2 - Introdução a Eletrônica de Potência

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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA CEE/CT026
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
PROFª DRª: FABÍOLA MARIA ALEXANDRE LINARD
INTRODUÇÃO A ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ TÓPICOS PROFESSORA FABÍOLA
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Conversão de Energia e Eletrônica de Potência: 
• Conversão de energia; 
• Conversores estáticos; 
• Eletrônica de potência; 
• Aplicações da eletrônica de potência.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CONVERSÃO DE ENERGIA: FINALIDADE PROFESSORA FABÍOLA
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A principal finalidade da Eletrônica de Potência é a conversão de energia na 
forma elétrica.
• Aplicações diferentes conforme a forma; 
• Dificuldades de armazenamento; 
• Dificuldades de transmissão; 
• Alteração/adaptação de amplitudes, formas e quantidades; 
• Reaproveitamento de energia (Energia cinética ao frear carro elétrico). 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CONVERSORES ESTÁTICOS: DEFINIÇÃO PROFESSORA FABÍOLA
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Controle de Energia Elétrica: os semicondutores são chamados de interruptores e
são, dentro do conversor estático, os elementos atuadores, que permitirão o controle
de grandezas elétricas (tensão, corrente ou potência) ou não elétricas (velocidade de
máquinas girantes, temperatura, intensidades de iluminamento, etc.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: DEFINIÇÃO PROFESSORA FABÍOLA
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“É uma tecnologia que trata da aplicação de dispositivos eletrônicos e componentes associadas 
para conversão eficiente, controle e condicionamento da energia elétrica através de interruptores 
estáticos de uma fonte disponível na entrada.”
“Controle da Energia Elétrica, meio usado para se obter controle de grandezas não elétricas como: 
velocidade de máquinas girantes, controles de temperatura de fornos, processo eletromecânicos, 
intensidades de iluminamento, etc.”
Área antiga da engenharia elétrica Inicialmente destinada a aplicações 
industriais
Evoluiu para ser utilizada em 
ambientes residenciais e comerciais.
Atualmente encontra-se em 
praticamente todos os equipamentos 
eletrônicos.
Conversão de energia.
Atividade fim da eletrônica de 
potência.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: DEFINIÇÃO PROFESSORA FABÍOLA
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“Entende-se que Eletrônica de Potência é uma área da Engenharia Elétrica que tem a finalidade 
de estudar e construir conversores de potência visando o controle de energia elétrica.”
Isso engloba os circuitos que compõem os conversores estáticos:
- Circuitos de processamento;
- Circuitos de proteção;
- Circuitos de comunicação e etc.
Princípio: Os circuitos em eletrônica de potência são denominados não-lineares, pois utilizam os 
semicondutores como chaves, ligadas ou desligadas
Objetivo maior: A busca por maior eficiência.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ ELETRÔNICA DE POTÊNCIA: DEFINIÇÃO PROFESSORA FABÍOLA
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“Entende-se que Eletrônica de Potência é uma área da Engenharia Elétrica que tem a finalidade 
de estudar e construir conversores de potência visando o controle de energia elétrica.”
Dispositivos 
Semicondutores de 
potência.Circuitos Elétricos.
Máquinas Elétricas.
Teoria de controle. Sistemas de Potência
Eletrônica Digital e 
Analógica.Qualidade de energia.
Eletrônica de 
Potência.
Simulação e Computação Eletromagnetismo.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CONVERSORES ESTÁTICOS: DEFINIÇÃO PROFESSORA FABÍOLA
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Conversor rotativo: aquele converte energia usando mecanismos móveis (gerador-motorgerador);
Conversor estático: dispositivo eletrônico que converte energia sem usar componentes móveis (giratórios),
que utilizam elementos passivos e dispositivos semicondutores, interconectados para a realização da
conversão da energia elétrica. Utiliza principalmente indutores, capacitores e semicondutores controlados e
não-controlados (diodos, tiristores, MOSFETs e IGBTs).
Fonte: Petry, 2020
• Circuitos projetados para processamento da energia;
• Convertem energia elétrica da forma como é fornecida por uma fonte, na forma requerida por
uma carga;
• Alto rendimento (>98% em grandes conversores);
• Usam semicondutores como chaves;
• Estrutura formada basicamente por chaves, capacitores e indutores
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CONVERSORES LINEARES X CHAVEADOS PROFESSORA FABÍOLA
• As fontes lineares convertem a tensão alternada da rede em tensões contínuas, 
normalmente de baixa amplitude, sem o uso de componentes chaveados (comutados). 
• São mais robustas, simples e fáceis de projetar, podem ser mais baratas ou não, são
muito volumosas e pesadas.
• Fontes chaveadas exercem a mesma função, mas utilizando componentes comutados
(chaveados).
• Não são tão robustas, mais difíceis de projetar e consertar, podem ser mais baratas
ou não, são pequenas e leves.
Fonte: Petry, 2020
Vantagens: 
Espaço físico
Resposta rápida
Baixa manutenção
Desvantagens: 
Harmônicos
Interferências
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ HISTÓRICO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
• Retificadores a válvulas – início do século passado;
• Estrutura Retificadoras – Anos 30;
• Tiristor – Grande evolução:
• Laboratório Bell, 1956;
• Comercializado pela GE, 1958;
• Anos 70 – diodos, Transistores de potência e GTO (Gate Turn-Off Thyristor);
• Anos 80 – MOSFET e IGBT;
• Anos 90 – Encapsulamento de Potência
• Anos 2000 – SiC (Carbeto de Silício)/GaN(Nitreto de Gálio).
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ APLICAÇÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
✔ Fontes estabilizadas; 
✔ Controle de motores de corrente contínua e alternada; 
✔ Estação de recarga de baterias; 
✔ Alimentação de emergência (UPS); 
✔ Conversores para soldagem; 
✔ Sistema de Propulsão de Trens Elétricos;
✔ Fonte de Alimentação para Navios em Portos; 
✔ Controle de trânsito; 
✔ Utilização Aeroespacial;
✔ Reatores eletrônicos; 
✔ Equipamentos médicos; 
✔ Filtros Ativos para Mitigação de Harmônicas de Corrente;
✔ Sistemas Elétricos de Potência;
✔ Sistemas de Geração Distribuída (SGDs);
✔ Processamento de energias alternativas; 
✔ Veículos Elétricos;
✔ Entre outras.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ APLICAÇÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
Configurações de plantas eólicas: (a) onshore, (b) offshore.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ APLICAÇÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
Diagrama de blocos de dois sistemas de alta potência, usando; (a) um gerador de indução duplamente 
alimentado (DFIG); e (b) um gerador síncrono. 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ APLICAÇÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
Arquiteturas de uma estação de recarga clássica.. 
Fonte: Adaptado de Reis (2020)
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ APLICAÇÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
Arquitetura promissora com sistemas distribuídos de conversão de energia.
Fonte: Adaptado de Reis (2020)
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ DIVISÃO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA PROFESSORA FABÍOLA
Retificadores
Inversores
Conversores 
CC-CC
Conversores 
CA-CA
E1
E2
(v1,f1)
(v2,f2)
❑ Conversores CA-CC: Denominados de retificadores convertem a tensão alternada da rede de 
energia elétrica em uma tensão contínua;
❑ Conversores CC-CC: Denominados de choppers convertem tensão contínua em tensão 
contínua.
❑ Conversores CC-CA: Denominados de inversores convertem tensão contínua em alternada, 
muito usados em acionamento;
❑ Conversores CA-CA: Denominados de gradadores ou ciclo-conversores convertem a tensão 
alternada da rede de energia elétrica em tensão alternada estabilizada, por exemplo;
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLA
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• Idealmente possuem apenas dois estados: Apresentam completo bloqueio ou oferecem
irrestrita condução à passagem de corrente.
• Podem ser:
✔ Não controladas: diodos. São os mais comuns. Entram em condução ou em 
bloqueio de acordo com o funcionamento natural do circuito. Não há nenhum 
sistema de controle externo sobre isso;
✔ Semicontroladas: Tiristores (SCR’s, GTO’s, etc) – entrada em condução
controlada, ou seja necessita de um sinal de gatilho que o “autoriza”a conduzir, e o
bloqueio é espontâneo dependendo do circuito, assim como o diodo;
✔ Chaves totalmente controladas: entrada em condução e bloqueio controlados.
• BJT – 1 kV, 300 A, 20 kHz, 200 kVA – Há muito tempo não são tão utilizados 
como elemento chaveador, pelo menos para níveis mais elevados de potência;
• MOSFET – 1 kV até 2 kV, 100 A, 50 kHz;
• IGBT – 1,7 kV e 2 kA, 20kHz; 6,5 kV, 600A,para um fluido no entorno;
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✔ Condução: ocorre quando o calor é
transferido através de uma
material sólido,
✔ Radiação: Radiação eletromagnética causada pela temperatura (usualmente
desprezível em relação aos demais métodos)
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLA
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REVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
TO-247
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLA
✔ A transferência de calor pode ser representada por um circuito elétrico equivalente;
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✔ A temperatura da junção dependerá da potência dissipada e das
resistências térmicas associadas ao dispositivo,
✔ Um cálculo adequando do trocador de calor permitirá ao
projetista determinar a máxima potência que poderá ser
dissipada pelo dispositivo, e, ainda conservar a temperatura
máxima na junção a baixo de valor escolhido.
REVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLA
✔ Projetar o dissipador para o diodo semicondutor do exercício anterior.
Determinar o Rha do dissipador;
Escolher um fabricante e selecionar o dissipador.
https://www.hsdissipador.com.br
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REVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
https://www.hsdissipador.com.br/
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
HART, D. W.; Eletrônica de Potência - Análise e Projetos de Circuitos. [S.l.]: McGraw-
Hill, 2012.
AHMED, A. Eletrônica de Potência; Pearson Prentice Hall, 2000.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
Protótipo de 5 kW montado em laboratório do inversor 5N-NPC-MSSC.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
Protótipo de 5 kW para o inversor 5N-NPC-MSSC.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
Vista geral da placa de potência.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
Vista geral da placa de controle.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
Vista geral do capacitor e do indutor de filtragem.Vista geral dos drivers.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ PROFESSORA FABÍOLAREVISÃO: DISSIPAÇÃO DE CALOR
AHMED, A
OBRIGADA
fabiola.linard@ufpi.edu.br
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