Aula 01 - Introdução da Eletrônica de Potência

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Cachoeira do Sul, RS
Universidade Federal de Santa Maria
Campus Cachoeira do Sul
Engenharia Elétrica
Eletrônica de Potência
FUNDAMENTOS DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA (CSEE4058)
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I (CSEE4126)
Profa. Thieli S. Gabbi
2Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
SUMÁRIO
▪ Contato
▪ Ementa (Conteúdo Programático) e Objetivos
▪ Avaliação
▪ Introdução à Eletrônica de Potência
 
3Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Contato
▪ Profa. Thieli Smidt Gabbi
- E-mail: thieli.gabbi@ufsm.br
- Prédio D1 Sala 31B
- Material de Apoio: Moodle
 
mailto:thieli.gabbi@ufsm.br
4Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Ementa e Objetivos
▪ Definições básicas
▪ Conversores estáticos 
▪ Aplicações 
Objetivo:
Conhecer, compreender e aplicar os componentes e circuitos 
fundamentais para a conversão de energia. 
5Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Avaliação
𝑴𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 = 𝟎, 𝟑 ∙ 𝑷𝟏 + 𝟎, 𝟑 ∙ 𝑷𝟐 + 𝟎, 𝟑𝟓 ∙ 𝑷𝑭 + 𝟎, 𝟎𝟓 ∙ 𝑹
▪ 𝑷𝟏
▪ Conversores CA-CC
▪ Data: 23/04/2024
▪ 𝑷𝟐
▪ Conversores CC-CC
▪ Data: 21/05/2024
▪ 𝑷𝑭
▪ Projeto Final: Protótipo + Artigo
▪ Prazo final: 04/07/2024 
▪ 𝑹 → relatórios e exercícios.
6Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Introdução à Eletrônica de Potência
O que é Eletrônica de Potência??
A eletrônica de potência é o estuda a conversão estática de energia elétrica, 
através de circuitos eletroeletrônicos que convertem uma forma de energia 
elétrica em outra forma de energia elétrica, utilizando-se de elementos 
passivos e dispositivos semicondutores, controlando ou modificando, o 
valor da tensão ou corrente de um circuito. 
Conversor 
de Potência
Gerador de sinal de controle de chaveamento
Fonte Carga
Potência de 
Entrada
𝑣𝑖
𝑖𝑖
Potência de 
Saída 𝑣𝑜
𝑖𝑜
Realimentação
Medição do sinal
7Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Introdução à Eletrônica de Potência
Quais as áreas da Eng. Elétrica que a Eletrônica de Potência engloba?
Teoria de 
controle
Eletrônica 
de Potência
Processamento 
de sinais
Eletrônica 
Analógica e 
Digital
Teoria de 
Circuitos 
Elétricos
Simulação e 
computação
Máquinas 
Elétricas
Sistemas 
Elétricos de 
Potência
Dispositivos 
Semicondutores 
de Potência
Termodinâmica/ 
Eletroquímica/ 
Mecânica
8Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Introdução à Eletrônica de Potência
Por que utilizar conversores de potência?? 
 
• Chave fechada/conduzindo: 
• Chave aberta/bloqueada: 
• Para qualquer situação:
A perda de potência em uma 
chave ideal é nula!
 
𝑣𝑠 𝑡 = 0
𝑖𝑠 𝑡 = 0
𝑝𝑠 𝑡 = 𝑣𝑠 𝑡 𝑖𝑠 𝑡 = 0
▪ Transferência de potência elétrica de uma fonte para carga; 
9Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Introdução à Eletrônica de Potência
Por que utilizar conversores de potência?? 
 
Problema:
Eu desejo reduzir uma tensão contínua de 100 V para 50 V, conforme necessidade 
de uma carga formada por uma resistor de 5 Ω. Como eu posso fazer essa 
redução de tensão? 
 
10Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Solução 01: Conversor CC-CC linear utilizando um divisor resistivo
 
𝑃𝑖 = 𝑣𝑖𝑖𝑜 = 100 ∙ 10 = 1000 W
 𝑃𝑜 = 𝑣𝑜𝑖𝑜 = 50 ∙ 10 = 500 W
 𝑃𝑅𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = 𝑣𝑅𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑖𝑜 = 50 ∙ 10 = 500 W
 
𝜂 =
𝑃𝑜
𝑃𝑖
=
500
1000
= 0,5 ou 50%
 
Introdução à Eletrônica de Potência
11Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Solução 02: Conversor CC-CC linear empregando um transistor operando como regulador série, 
operando na região linear;
Introdução à Eletrônica de Potência
12Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Solução 03: Conversor CC-CC chaveado, empregando um transistor operando como chave ideal, 
operando na região de corte e saturação. 
Introdução à Eletrônica de Potência
𝑉𝑖
𝑉𝑖
𝑣𝑜 𝑡
𝑉𝑜 = 𝐷𝑉𝑖
𝑣𝑜 𝑡 𝑣𝑜 𝑡
𝑖𝑜
𝑉𝑜 =
1
𝑇𝑠
න
0
𝑇𝑠
𝑣𝑜 𝑡 𝑑𝑡 = 𝐷𝑉𝑖
13Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos: sistema constituído por elementos passivos (R, L e C) e 
elementos ativos (dispositivos semicondutores), tais como diodos, tiristores e 
transistores associados; 
Introdução à Eletrônica de Potência
Por que utilizar conversores de potência?? 
▪ Redução do peso, volume e custo;
▪ Redução das perdas e aumento da densidade de potência
▪ Operação em altas frequências;
▪ Aumento do rendimento. 
14Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Classificação quanto a forma de conversão 
▪ Conversor CA-CC: Retificador
▪ Conversor CC-CC: Choppers ou Fonte chaveada CC
▪ Conversor CC-CA: Inversor
▪ Conversor CA-CA: Gradador/cicloconversor
E
1
E
2
v
1
,f
1
v
2
,f
2
Retificador
Inversor
Conversor
indireto CC
Conversor
indireto CA
Conversor
direto CC
Conversor
direto CA
15Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Conversores CA-CC: Retificadores
▪ Retificadores não controlados (CA-CC)
▪ Converte a tensão monofásica ou trifásica em uma tensão CC fixa;
▪ Implementados com diodos;
▪ Aplicação: Fontes CC para circuitos eletrônicos;
▪ Retificadores semicontrolados e controlados (CA-CC)
▪ Converte a tensão monofásica ou trifásica em uma tensão CC 
variável;
▪ Associação de diodos e tiristores (semi) e tiristores (controlado);
▪ Aplicação: controle de velocidade do motor CC a partir de fonte 
CA, controle de velocidade de ferramentas portáteis;
E
1
v
1
,f
1Retificador
16Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Conversores CC-CC: Choppers ou Fonte chaveada CC
▪ Converte uma tensão CC fixa em uma tensão CC variável;
▪ Abaixador ou elevador de tensão;
▪ Isolados e não-isolados;
▪ Controle de velocidade de motor CC a partir de fonte CC, 
fonte de alimentação chaveada, E
1
E
2
v
1
,f
1
v
2
,f
2
Retificador
Inversor
Conversor
indireto CC
Conversor
indireto CA
Conversor
direto CC
Conversor
direto CA
17Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Conversores CC-CA: Inversor
▪ Converte uma tensão CC fixa em uma tensão monofásica ou 
trifásica CA, fixa ou variável, e com frequência fixa ou 
variável;
▪ Controle de velocidade de motor CA, UPS;
E
2
v
2
,f
2
Inversor
18Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Conversores CA-CA: Gradadores
▪ Converte uma tensão fixa CA em uma tensão CA variável de mesma 
frequência;
▪ Partida suave de motores de indução (soft-starter), chave de 
regulagem de iluminação e temperatura. 
Conversores CA-CA: Cicloconversor
▪ Converte uma tensão e frequência CA em uma tensão e frequência 
CA variável. Pode ser obtida de forma indireta, primeiramente por 
retificação CA para CC e depois retornada para CA na frequência 
desejada;
▪ Controle de velocidade de motores CA, fonte de frequência 
constante para aeronaves. 
v
1
,f
1
v
2
,f
2
Conversor
direto CA
E
1
E
2
v
1
,f
1
v
2
,f
2
Retificador
Inversor
Conversor
indireto CC
Conversor
indireto CA
Conversor
direto CC
Conversor
direto CA
19Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Conversores estáticos
Classificação quanto ao fluxo de energia
▪ Unidirecional em corrente e tensão (1 quadrante)
▪ Bidirecional em corrente e unidirecional em tensão (2 quadrantes)
▪ Bidirecional em tensão e unidirecional em corrente (2 quadrantes)
▪ Bidirecional em corrente e tensão (4 quadrantes)
i
k
v
k
1o quad.2o quad.
4o quad.3o quad.
20Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
DOIS QUADRANTES
Reversibilidade em 
corrente
• Tração e frenagem
• Mesmo sentido de 
rotação;
Reversibilidade em 
tensão e corrente
• Tração e frenagem
• Ambos sentidos de 
rotação
QUATRO QUADRANTES
DOIS QUADRANTES
Reversibilidade em tensão
• Tração e frenagem
• Polaridade da fcem deve 
ser invertida na frenagem
Exemplo: Conversor CC-CC para Acionamento de Motor CC
21Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Aplicações
▪ Fontes de alimentação estabilizadas;
▪ Acionamentode máquinas elétricas;
▪ Controle de motores de corrente contínua;
▪ Controle de motores de corrente alternada;
▪ UPS (Uninterruptible Power Supply – Fonte de alimentação ininterrupta);
▪ Sistemas fotovoltaicos;
▪ Sistemas eólicos;
▪ Carregadores de bateria;
▪ Veículos elétricos e híbridos;
22Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
▪ Acionamento de máquinas elétricas;
▪ Controle de motores de corrente contínua;
▪ Controle de motores de corrente alternada;
▪ Acionamento suave
23Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Aplicações
▪ Nobreak (UPS)
▪ Sistema para fornecimento de energia de forma ininterrupta e “limpa” (livre de ondulações)
24Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Aplicações
▪ Sistemas fotovoltaicos;
25Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
▪ Sistemas eólicos;
26Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
▪ Veículos elétricos e híbridos;
27Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
28Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Vantagens dos conversores estáticos
✓ Alto rendimento devido as baixas perdas geradas pelos semicondutores;
✓ Alta confiabilidade de sistemas utilizando conversores de potência;
✓ Longa vida útil e menor manutenção devido a ausência de peças móveis;
✓ Multifuncionalidade e flexibilidade de operação;
✓ Resposta dinâmica mais rápida quando comparada a sistemas eletromecânicos;
✓ Tamanho e peso reduzido gerando menor custo e facilidade de instalação;
✓ A aplicação final pode ser controlada para uma ampla faixa de operação;
✓ Maior vida útil para a carga e maior eficiência energética (exemplo softstarter e softstop).
29Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Desvantagens dos conversores estáticos
× Tem a tendência de gerar harmônicos na fonte de alimentação e na carga;
× Conversores CA-CC e CA-CA normalmente operam com baixo fator de potência;
× Em geral possuem baixa capacidade de sobrecarga;
× A regeneração da potência dissipada nos semicondutores é difícil;
× Normalmente é necessário o uso de filtro de potência entre o conversor e a carga;
× Normalmente é necessário adicionar filtro de linha entre a fone e o conversor;
× Em algumas situações o layout dos circuitos deve ser otimizado para reduzir a emissão 
eletromagnética;
× Pode ser necessária a blindagem para atenuar a emissão e a susceptibilidade a EMI.
30Eletrônica de Potência Profa. Thieli Smidt Gabbi
Bibliografia
[1] Daniel W. Hart, Eletrônica de Potência, 2010
[2] Ivo Barbi, Eletrônica de Potência, 6ª Edição, 2006
[3] Muhammad H. Rashid, Eletrônica de Potência – Dispositivos, Circuitos e Aplicações, 2015
 
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