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* Eletrônica de Potência UNIDADE 2 Introdução à Eletrônica de Potência * Unidade 2 Introdução à Eletrônica de Potência 2.1 Aplicações 2.2 Evolução e tendência do desenvolvimento dos componentes semicondutores de potência 2.3 Revisão - Valor médio, eficaz e I2t 2.4 Revisão - Harmônicos * 2.1 Aplicações Gerais Conversores de Potência CA/CA - Controladores CA, Cicloconversores e conversores e conversores matriciais; CA/CC - Retificadores passivos não controlados e controlados; CC/CA - Inversores; CC/CC - Choppers * Aplicações Práticas Leves Fontes Chaveadas Carregamento de Capacitores Reatores Eletrônicos e lâmpadas compactas No Break Fontes de Alimentação Ajustáveis em CC; Conversores utilizados em Sistemas Fotovoltaicos(pequeno e grande porte) Outras * Aplicações Práticas Industriais Conversão em Sistemas de Energia Eólica Acionamentos CA e CC de Máquinas Elétricas; Conservação de Energia Controladores Industriais; Processos de Laminação, Aquecimento, tratamento superficial, Iluminação etc Processos Químicos em geral Sistemas de Tração de Veículos – Trens Metrôs e Carros Industriais e Urbanos Elétricos ou Híbridos Outras * Aplicações Práticas em Sistemas Elétricos de Potência Sistemas de Transmissão em Corrente Contínua em Alta Tensão - HVDC (Higth Voltage Direct-Current) e HVDC light Filtros Ativos de Potência; Qualidade de Energia Controle do fluxo de Energia em Sistemas Elétricos de Potência (FACTs - Flexible AC Transmission Systems ) Outras * Aplicações – (Potência x frequência) * 2.2 Desenvolvimento dos Componentes Cronologia Introdução do retificador a arco de mercúrio, em 1900; Retificador tanque metálico; Retificador em tubo a vácuo de grade controlada; As válvulas Ignitron e Tiratron; * Cronologia A Primeira Revolução – 1948 Invenção do transistor de silício (BJT) Em 1956 Invenção do tiristor disparável PNPN – SCR ( Silicon Controled Rectifier) * Cronologia A Segunda Revolução - 1958 Desenvolvimento comercial do tiristor. Seguiu-se o desenvolvimento de tiristores para trabalhar em elevadas potências * Cronologia Terceira Revolução - Final dos anos 80 grande evolução dos SCRs e GTOs - Início dos 90, grande desenvolvimento dos transistores de potência Atualmente - Novos componentes e Módulos Inteligentes; * Componentes Semicondutores de Potência em uso Atualmente Diodos de Potência Normais, Rápidos e Ultra-rápidos Tiristores SCR, TRIAC, GTO Transistores de Potência BJT, MOSFET e IGBT * Características Controle de Disparo Disparo e desligamento não-controlado diodos; Disparo controlado e desligamento não-controlado SCR; Disparo e desligamento controlado BJT, MOSFET, GTO, IGBT; Necessidade de sinal contínuo de porta BJT, MOSFET e IGBT; * Características Sentido de Tensão e Corrente Capacidade de suportar tensão bipolar SCR, GTO; Capacidade de suportar tensão unipolar BJT, MOSFET, IGBT; Capacidade de corrente bidirecional TRIAC; Capacidade de corrente unidirecional SCR, GTO, BJT, MOSFET, IGBT, Diodo; * * * Diodos de Potência * Diodos de Potência Características Tipo ROSCA ou rosqueável Tipo DISCO Blocos (Pares e Pontes monofásicas e trifásicas) Encapsulamento * Diodos de Potência Características Genéricos - até 3000 V, 3500 A e tempo de recuperação reversa trr de 10 ms Alta velocidade - até 3000 V, 1000 A e trr de 0,1 e 5,0 ms Velocidade * Tiristores * * Tiristores Características Os SCRs de comutação pela rede - Operam > 12.000 V e 6.500 A e frequências industriais (1 kHz) Os TRIACs, utilizados para cargas CA de baixa potência * Tiristores Características Os LASCR, controlados por luz Fornecidos em até 6000 V e 1500 A Velocidade de chavea-mento de 200 a 400 s, são apropriados para sistemas de alta potência HVDC * Tiristores Características Os GTOs e os SITHs (indução estática) ligados e desligados por pulso - GTOs, até 4000V e 3000 A e frequência pouco acima de 1 kHz - SITHs, até 1200V e1300 A e frequência de centenas de kHz * Tiristores Características Os MCTs ligados por um pequeno pulso de tensão na porta MOS - Fornecidos em até 1000 V e 100 A. Os IGCT Componentes de última geração. - Acionados por tensão. - Superam os GTOs em limites de frequência * Transistores * Transistores Características Os BJTs, Operam como interruptores na configuração emissor comum - Utilizados até 1200 V, 400 A e 10 kHz Os MOSFETs, - Potências relativamente baixas, 1000 V e 50 A e dezenas de kHz * Transistores Características Os IGBTs, controlados por tensão - Mais rápidos que os BJTs mais lentos que os MOSFETs. - Fornecidos em até 1200 V e 400 A - Podem operar em frequências de até 20 kHz; * Transistores Características O Transistor de indução estática SITs - São fornecidos em até 1200 V, 300 A - Podem operar em até 100 kHz * Resumo das Principais Características dos Semicondutores Atuais * Módulos ou Encapsulamento de Potência Oferecidos com 2, 4 ou mais dispositivos; Os módulos oferecem as vantagens de Perdas mais baixas, chaveamento de altas tensões e correntes, e velocidades maiores Alguns módulos ainda incluem proteção contra transientes e circuito de excitação da porta ou gatilho; * Módulos Inteligentes Smart Power São o estado da arte em eletrônica de potência, integrando o módulo de potência, drivers, supervisão e proteção; Os usuários necessitam apenas conectar as fontes de alimentação e os sinais de controle; * “Efeitos Colaterais” da Utilização dos Conversores a Semicondutores Produção de correntes e tensões harmônicas no sistema de alimentação e carga. Interferências eletromagnéticas – em sistemas de comunicação, instrumentação, computação, sinalização etc. * Fonte de Informações Periódicos Existem vários periódicos disponíveis na Biblioteca da UNIFEI e base de dados CAPES; IEEE Transactions on Industrial Electronics; IEEE Transactions on Industry Applications; IEEE Transactions on Power Electronics; Manuais e data-sheets de fabricantes Dezenas de Livros em línguas estrangeiras e alguns poucos em português
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