UNIDADE 2 Aplicações História 2014

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Eletrônica de Potência
UNIDADE 2
Introdução à Eletrônica de Potência
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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 
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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
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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
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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
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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
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Aplicações – (Potência x frequência)
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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;
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Cronologia
A Primeira Revolução – 1948 Invenção do transistor de silício (BJT)
Em 1956 Invenção do tiristor disparável PNPN – SCR ( Silicon Controled Rectifier)
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Cronologia
A Segunda Revolução - 1958 Desenvolvimento comercial do tiristor.
Seguiu-se o desenvolvimento de tiristores para trabalhar em elevadas potências 
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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;
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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
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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;
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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;
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Diodos de Potência 
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Diodos de Potência 
Características
Tipo ROSCA ou rosqueável 
Tipo DISCO
Blocos (Pares e Pontes monofásicas e trifásicas)
 
Encapsulamento
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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
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Tiristores
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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
 
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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
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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
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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 
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Transistores 
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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
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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;
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Transistores 
Características
O Transistor de indução estática SITs - São fornecidos em até 1200 V, 300 A
 - Podem operar em até 100 kHz 
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Resumo das Principais Características dos Semicondutores Atuais 
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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;
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 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;
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“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.
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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