Eletrônica de Potência

Apresentação em tema: "Eletrônica de Potência"— Transcrição da apresentação:

1 Eletrônica de Potência
Faculdades Objetivo Eletrônica de Potência Conceitos Básicos Professor: Msc. Carlos Leandro Borges da Silva

2 Sumário O que é a Eletrônica de Potência;
Histórico da Eletrônica de Potência; Dispositivos Semicondutores de Potência; Tipos de circuitos em Eletrônica de Potência; Algumas aplicações da Eletrônica de Potência; Efeitos Periféricos causados pela Eletrônica de Potência; Conclusão; Exercícios de revisão; Próxima Aula; Referências bibliográficas.

3 Eletrônica de Potência
O que é Eletrônica de Potência ? É a área da eletrônica que se ocupa do processamento da energia elétrica visando obter maior eficiência(menores perdas nos processos de conversão de energia) e qualidade (energia limpa em termos de impacto ambiental); Os métodos empregados em eletrônica de potência baseiam-se na utilização de dispositivos  semicondutores operados em regime de chaveamento para realizar o controle do fluxo de energia e a conversão de formas de onda de tensões e correntes entre fontes e cargas.

4 Eletrônica de Potência
O aparecimento da Eletrônica de Potência proporcionou uma alternativa vantajosa para o processamento de energia, devido à baixa perda de energia no chaveamento somada a pouca necessidade de manutenção das chaves semicondutoras.

5 História da Eletrônica de Potência
Introdução do retificador a arco de mercúrio, em 1900; A primeira grande revolução da eletrônica começou em 1948 com a invenção do transistor de silício (Bardeen, Brattain e Schockley da Bell Telephone Laboratories);

6 História da Eletrônica de Potência
Em 1956 a Bell Laboratories inventou o transistor disparável PNPN, definido como tiristor ou retificador controlado de silício do inglês: silicon controlled rectifier – SCR; A Segunda revolução da eletrônica iniciou-se em 1958 com o desenvolvimento do tiristor comercial pela General Electric Company.

7 Dispositivos Semicondutores de Potência
O SCR desenvolvido em 1957 sofreu vários avanços; Desde 1970, vários tipos de dispositivos semicondutores de potência foram desenvolvidos e tornaram-se comercialmente disponíveis; Eram divididos em 5 grupos: Diodos de potência; Tiristores; Transistores de junção bipolares (BJTs); MOSFETs de potência; Transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) e transistores de junção estáticas (SITs).

8 Tipos de circuitos em Eletrônica de Potência
Retificador com diodos; Conversores CA – CC (retificadores controlados); Conversores CA – CA (controladores de tensão CA); Conversores CC – CC (choppers); Conversores CC – CA (inversores); Chaves estáticas.

9 Algumas aplicações da Eletrônica de Potência
Acionamento de máquinas elétricas; Carregadores de bateria; Computadores; Condicionadores de ar; Controles de sinais de trânsito; Disjuntores estáticos; Fontes de alimentação em aviões; Refrigeradores; Moedores; Trens; etc

10 Algumas aplicações da Eletrônica de Potência

11 Diodo de Potência Os diodos de potência são divididos em três grupos:
Genéricos, de uso geral, são fornecidos em até 3000 V, 3500 A e tempo de recuperação reversa de 10 ms; Alta velocidade ou recuperação rápida, são fornecidos em até 3000 V, 1000 A e valores típicos de 0,1 e 5,0 ms; Diodos Schottky (very fast) da ordem de nano-segundos ;

12 Características dos Diodos de Potência
O diodo conduz quando esta polarizado diretamente, isto é, quando a tensão do Ânodo é superior a (tensão) do Cátodo; O bloqueio se da quando a corrente que por ele (diodo) circula se anula; A corrente de fuga aumenta com a faixa de tensão.

13 Encapsulamentos dos Diodos de Potência
Tipo ROSCA ou rosqueável (do inglês stud ou stud-mounted); Tipo DISCO ou encapsulamento prensável ou disco de hóquei (do inglês disk ou press pak ou hockey puck).

14 Tiristores Os tiristores podem genericamente ser classificados em nove categorias, dependendo da construção física, e do comportamento do tempo de disparo e de desligamento: SCRs (controle de fase e de chaveamento rápido); GTOs (desligamento pelo gatilho); TRIACs (tiristores triodos bidirecionais); RCTs (condução reversa); SITHs (indução estática); LASCRs (retificadores controlados de silício ativados por luz); FET-CTHs (controlados por FET); MCTs (controlados por MOS);

15 Características dos Tiristores
Trata-se de um dispositivo semicondutor de quatro camadas, de estrutura pnpn, com três junções pn;

16 Características dos Tiristores
Quando a tensão de anodo é positiva em relação ao catodo, as junções J1 e J3 estão polarizadas diretamente; O tiristor está em condição de bloqueio quando a junção J2 está reversamente polarizada e apenas uma pequena corrente de fuga flui do ânodo para o cátodo; Se a tensão VAK for aumentada a um valor suficientemente grande, a junção reversamente polarizada J2 romperá (ruptura por avalanche).

17 Transistores São divididos em quatro grupos:
Transistor Bipolar de Junção (BJTs); Transistor de Efeito de Campo de Óxido Metálico Semicondutor (MOSFET); Transistor de Indução Estática (SITs); Transistor Bipolar de Porta Isolada (IGBT).

18 Características dos Transistores
Os BJTs, apresentam três terminais, sendo normalmente operados como interruptores na configuração emissor comum devido as suas características é normalmente utilizado em conversores que operam até 1200 V, 400 A e 10 kHz; Os MOSFETs, são utilizados em potências relativamente baixas, na faixa de 1000 V, 50 A e dezenas de quilohertz;

19 Características dos Transistores
Os IGBTs, são transistores de potência controlados por tensão. Eles são inerentemente mais rápidos que os BJTs, mas não tão rápidos quanto os MOSFETs sento fornecidos em até 1200 V, 400 A podendo operar em frequencias de até 20 kHz; O Transistor de indução estática SITs é similar a um JFET. Possui baixo ruído, baixa distorção e capacidade de potência em altas freqüências de áudio. Sento fornecidos em até 1200 V, 300 A podendo operar em freqüências de até 100 kHz; Usados em áudio, VHF/UHF e microondas;

20 Simbologia dos Dispositivos de Potência

21 Simbologia dos Dispositivos de Potência

22 Efeitos Periféricos causados pela Eletrônica de Potência
As operações dos conversores de potência são baseadas principalmente no chaveamento dos dispositivos semicondutores de potência; e como resultado os conversores introduzem correntes e tensões harmônicas no sistema de alimentação e na sua saída. Isso pode causar problemas de distorção da tensão de saída, geração de harmônicos no sistema de alimentação e interferência em circuitos de comunicação e sinalização.

23 Efeitos Periféricos causados pela Eletrônica de Potência
Fonte de Alimentação Saída Filtro de Entrada Conversor de Potência Filtro de Saída Gerador de Sinal de Controle de Chaveamento

24 Conclusão A eletrônica de potência nos dá a capacidade de controlar e determinar a forma de grandes quantidades de potência com uma eficiência sempre crescente;

25 Próxima Aula Diodos Semicondutores de Potência
1.1 – Curvas Características dos diodos; 1.2 – Curvas Características da recuperação reversa; Tipos de Diodos de Potência; Efeitos dos tempos de recuperação direto e reverso; Diodos conectados em série; 1. 6 – Diodos conectados em paralelo;

26 Referência Bibliográfica