Aula 01 Eletrônica de Potência

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA – IFBA 
CAMPUS DE VITÓRIA DA CONQUISTA 
DEPEN – Departamento De Ensino 
COEEL – Coordenação De Engenharia Elétrica 
Eletrônica de Potência 
Conceitos Básicos 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – AULA 01 
Professor: M. Sc. Leonardo Souza Caires 
 Eletrônica de Potência 
1. Conceito: Ciência que trata da aplicação de dispositivos semicondutores de 
potência, como tiristores e transistores, na conversão e no controle de energia 
elétrica em níveis altos de potência; 
 
 Junção entre: Eletrônica, Controle e Potência; 
 O controle trata de características dinâmicas e em regime dos sistemas em 
malha fechada; 
 A potência cuida dos equipamentos rotativos e estáticos para geração, 
transmissão e distribuição; 
 A eletrônica trata dos circuitos de estado sólido para o processamento de 
sinais; 
 
 
 
 
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2. Evolução dos Interruptores: 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Busca por interruptores mais eficientes, compactos e rápidos; 
 Interruptores eletrônicos em estado sólido: 
 Tiristores (anos 60 – General Electric-GE/USA) 
 Revolução no processamento de energia: 
 Nasce a Eletrônica de Potência como ciência aplicada dedicada ao estudo 
dos conversores estáticos de energia elétrica 
 Interruptor ideal (chave): 
i. Tempo de Comutação nulos (Comutação e Bloqueio instantâneos); 
ii. Resistência Nula em Condução; 
iii. Resistência Infinita quando bloqueado; 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Transferência Elétrica de uma fonte para a carga: 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Exemplo de um conversor CC-CC simples: 
• Parâmetros do Projeto: 
 Tensão de Entrada: 100 V; 
 Carga de Saída (Load): 50 V, 10 A e 500 W; 
 Como pode ser realizado? 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Opção 1: Divisor Resistivo; 
 Potência Dissipada no Reostato: 500 W; 
 Potência Fornecida pela Fonte: 
 Eficiência: 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Opção 2: Transistor operando como regulador série; 
 Potência Dissipada no Transistor: 500 W; 
 Potência Fornecida pela Fonte: 
 Eficiência: 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Opção 3: Utilizando uma chave SPDT (Single Pole, Double Throw); 
 Chave fechada: Máxima transferência de Potência; 
 Chave Aberta: Potência entregue a Carga nula; 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Conversores Estáticos: 
 Sistema constituído por elementos passivos (R, L e C) e elementos ativos 
(interruptores), tais como diodos, tiristores e transistores associados 
segundo lei pré-estabelecida; 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Principais Funções dos Conversores estáticos: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Tipos de circuitos de eletrônica de potência: 
 Retificadores Não-controlados (CA-CC): Converte tensão CA mono ou trifásica 
em tensão CC – DIODO; 
• EX: Fonte CC para circuitos eletrônicos, etc; 
 Retificadores Controlados (CA-CC): Converte tensão CA mono ou trifásica em 
tensão CC variável – SCR’s (Tiristores); 
• EX: Controle de velocidade de motor CC a partir de fonte CA, contole de velocidade para 
ferramentas portáteis, etc; 
 Choppers (CC-CC): Converte tensão CC fixa em tensão CC variável; 
• EX: Controle de velocidade de motor CC a partir de fonte CC, fonte de alimentação 
chaveada, etc; 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Inversores (CC-CA): Converte uma tensão CC fixa em uma tensão monofásica ou 
trifásica CA, fixa ou variável, e com frequências fixas ou variáveis; 
• EX: Controle de velocidade de motores AC trifásicos, etc; 
 Conversores Cíclicos (CA-CA): Converte uma tensão e frequência CA fixa em um 
tensão e frequência CA variável. Pode ser obtida de forma indireta, 
primeiramente por retificação CA para CC e depois retornando pra CA na 
frequência desejada; 
• EX: Controle de velocidade de motores AC, fonte de freq. cte para aeronaves, etc; 
 Chaves Estáticas (CA ou CC): O dispositivo de potência – SCR e TRIAC – pode ser 
operado como chave CA ou CC; 
• EX: Substituição de chaves mecânicas e eletromagnéticas tradicionais; 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Exemplo: Nobreak (UPS) 
 Sistema de fornecimento de energia de forma ininterrupta; 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Subáreas da Eletrônica de Potência: 
 
 Eletrônica de Potência Básica: Comutação natural, tensões ≤ 2 kV, correntes ≤ 
1kA e frequências ≤ 1 kHz; 
 Elevadas correntes: Aplicações com correntes > 1 kA; 
 Elevadas tensões: Aplicações com tensões > 2 kV; 
 Elevadas frequências: Aplicações > 1 kHz; 
 Elevadas Potências: Aplicações com tensões > 2 kV e correntes > 1 kA; 
 Comutação forçada: Inversores de tensão autônomos à SCR; 
 Técnicas Especiais de Controle e Filtragem: Controle das harmônicas de tensão 
ou corrente introduzidas pelos conversores; 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência 
 Dispositivos em Eletrônica de Potência e limitações: 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Medidas Elétricas: 
1) Valor Médio (Nível CC): 
 Dada a função periódica f(t) = f (t+T), onde T é o período em que a função se 
repete, o valor médio é dada por: 
 
 
 
 Para um semiciclo de tensão: 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Valor médio: 
 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Medidas Elétricas: 
2) Valor eficaz (rms - root mean square – Valor médio quadrático): Dada a 
função periódica f(t) = f (t+T), onde T é o período em que a função se repete, o 
valor eficaz é dada por: 
 
 
 
 Como se explica o fato de uma quantidade alternada senoidal fornecer uma 
potência líquida se, sobre um ciclo, a corrente líquida em qualquer direção é zero? 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Medidas Elétricas: 
2) Valor eficaz (rms - root mean square – Valor médio quadrático): Dada a 
função periódica f(t) = f (t+T), onde T é o período em que a função se repete, o 
valor eficaz é dada por: 
 
 
 
 Como se explica o fato de uma quantidade alternada senoidal fornecer uma 
potência líquida se, sobre um ciclo, a corrente líquida em qualquer direção é zero? 
 
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Na verdade, o fluxo líquido é igual a 
dobro do entregue por cada semiciclo. 
 Eletrônica de Potência - Revisão 
3) Potências: 
a) Tensões e Correntes Senoidais: 
 Potência aparente: 
 Potência ativa: 
 Potência reativa: 
b) Tensões e Correntes Não-senoidais: 
 Potência aparente: 
 Potência ativa: 
 Potência reativa: 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
4) Fator de Potência para ondas senoidais: 
 Fator de Deslocamento: 
 
 
 
 Como se calcula o FP para ondas Não-senoidais 
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ATIVIDADE 1: Trazer na próxima aula um resumo 
(escrito a mão) contendo informações sobre o 
cálculo do Fator de Potência para ondas Senoidais e 
Não-senoidais explicando as diferenças. 
 Eletrônica de Potência - Revisão Integrais úteis: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor Médio: 
1. Sinal senoidal: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor Médio: 
2. Sinal senoidal em meia onda: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor Médio: 
3. Onda quadrada: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
1. Sinal senoidal: 
 
 
 
 
2. Sinal senoidal em meia onda: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor RMS: 
1. Sinal senoidal: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor RMS: 
1. Sinal senoidal: 
 
 
 
 
2. Retificação em meia onda: 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Cálculos de Valor RMS: 
3. Retificação onda completa: 
 
 
 
 
 
4. Onda Quadrada: 
 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Calcular os valores médios e eficaz: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Calcular os valores médios e eficaz: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 Eletrônica de Potência - Revisão 
 Calcular os valores médios e eficaz: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bibliografia Utilizada: 
1. BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência; 6ª Edição, UFSC, 2006; 
2. MUHAMMAD, Rashid Eletrônica de Potência; Editora: Makron Books, 1999; 
3. AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência; Editora: Prentice Hall, 1a edição, 2000; 
4. Notas de aula do professor Amauri Assef, UTFPR – Campus Curitiba; 
 
 
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