motor polifásico viável e um sistema de
transmissão.
Conceitos fundamentais
A energia elétrica pode ser definida como o produto de duas grandezas – corrente e tensão – que podem
variar com o tempo (alternadas) ou podem ser mantidas em níveis constantes (contínuas).
A maioria dos equipamentos industriais e/ou domésticos, tais como refrigeradores, condicionadores de ar,
bombas e máquinas industriais, usam energia alternada, enquanto a maioria dos computadores e
equipamentos digitais usam energia contínua (dispositivos digitais conectados à rede elétrica,
normalmente, têm um adaptador de energia interno ou externo para converter a tensão alternada em tensão
contínua). A energia CA tem a vantagem de ser fácil de transformar entre as tensões e pode ser gerada e
utilizada por máquinas sem escovas. A energia CC continua sendo a única opção prática em sistemas
digitais e pode ser mais econômica para transmitir em longas distâncias em tensões muito altas (high
voltage direct current – HVDC).
A capacidade que a energia CA tem de ser transformada facilmente é importante por dois fatores principais:
Longas distâncias
A energia pode ser transmitida por longas distâncias com menos perda em tensões mais altas, pois as
correntes são mais baixas. Assim, em sistemas de energia em que a geração está distante da carga, é
desejável aumentar a tensão no ponto de geração e depois diminuir a tensão próxima à carga.
Economia
Além disso, muitas vezes, é mais econômico instalar turbinas que produzem voltagens mais altas do que as
que seriam usadas pela maioria dos aparelhos; então, a capacidade de transformar facilmente as voltagens
significa que essa incompatibilidade entre as voltagens produzida e consumida pode ser gerenciada
também com facilidade.
Dispositivos de estado sólido, que passaram por uma grande evolução com o desenvolvimento dos
semicondutores, tornaram possível transformar a energia CC em diferentes voltagens por meio dos
inversores (buck, boost e buck-boost). Essa tecnologia possibilitou construir máquinas CC sem escovas e
converter energia CA em CC. No entanto, os dispositivos que utilizam tecnologia de estado sólido,
geralmente, são mais caros do que seus equivalentes tradicionais, portanto, a energia CA continua sendo
uma opção mais barata e amplamente utilizada.
Sistemas de energia
Todos os sistemas de energia têm uma ou mais fontes de energia. Em alguns sistemas, a fonte de energia é
externa, mas, para outros, ela é parte do próprio sistema. A energia em corrente contínua pode ser fornecida
por baterias, células de combustível ou células fotovoltaicas. A energia em corrente alternada é,
normalmente, fornecida por um rotor que gira em um campo magnético em um dispositivo conhecido como
turbogerador. Uma ampla gama de técnicas pode ser utilizada para girar o rotor de uma turbina, desde o
aquecimento a vapor usando combustível fóssil (incluindo carvão, gás e petróleo) ou energia nuclear até
queda de água (energia hidrelétrica) e vento (energia eólica).
A velocidade na qual o rotor gira em combinação com o número de polos do
gerador determina a frequência da corrente alternada produzida pelo gerador.
Todos os geradores em um único sistema síncrono, por exemplo, a rede nacional, giram em submúltiplos de
mesma velocidade e, portanto, geram corrente elétrica na mesma frequência. Se a carga no sistema
aumentar, os geradores exigirão mais torque para girar nessa mesma velocidade e, em uma usina a vapor,
mais vapor deverá ser fornecido às turbinas que os acionam.
Cabe destacar que o vapor utilizado e o combustível gasto relacionam-se diretamente com a quantidade de
energia elétrica fornecida; sendo assim; um aumento na demanda por energia promove um aumento na
quantidade de vapor fornecida e, consequentemente, no custo de produção de energia.
Atenção!
Existe uma exceção para geradores que incorporam eletrônica de potência, a exemplo das turbinas eólicas
sem engrenagens ou conectadas a uma rede por meio de um vínculo assíncrono, como um link HVDC, que
podem operar em frequências independentes da frequência do sistema de energia.
Dependendo de como os polos são alimentados, os geradores de corrente alternada podem produzir um
número variável de fases de energia. Um número maior de fases não só leva a uma operação mais eficiente
do sistema de energia como também aumenta os seus requisitos de infraestrutura. Os sistemas de rede
elétrica conectam vários geradores operando na mesma frequência: o mais comum é o trifásico em 50 ou
60 Hz.
Há uma série de considerações para os projetos a serem desenvolvidos para as fontes de alimentação, veja
a seguir:
Quanta energia o gerador deve ser capaz de fornecer?
Qual é o período aceitável para iniciar o gerador (já que alguns geradores podem levar horas para iniciar)?
A disponibilidade da fonte de energia é aceitável (tendo em vista que algumas energias renováveis só
estão disponíveis quando o sol está brilhando ou o vento está soprando)?
Como o gerador deverá iniciar (visto que algumas turbinas agem como um motor para se acelerarem, caso
em que precisam de um circuito de partida apropriado)?
Qual é a velocidade mecânica de operação da turbina e, consequentemente, qual o número de polos
necessários?
Que tipo de gerador (síncrono ou assíncrono) e que tipo de rotor (rotor gaiola de esquilo, rotor bobinado,
rotor de polo saliente ou rotor cilíndrico) são adequados?
Os sistemas fornecem energia para cargas que variam de eletrodomésticos a máquinas industriais. A
maioria das cargas opera com uma certa tensão e, para dispositivos de corrente alternada, com uma certa
frequência e um número de fases. Os aparelhos encontrados em ambientes residenciais, por exemplo,
normalmente, serão monofásicos, operando em 50 ou 60 Hz com tensão entre 110 e 220 volts.
Existe uma exceção para sistemas de ar-condicionado centralizados maiores e equipamentos industriais de
porte mais pesado, que, normalmente, são trifásicos, porque isso lhes permite operar com mais eficiência.
Todos os aparelhos elétricos também têm uma classificação de potência, que especifica a quantidade de
energia que o dispositivo consome. É importante destacar que a quantidade líquida de energia consumida
pelas cargas em um sistema de energia deve ser igual à quantidade líquida de energia produzida pelas
fontes menos a energia perdida na transmissão.
Potência
Garantir que a tensão, frequência e quantidade de energia fornecida às cargas estejam de acordo com as
expectativas é o grande desafio dos sistemas elétricos, entretanto, não é o único. Além da energia usada
por uma carga para fazer um trabalho útil (denominado energia real), muitos dispositivos de corrente
alternada também usam uma quantidade adicional de energia, porque fazem com que a tensão e a corrente
alternadas fiquem, ligeiramente, fora de sincronismo (denominada potência reativa). A potência reativa,
como a potência real, deve se equilibrar (ou seja, a potência reativa produzida em um sistema deve ser igual
à potência reativa consumida) e pode ser fornecida pelos geradores, porém, muitas vezes, é mais
econômico fornecer essa potência a partir de capacitores.
A utilizaçãode capacitores para reduzirem, ou até anularem, o efeito da energia
reativa sobre a rede elétrica é denominada correção de fator de potência.
A potência fornecida a um equipamento pode ser dividida em:
Potência aparente
Potência total fornecida pela fonte de energia, medida em volt-ampère – VA.
Potência ativa
Potência efetivamente consumida pela carga e transformada em trabalho, medida em watts – W.
Potência reativa
Potência que é devolvida pela carga à rede elétrica, medida em volt-ampère reativo – VAr.
Sendo assim, o triângulo de potências pode ser desenhado, através da soma vetorial das potências:
Rotacione a tela. 
O triângulo de potência pode ser desenhado como na imagem a seguir:
Triângulo de potências de um sistema elétrico.
O ângulo define a relação entre a potência fornecida pela rede elétrica (potência aparente) e a potência
efetivamente transformada em trabalho (potência ativa).
A relação entre a potência fornecida pelo sistema elétrico e a potência efetivamente consumida pela carga é
definida pela relação:
Rotacione a tela. 
Assim, esse fator definido por  é denominado fator de potência e pode ser dado em percentual (%).
Outro fator que deve ser considerado em relação aos sistemas elétricos faz referência à qualidade da
energia. Entre esses problemas pode-se destacar:
os efeitos promovidos pelas sobretensões e subtensões (problemas de regulação de tensão);
 potência aparente  =  potência ativa  +  potência reativa 
−→−→−→
θ
 potência ativa  =  potência aparente  ⋅ cos θ
os desvios ocorridos na frequência do sistema (problemas de regulação de frequência).
Esses problemas são relevantes tendo em vista que as cargas do sistema de energia podem ser
adversamente afetadas por eles. Entre os reflexos nas cargas, incluem-se afundamentos de tensão, quedas
e aumentos, sobretensões transitórias, cintilação, ruído de alta frequência, desequilíbrio de fase e fator de
potência ruim.
Problemas com a qualidade da energia podem ocorrer quando o fornecimento da
energia para uma carga se desvia do ideal e são especialmente importantes
quando se trata de máquinas industriais especializadas ou equipamentos
hospitalares.
A maioria das cargas em um sistema de alimentação CA é indutiva. Essa característica faz com que a
corrente esteja atrasada em relação à tensão. Como a tensão e a corrente estão fora de fase, isso leva ao
surgimento de uma forma "imaginária" de energia, conhecida como potência reativa, que não realiza
trabalho mensurável, mas é transmitida entre a fonte de potência reativa e a carga a cada ciclo de
alimentação da fonte.
Essa energia reativa pode ser fornecida pelos próprios geradores, mas, geralmente, é mais barato fornecê-la
por meio de capacitores. Portanto, os capacitores são, frequentemente, colocados perto de cargas indutivas
(ou seja, se não estiverem no local na subestação mais próxima) para reduzir a demanda de corrente no
sistema de energia (ou seja, aumentar o fator de potência).
Comentário
O fator de potência mínimo exigido pelas concessionárias de energia é de 0,92, ou seja, uma potência
reativa máxima de 8%. Assim, uma carga que apresente um FP menor que 0,92 necessita de correção para
continuar em operação na rede elétrica sem risco de multa por parte da concessionária de fornecimento de
energia.
Componentes de um sistema de energia
Os sistemas de energia necessitam de diversos componentes que vão dos distribuidores de energia,
responsáveis por alimentarem as cargas, até os dispositivos eletroeletrônicos propriamente. Cada elemento
possui suas especificidades e precisa ser projetado de acordo com as necessidades de carga do processo
industrial, respeitando-se os limites operacionais dos dispositivos e da rede elétrica disponível.
Condutores
Os condutores são os meios que transportam a energia dos geradores para a carga. Em uma rede, os
condutores podem ser classificados como pertencentes ao sistema de transmissão e são responsáveis por
transportar grandes quantidades de energia em altas tensões (tipicamente mais de 69 kV) dos centros
geradores aos centros de carga, ou ao sistema de distribuição, que alimenta quantidades menores de
energia. Os condutores também são responsáveis pelo transporte da energia em tensões mais baixas
(normalmente menos de 69 kV) dos centros de carga para residências e indústrias próximas.
A escolha dos condutores é baseada em considerações tais como custo, perdas de
transmissão e outras características desejáveis do metal, como resistência à
condução elétrica.
O cobre, com resistividade menor que o alumínio, já foi, durante vários anos, e continua sendo em muitos
sistemas, o condutor de escolha para a maioria dos sistemas de energia. No entanto, o alumínio tem um
custo menor para a mesma capacidade de transporte de corrente e, nos dias atuais, é o condutor
frequentemente escolhido para alguns sistemas elétricos. Os condutores de linha aérea podem ser
reforçados com aço ou ligas de alumínio, para melhorar a condutividade elétrica e melhorar a resistência
mecânica do cabeamento.
Condutores em sistemas de energia externos podem ser colocados no alto ou no subsolo. Os aéreos,
geralmente, são isolados a ar e apoiados em isoladores de porcelana, vidro ou polímero. Os cabos usados
para transmissão subterrânea ou fiação de edifícios são isolados com polietileno reticulado ou outro
isolamento flexível. Condutores são, muitas vezes, instalados em calhas para torná-los mais flexíveis e,
portanto, mais fáceis de serem instalados. Observe os exemplos na imagem a seguir:
Fios de cobre e de alumínio utilizados na condução de energia elétrica.
Os condutores são, normalmente, classificados para a corrente máxima que podem transportar,
considerando um determinado aumento de temperatura em relação às condições ambientais. À medida que
o fluxo de corrente aumenta através de um condutor, ele aquece: para os isolados, a classificação é
determinada pelo isolamento; para os nus (sem revestimentos para isolamento), a classificação é
determinada pelo ponto em que a curvatura dos condutores se tornaria inaceitável. Um exemplo de um
condutor nu pode ser visto na imagem a seguir.
Fios de alumínio sem revestimento (cabo nu) utilizados na condução de energia elétrica.
Dispositivos eletrônicos e a eletrônica de potência
Os reatores consomem energia reativa e são usados para regular a tensão em longas linhas de transmissão.
Em condições de carga leve, em que a carga nas linhas de transmissão está bem abaixo da carga de
impedância de surto, a eficiência do sistema de energia pode realmente ser melhorada pela comutação nos
reatores.
Reatores instalados em série em um sistema de energia também limitam os picos
de fluxo de corrente. Por esse motivo, pequenos reatores são quase sempre
instalados em série com capacitores para limitar o pico de corrente associado à
comutação (chaveamento) em um capacitor. Os reatores em série também podem
ser usados para limitar as correntes de pico.
Capacitores e reatores são chaveados por disjuntores, o que resulta em mudanças consideravelmente
grandes de potência reativa. Uma solução para isso vem na forma de condensadores síncronos,
compensadores VAr estáticos e compensadores síncronos estáticos. O funcionamento desses
componentes pode ser descrito, de forma resumida, como segue:
São motores síncronos que giram livremente para gerar ou absorver potência reativa.
Funcionam ligando os capacitores com o uso de tiristores, em oposição aos disjuntores, permitindo
que os capacitores sejam ligados e desligados em um único ciclo. Isso fornece uma resposta muito
mais refinada do que os capacitores comutados por disjuntor.
Permitem alcançar ajustes de potência reativa com o uso apenas da eletrônica de potência.
A eletrônica de potência envolve dispositivos baseados em semicondutores que são capazes de alternar
quantidades de energia que variam de algumas centenas de watts a várias centenas de megawatts. Apesar
de sua função relativamente simples, sua velocidadede operação (tipicamente na ordem de
nanossegundos) significa que eles são capazes de uma ampla gama de tarefas que seriam difíceis ou
impossíveis com a tecnologia convencional.
Uma das funções clássicas da eletrônica de potência são a retificação, ou a conversão de energia CA para
CC, e a inversão, ou conversão de energia CC para CA. Assim, a eletrônica de potência é encontrada em
quase todos os dispositivos digitais alimentados por uma fonte CA, seja através de um adaptador (como as
fontes de alimentação) ou como um componente interno ao dispositivo, como pode ser visto na imagem a
seguir:
Condensadores síncronos 
Compensadores estáticos Var 
Compensadores síncronos estáticos 
Fonte de alimentação de um circuito.
A eletrônica de potência também pode ser usada para converter energia CA em energia CC para
transmissões de longa distância em um sistema conhecido como HVDC.
VDC
O HVDC é utilizado por ser mais econômico do que os sistemas semelhantes de CA de alta tensão para
distâncias muito longas (centenas a milhares de quilômetros). HVDC também é desejável para interconexões,
porque permite independência de frequência, melhorando assim a estabilidade do sistema. A eletrônica de
potência também é essencial para qualquer fonte de energia necessária para produzir uma saída CA, mas que,
por sua natureza, produz uma saída CC. Por essa razão, são utilizados em instalações fotovoltaicas.
Curiosidade
Você sabia? Os painéis fotovoltaicos são fundamentais para a produção de energia elétrica a partir de
energia solar. Contudo, cabe ressaltar que esses painéis produzem corrente contínua (CC) e não corrente
alternada, sendo necessária a utilização de inversores para alimentação dos equipamentos industriais e
eletrodomésticos que necessitam de energia alternada para seu funcionamento.
A eletrônica de potência apresenta uma ampla gama de aplicações em veículos elétricos e híbridos
modernos, onde é usada tanto para o controle do motor quanto como parte do motor CC sem escovas.
Além disso, ela também é encontrada em diversos veículos movidos a gasolina, porque a energia fornecida
pelas baterias do carro é insuficiente para sustentar a ignição, o ar-condicionado, a iluminação interna, o
sistema de som e os displays de painel durante a vida útil do carro. Portanto, as baterias precisam ser
recarregadas durante a condução, o que, normalmente, é realizada usando a eletrônica de potência.
Enquanto a tecnologia convencional é considerada inadequada para um carro
elétrico moderno, os comutadores têm sido utilizados em carros movidos a
gasolina. Essa mudança para alternadores em combinação com a eletrônica de
potência permitiu garantir uma maior durabilidade das máquinas sem escovas.
Alguns sistemas elétricos ferroviários também usam energia CC e, por esse motivo, fazem uso da eletrônica
de potência para fornecer energia da rede às locomotivas e, por vezes, para controlar a velocidade do motor
das locomotivas. As locomotivas retificadoras fazem uso da eletrônica de potência para converter energia
CA da rede ferroviária para uso por motores CC. Hoje, a maioria das locomotivas elétricas são alimentadas
com energia CA e funcionam com motores CA, contudo ainda usam eletrônica de potência para fornecer
controle adequado aos motores.
Além do uso para auxiliar no controle dos motores, nos circuitos de partida e nos processos de retificação, a
eletrônica de potência aparece em uma ampla gama de máquinas industriais e, inclusive, em modernos
condicionadores de ar residenciais que estão no centro das turbinas eólicas de velocidade variável.
Os sistemas de energia contêm dispositivos de proteção para evitar ferimentos ou danos durante falhas. O
dispositivo de proteção mais comum é o fusível. Quando a corrente através de um fusível excede o limite
para o qual ele é especificado, o seu elemento protetor derrete, interrompendo o circuito. Dado que os
fusíveis podem ser construídos como o ponto fraco de um sistema, eles são ideais para proteger os
circuitos contra danos, no entanto, têm dois problemas:
1. Depois de acionados (“queimados”), os fusíveis devem ser substituídos, pois não podem ser
reinicializados (reconstituídos). Isso pode ser inconveniente se o fusível estiver em um local remoto ou se
um fusível sobressalente não estiver disponível;
2. Os fusíveis são, normalmente, inadequados como o único dispositivo de segurança na maioria dos
sistemas de energia, pois permitem fluxos de corrente bem acima do que seria letal para um ser humano
ou animal.
O primeiro problema pode ser resolvido pelo uso de disjuntores – dispositivos que podem ser reiniciados
depois de interromperem o fluxo de corrente. Em sistemas modernos que usam menos de cerca de 10 kW,
normalmente, são usados disjuntores em miniatura. Esses dispositivos combinam o mecanismo que inicia
o disparo (ao detectar o excesso de corrente), bem como o mecanismo que interrompe o fluxo de corrente
em uma única unidade.
Alguns disjuntores em miniatura operam apenas com base no eletromagnetismo. Neles, a corrente passa
por um solenoide cuja tração magnética, no caso de excesso de fluxo de corrente, é suficiente para forçar a
abertura dos contatos do disjuntor (muitas vezes indiretamente por meio de um mecanismo de disparo). Um
projeto alternativo consiste na inserção de uma tira bimetálica antes do solenoide – isso significa que, em
vez de sempre produzir uma força magnética, o solenoide só produz uma força magnética quando a
corrente é forte o suficiente para deformar a tira bimetálica e completar o circuito.
Em aplicações de alta potência, os relés de proteção que detectam falhas e iniciam um desarme são
separados do disjuntor. Os relés eletromecânicos funcionam com base em princípios eletromagnéticos, já
os relés modernos são dispositivos que determinam se devem desarmar com base nas leituras do sistema
de energia. Diferentes relés serão acionados dependendo dos esquemas de proteção.
Exemplo
Um relé de sobrecorrente pode iniciar um desarme se a corrente em qualquer fase exceder um determinado
limite, enquanto um conjunto de relés diferenciais pode iniciar um desarme se a soma das correntes entre
eles indicar que pode haver fuga de corrente para a terra.
Os disjuntores em aplicações de alta potência também são diferentes. Normalmente, o ar não é mais
suficiente para extinguir o arco que se forma quando os contatos são forçados a abrir, de modo que várias
técnicas podem ser utilizadas. Uma das técnicas mais utilizadas é a manutenção da câmara que envolve os
contatos inundada com hexafluoreto de enxofre (SF6) – um gás não tóxico com propriedades de extinção
de arco. No entanto, outras técnicas também são utilizadas.
O segundo problema consiste em resolver a inadequação dos fusíveis para atuar como o único dispositivo
de segurança nos sistemas de energia, o que pode ser resolvido pelo uso de dispositivos de corrente
residual (RCDs). Em qualquer aparelho elétrico funcionando corretamente, a corrente que entra no aparelho
na linha ativa (fase) deve ser igual à corrente que sai do aparelho na linha neutra (neutro). Um dispositivo de
corrente residual funciona monitorando as linhas ativa e neutra e desligando a linha ativa se qualquer
diferença for percebida. Os dispositivos de corrente residual requerem uma linha neutra separada para cada
fase e para poder desarmar dentro de um intervalo curto de tempo antes que ocorram danos.
Isso normalmente não é um problema na maioria das aplicações residenciais cujas tensões são
relativamente baixas, no entanto, esses problemas limitam a eficácia dos RCDs em outras aplicações, como
na indústria. Mesmo com a instalação de um RCD, a exposição à eletricidade ainda pode ser fatal.
Partida de motores de indução
Os motores de indução podem ser descritos como motores CA trifásicos, com partida automática e
velocidade constante. A razão para descrever os motores de indução como de velocidade constante é
porque, normalmente, eles têm uma velocidade constante,dependendo da frequência da alimentação e do
número de enrolamentos.
Antigamente, não era possível controlar a velocidade dos motores de indução de acordo com a
necessidade. Por isso, seu uso era limitado e, apesar de apresentarem muitas outras vantagens em relação
aos motores CC, não podiam ser utilizados devido a essa desvantagem.
Com o advento de novos tipos de drivers, devido à disponibilidade de tiristores ou
SCRs, transistores de potência, IGBTs e GTOs, os acionamentos de motores de
indução de velocidade variável foram desenvolvidos.
Embora o custo desses drivers seja maior do que o dos drivers DC de baixa potência, ainda assim, o uso de
motores de indução aumentou consideravelmente e vêm substituindo os motores DC devido às suas
vantagens e diversas aplicações em circuitos de partida, frenagem e controle de velocidade de motores de
indução.
Os motores de indução têm partida automática, ou seja, quando a alimentação é fornecida ao motor, ele
começa a girar sem qualquer ajuda externa. Quando um motor de indução é iniciado, pois não há resistência
inicialmente (ou seja, durante a partida), há uma tendência de grande fluxo de corrente através do circuito do
rotor, o que pode danificar o circuito permanentemente.
Comentário
Para superar esse problema, vários métodos foram introduzidos para limitar a corrente de partida. Alguns
dos métodos são: partida por estrela delta, partida por autotransformadores, partida por reator, partida por
reator saturável, partida por enrolamento parcial e partida por resistência do rotor.
Partida por estrela delta
Os acionamentos dos motores de indução são, normalmente, projetados para funcionar em conexão delta,
mas, durante a partida, a alimentação é dada pela conexão estrela, porque então a tensão e a corrente de
partida são reduzidas em vezes a corrente da conexão delta. Cabe destacar que o torque é
proporcional à tensão nos terminais do motor. Quando o motor atinge uma velocidade de regime
permanente, a conexão muda de estrela para conexão delta novamente, como pode ser visto na imagem a
seguir.
1/√3
Exemplo de circuito de partida de motor de indução.
No circuito da imagem, os disjuntores e devem estar fechados para que o motor comece a
funcionar na configuração estrela. Quando a rotação de regime é atingida, o disjuntor é aberto, e o
disjuntor é fechado, colocando o motor de indução na configuração delta.
Partida por autotransformadores
Outro método de partida dos motores de indução é a partida com autotransformador. Como o torque é
proporcional ao quadrado da tensão, com o uso dos transformadores automáticos, a tensão e a corrente de
partida são reduzidas para superar o problema de superaquecimento devido ao fluxo de corrente muito alto.
Durante a partida, a relação do transformador é ajustada de forma que a corrente de partida não exceda o
limite seguro. Uma vez que o motor de indução começa a funcionar e atinge um valor de estado estável, o
autotransformador é desconectado, e o motor é conectado à alimentação da rede. Um exemplo do
diagrama do circuito alternativo para partida de um motor de indução é dado na imagem a seguir:
CBm CBs
CBs
CBr
Exemplo de partida por autotransformador – início da operação.
Como ilustra a imagem, no início da operação, os disjuntores e estão fechados, enquanto o
disjuntor está aberto.
Quando o motor acelera até sua velocidade máxima, o disjuntor é aberto e o disjuntor é
fechado. Nesse instante, o disjuntor é aberto, desconectando o autotransformador da rede de
alimentação, como pode ser visto na imagem a seguir:
Exemplo de partida por autotransformador – operação em regime.
Partida por reator
A corrente de partida é reduzida conectando-se o reator saturável trifásico em série com o motor. Quando o
motor atinge seu estado estacionário, o reator é removido do circuito. O circuito de partida do reator é
mostrado na imagem a seguir:
CBs1 CBs2
CBm
CBs2 CBm
CBs1
Exemplo de partida por reator saturável.
Os disjuntores são fechados, e são abertos para dar partida na máquina. Quando o motor atinge
sua velocidade máxima, os disjuntores são fechados para remover o reator na extremidade neutra do
enrolamento do estator. Assim, a corrente de partida do motor é reduzida ao seu valor mínimo.
Curiosidade
Um reator saturável é um tipo especial de indutor, fabricado de maneira a permitir que o núcleo magnético
seja saturado por uma corrente elétrica diretamente aplicada em um enrolamento de controle.
Partida por reator saturável
Consiste em outro método de partida que possibilita uma partida suave (softstart) que também utiliza
drivers com reatores saturáveis. O reator saturável é introduzido em série com o estator e permite a partida
suave do motor.
O reator saturável possui um enrolamento de controle DC que controla o torque do
motor continuamente. A reatância saturável pode ser variada continuamente
alterando a corrente do enrolamento de controle.
Assim, durante a partida, uma alta reatância é introduzida no circuito para que o torque de partida seja
próximo a zero. Depois, a reatância é reduzida suavemente durante a partida, e a corrente de partida
aumenta, fazendo com que o torque também varie continuamente. Desta forma, o motor parte sem
solavancos, e a aceleração é suave, sendo também chamada de partida suave (softstart).
Esse tipo de partida também é definido como partida não balanceada para partida suave; é outro tipo de
método de partida em que a impedância é introduzida apenas em uma das fases de alimentação. Durante a
CBm CBs
CBs
partida, a impedância é mantida muito alta para que o motor funcione como monofásico. Quando a
velocidade atinge um valor de regime permanente, a impedância é removida completamente. Esse método
de partida também é sem solavancos, e a operação é muito suave.
Partida por enrolamento parcial
O método de partida do enrolamento parcial é especial para motores de indução de gaiola. Nesse método,
dois ou mais enrolamentos de partida são conectados em paralelo. Quando o motor dá partida, qualquer um
dos enrolamentos é conectado à rede (mas apenas 1 deles) e, como resultado, a impedância da partida é
aumentada, enquanto a corrente de partida é reduzida. Por esse motivo, essa topologia é denominada de
partida por enrolamento parcial e pode ser vista na imagem a seguir:
Exemplo de partida por enrolamento parcial.
A máquina inicia com o enrolamento 1 quando os disjuntores são fechados e, após atingir a
velocidade máxima, os disjuntores são fechados para conectar o segundo enrolamento. Assim,
quando a velocidade constante é adquirida pelo motor, ambos os enrolamentos estão conectados.
CBm
CBs
Partida por resistência externa ao rotor
Nesse método, resistências de partida conectadas ao rotor são utilizadas. Além disso, os resistores
externos são usados no circuito do rotor para limitar a corrente de partida. O valor máximo de resistência é
escolhido para limitar a corrente na velocidade zero dentro do valor seguro, como pode ser visto na imagem
a seguir:
Exemplo de partida por resistência externa ao rotor.
À medida que a velocidade aumenta, as resistências externas são removidas uma a uma pelos contatos
 e e, portanto, a corrente do rotor é limitada entre o valor máximo do circuito e o mínimo
especificado.
(C1, C2 C3)
Como o aumento da temperatura é menor do que em outros métodos de partida de alta aceleração, partidas
frequentes e paradas com cargas pesadas podem ser feitas com esse tipo de método de partida.
Frenagem de motores de indução
Quando se trata de controlar uma máquina elétrica por acionamentos elétricos, a etapa da frenagem é de
grande importância, pois ajuda a diminuir a velocidade do motor de acordo com a vontade ou a necessidade
do processo. A frenagem de motores de indução pode ser classificada em três tipos principais: frenagem
regenerativa, frenagem por tensão reversa e frenagem dinâmica.
Frenagem regenerativa
Na frenagem regenerativa de motores de indução, sempreque a velocidade do rotor excede a velocidade
síncrona, ocorre a frenagem de regeneração. Isso porque, sempre que o rotor gira a uma velocidade superior
à velocidade síncrona, ocorre um campo reverso que se opõe à rotação normal do motor e, portanto, a
frenagem acontece.
A principal desvantagem desse tipo de frenagem, é que a velocidade do motor deve
exceder a velocidade síncrona, o que pode não ser possível todas as vezes.
Para adquirir a frenagem regenerativa em uma velocidade menor que a velocidade síncrona, pode ser usada
uma fonte de frequência variável.
Frenagem por tensão reversa
Na frenagem por tensão reversa, a conexão de motores de indução é feita trocando-se quaisquer dois
terminais de alimentação. Quando os terminais são invertidos, a operação da máquina muda de rotação, ou
seja, devido à reversão dos terminais, o torque também muda de direção e ocorre a frenagem.
Frenagem dinâmica
A frenagem dinâmica pode ser subdividida em: frenagem dinâmica CA, frenagem autoexcitada usando
capacitores e frenagem dinâmica CC. Vamos a elas:
Frenagem dinâmica CA
Na frenagem dinâmica de motores de indução, qualquer uma das fases de alimentação é desconectada da
alimentação e, em seguida, é mantida aberta ou conectada à outra fase. O primeiro tipo é conhecido como
conexão de dois condutores, e o segundo é conhecido como conexão de três condutores. Para entender
claramente esse método de frenagem, podemos assumir que o sistema é um sistema monofásico. Agora, o
motor pode ser considerado alimentado por tensões de sequência positiva e negativa. É por isso que,
quando a resistência do rotor é alta, o torque líquido é negativo, e a frenagem pode ser adquirida. As
ligações da frenagem dinâmica podem ser vistas na imagem a seguir:
Exemplo de ligações da frenagem dinâmica: (a) ligação do motor; (b) conexão de dois condutores e (c) conexão de três condutores.
Frenagem autoexcitada usando capacitores
Algumas vezes, capacitores são mantidos permanentemente conectados através dos terminais de
alimentação do motor. Essa ligação é chamada de frenagem autoexcitada usando capacitores de motores
de indução. Esse tipo de frenagem funciona, principalmente, pela propriedade dos capacitores de armazenar
energia. Sempre que o motor é desconectado da alimentação, passa a funcionar como gerador de indução
autoexcitado, cuja energia vem dos capacitores conectados nos terminais. As ligações do motor com
frenagem autoexcitada podem ser vistas na imagem a seguir:
Exemplo de ligações da Frenagem autoexcitada.
Os valores do capacitor são escolhidos de forma que sejam suficientes para fazer o motor funcionar como
gerador de indução após ser desconectado da alimentação. Quando o motor funciona como gerador de
indução, o torque produzido se opõe à rotação normal do motor e, portanto, ocorre a frenagem.
Frenagem dinâmica CC
Outro tipo de frenagem dinâmica é a frenagem dinâmica CC. Nesse método, o estator do motor de indução
é conectado à alimentação CC. As consequências de conectar uma alimentação CC ao estator são as
seguintes: a corrente CC produz um campo magnético estacionário no rotor. Como resultado, há uma
tensão induzida no enrolamento do rotor e, portanto, a máquina funciona como um gerador que se opõe ao
movimento do motor, produzindo uma frenagem.
Exemplo de ligações da frenagem dinâmica CC.
Controle de velocidade de motores de indução
A partida e a frenagem dos motores de indução já foram discutidas, mas há algo que também precisa ser
analisado: o controle de velocidade de motores de indução, que, durante o tempo de execução, pode ser
feito em seis métodos, como descritos a seguir.
Mudança de polo
A velocidade do motor de indução é inversamente proporcional ao seu número de polos. Portanto, é
possível aumentar ou diminuir a velocidade do motor de indução se o número de polos for diminuído ou
aumentado, respectivamente.
Os motores em que está presente a possibilidade de alterar o número de polos são
chamados de motores de mudança de polo ou motores multivelocidades.
Controle de tensão do estator
Outro método de controle da velocidade de acionamentos de motores de indução é o controle de tensão do
estator. A tensão do estator é diretamente responsável pela velocidade de rotação do rotor, o torque é
proporcional à tensão ao quadrado e a corrente é proporcional à tensão. Assim, se a tensão do estator for
reduzida, a velocidade diminui e, da mesma forma, se a tensão do estator for aumentada, a velocidade
também aumenta.
Controle de frequência de alimentação
A velocidade de um motor de indução é proporcional ao produto da frequência de alimentação e do fluxo de
entreferro. Mas como há uma chance de saturação magnética ao diminuir a frequência de alimentação, não
apenas a frequência, mas a razão (ou seja, a relação entre tensão de alimentação e frequência) deve
ser controlada, e essa relação precisa ser mantida constante. Se for necessário alterar a velocidade, a razão
 é alterada de acordo com essa necessidade. Um exemplo do diagrama de controle pode ser visto na
imagem a seguir:
Controle de frequência de alimentação.
Controle de corrente parasita
O método de controle de velocidade de corrente parasita é feito colocando uma embreagem de corrente
parasita entre um motor de indução, que está funcionando em uma velocidade fixa, e a carga de velocidade
variável. A embreagem de correntes parasitas consiste na conexão do motor de indução em que tanto o
estator quanto o rotor podem girar. Nesse caso, o rotor é acoplado ao motor de indução principal. Quando
as correntes parasitas são produzidas no tambor do rotor, sua interação com o campo do estator promove
um torque que faz girar o motor principal. Ao controlar a corrente CC através do enrolamento do estator, a
velocidade do motor pode ser controlada.
Controle de resistência do rotor
Dependendo da resistência do rotor, a sua velocidade diminui ou aumenta, ou seja, a variação das
características de torque de velocidade depende da mudança na resistência do rotor. Esse método de
controle de velocidade apresenta vantagem em relação aos outros métodos devido ao baixo custo.
v/f
v/f
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Em uma rede elétrica, alguns componentes são utilizados para transportar a energia dos centros
geradores para os centros de distribuição de carga. Eles fazem parte do sistema:
Parabéns! A alternativa A está correta.
Os sistemas de transmissão são responsáveis por transferir a energia produzida pelos geradores para
os centros de distribuição de carga, de maneira a disponibilizá-las para o sistema de distribuição.
Questão 2
Um sistema de energia que apresenta uma potência aparente igual a 2800VA e um fator de potência
igual a 0,95, apresenta uma potência ativa igual a:
A de transmissão.
B de geração.
C de distribuição.
D de consumo.
E elétrico.
A 2800W.
B 2660W.
Parabéns! A alternativa B está correta.
Temos, que:
fator de potência 
potência ativa = potência aparente 
potência ativa 
potência ativa 
Considerações �nais
Apresentamos tanto as aplicações dos dispositivos de potência em sistemas residenciais e industriais
diversificados, quanto as características desses dispositivos e as similaridades com os dispositivos de
chaveamento convencionais. Além disso, discutimos sobre os efeitos do aquecimento e a importância da
dissipação do calor produzido pelo efeito Joule; sobre a distorção harmônica nas tensões de alimentação e
no fornecimento de energia para as cargas e fontes de alimentação, assim como sobre o conceito de fator
de potência e as relações entre as potências ativa e reativa do sistema.
Por fim, foram apresentadas e discutidas as aplicações da eletrônica de potência nos sistemas de energia,
tomando como referência a ação da partida, da frenagem e do controle de motores de indução. No ensejo,
também tivemos oportunidade de conhecer os componentes de um sistema de energia, os processos de
C 1400W.
D2940W.
E 2500W.
(FP) =  potência ativa  potência aparente 
×FP
= 2800 × 0, 95
= 2660W
partida dos motores de indução, a frenagem e o controle, além das diversas topologias e as suas
respectivas especificidades.
Podcast
Para encerrar, ouça um resumo dos conceitos básicos abordados neste estudo.

Explore +
Para compreender mais sobre as aplicações de sistemas de energia na indústria, leia o artigo científico de
MELO, G. A. et al, Sistema de tração elétrica flexível baseado em veículos trólebus para alimentação com
redes CC e ou CA, publicado na Revista Controle & Automação, v. 23 n. 5, set./out.
Referências
ALVES, Raimundo Nazareno Cunha. Análise e implementação de técnicas de modulação em largura de
pulso para uso em inversores trifásicos. 221f. (Tese) Doutorado em Engenharia Elétrica, curso de pós-
graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências e Tecnologia e Informática, Universidade Federal da
Paraíba. Campina Grande (PB), 1998.
BRAGA, Newton C. Semicondutores de potência. São Paulo: Editora Newton C. Braga, 2014.
DA SILVEIRA, Sérgio Amadeu. A noção de modulação e os sistemas algorítmicos. PAULUS: Revista de
Comunicação da FAPCOM, v. 3, n. 6, 2019.
FRANCHI, Claiton Moro. Inversores de frequência: teoria e aplicações. São Paulo: Saraiva Educação SA,
2009.
GERMANOS, Ricardo Alberto Coppola et al. Inversores de potência: conceitos teóricos e demonstração
experimental. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 42, 2020.
HART, Daniel W. Eletrônica de potência: análise e projetos de circuitos. São Paulo: McGraw Hill Brasil, 2016.
RASHID, M. H. Eletrônica de potência: dispositivos, circuitos e aplicações. 4 ed. São Paulo: Pearson
Education do Brasil, 2014.
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