ENGEL - engenharia eletrica.

Curso de Extensão

Apresentação

Este texto foi elaborado em função da disciplina "Eletrônica de Potência", ministrada nos cursos de pós-graduação em Engenharia Elétrica na Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas.

Este é um material que deve sofrer constantes atualizações, em função da constante evolução tecnológica na área da Eletrônica de Potência, além do que, o próprio texto pode ainda conter eventuais erros, para os quais pedimos a colaboração dos estudantes e profissionais que eventualmente fizerem uso do mesmo, no sentido de enviarem ao autor uma comunicação sobre as falhas detectadas. Os resultados experimentais incluídos no texto referem-se a trabalhos executados pelo autor, juntamente com estudantes e outros pesquisadores e foram motivo de publicações em congressos e revistas, conforme indicado nas referências bibliográficas.

Campinas, 26 de janeiro de 2000

Conteúdo

1. COMPONENTES SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA
1.1 BREVE REVISÃO DA FÍSICA DE SEMICONDUTORES
1.1.1 Os portadores: elétrons e lacunas
1.1.2 Semicondutores dopados
1.1.3 Recombinação
1.1.4 Correntes de deriva e de difusão
1.2 DIODOS DE POTÊNCIA
1.3 DIODOS SCHOTTKY
1.4 TIRISTOR
1.4.1 Princípio de funcionamento
1.4.2 Maneiras de disparar um tiristor
1.4.3 Parâmetros básicos de tiristores
1.4.4 Circuitos de excitação do gate
1.4.5 Redes Amaciadoras
1.4.6 Associação em Paralelo de Tiristores
1.4.7 Associação em série de tiristores
1.4.8 Sobre-tensão
1.4.9 Resfriamento
1.5 GTO - GATE TURN-OFF THYRISTOR
1.5.1 Princípio de funcionamento
1.5.2 Parâmetros básicos do GTO
1.5.3 Condições do sinal de porta para chaveamento
1.5.4 Circuitos amaciadores (snubber)
1.5.5 Associações em série e em paralelo
1.6 TRANSISTOR BIPOLAR DE POTÊNCIA (TBP)
1.6.1 Princípio de funcionamento
1.6.2 Limites de tensão
1.6.3 Área de Operação Segura (AOS)
1.6.4 Região de quase-saturação
1.6.5 Ganho de corrente
1.6.6 Características de chaveamento
1.6.7 Circuitos amaciadores (ou de ajuda à comutação) - "snubber"
1.6.8 Conexão Darlington
1.6.9 Métodos de redução dos tempos de chaveamento
1.7 MOSFET
1.7.1 Princípio de funcionamento (canal N)
1.7.2 Área de Operação Segura
1.7.3 Característica de chaveamento - carga indutiva
1.8 IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)
1.8.1 Princípio de funcionamento
1.8.2 Características de chaveamento
1.9 ALGUNS CRITÉRIOS DE SELEÇÃO ENTRE TRANSISTORES
1.10 MCT - MOS-CONTROLLED THYRISTOR
1.10.1 Princípio de funcionamento
1.10.2 Comparação entre P-MCT e N-MCT
1.11 MATERIAIS EMERGENTES
1.12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

2. TÉCNICAS DE MODULAÇÃO DE POTÊNCIA
2.1 CONTROLE POR CICLOS INTEIROS
2.2 CONTROLE DE FASE
2.3 MODULAÇÃO POR ONDA QUADRADA
2.3.1 Modulação com onda quase-quadrada.
2.4 MODULAÇÃO MULTINÍVEL
2.5 MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO - MLP
2.6 MODULAÇÃO EM FREQÜÊNCIA - MF
2.7 MODULAÇÃO POR LIMITES DE CORRENTE - MLC (HISTERESE)
2.8 MODULAÇÃO MLP COM FREQÜÊNCIA DE PORTADORA VARIÁVEL
2.9 ELIMINAÇÃO DE HARMÔNICAS
2.10 OUTRAS TÉCNICAS DE MODULAÇÃO
2.10.1 Controle “One-cycle”
2.10.2 Controle de carga
2.10.3 Modulação Delta
2.11 MODULAÇÃO VETORIAL
2.11.1 Saturação
2.12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3. CONVERSORES CA-CC - RETIFICADORES
3.1 RETIFICADORES NÃO CONTROLADOS
3.1.1 Retificadores não-controlados com entrada trifásica
3.2 FATOR DE POTÊNCIA
3.2.1 Definição de Fator de Potência
3.2.2 Desvantagens do baixo fator de potência (FP) e da alta distorção da corrente
3.3 NORMAS IEC 1000-3-2: DISTÚRBIOS CAUSADOS POR EQUIPAMENTO CONECTADO À REDE PÚBLICA DE BAIXA TENSÃO
3.4 RETIFICADORES COM ALTO FATOR DE POTÊNCIA
3.4.1 Soluções passivas
3.4.2 Soluções ativas para retificadores com alto FP
3.5 COMUTAÇÃO
3.6 RETIFICADORES CONTROLADOS
3.6 ASSOCIAÇÃO DE RETIFICADORES
3.7 RETIFICADOR MLP
3.7.1 Equações básicas
3.7.2 Absorção de reativos
3.7.3 Controle da corrente CC
3.8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

4. CONVERSORES CC-CC PARA ACIONAMENTO DE MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA
4.1 PRINCÍPIOS DE ACIONAMENTO DE MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA
4.1.1 Equações estáticas
4.1.2 Equações dinâmicas
4.1.3 Quadrantes de operação
4.2 TOPOLOGIAS DE CONVERSORES PARA ACIONAMENTO DE MCC
4.2.1 Conversor Classe A
4.2.2 Conversor Classe B
4.2.3 Conversor Classe C
4.2.4 Conversor Classe D
4.2.5 Conversor Classe E
4.3 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

5. TOPOLOGIAS BÁSICAS DE FONTES CHAVEADAS
5.1 CONVERSOR ABAIXADOR DE TENSÃO (STEP-DOWN OU BUCK): VO<E
5.1.1 Modo de condução contínua (MCC)
5.1.2 Modo de condução descontínua (MCD)
5.1.3 Dimensionamento de L e de C
5.2 CONVERSOR ELEVADOR DE TENSÃO (STEP-UP OU BOOST): VO>E
5.2.1 Modo de condução contínua
5.2.2 Modo de condução descontínua
5.2.3 Dimensionamento de L e de C
5.3 CONVERSOR ABAIXADOR-ELEVADOR (BUCK-BOOST)
5.3.1 Modo de condução contínua
5.3.2 Modo de condução descontínua
5.3.3 Cálculo de L e de C
5.4 CONVERSOR `CUK
5.4.1 Dimensionamento de C1
5.4.2 Dimensionamento de L1
5.4.3 Cálculo de L2
5.4.4 Cálculo de Co (capacitor de saída)
5.5 CONVERSOR SEPIC
5.6 CONVERSOR ZETA
5.7 CONVERSORES COM ISOLAÇÃO
5.7.1 Conversor `Cuk
5.7.2 Conversores SEPIC e Zeta isolados
5.7.3 Conversor fly-back (derivado do abaixador-elevador)
5.7.4 Conversor “forward” (derivado do abaixador de tensão)
5.7.5 Conversor “push-pull”
5.8 CONSIDERAÇÃO SOBRE A MÁXIMA TENSÃO DE SAÍDA NO CONVERSOR ELEVADOR DE TENSÃO
5.9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

6. CONVERSORES CC-CA COMO FONTES DE ALIMENTAÇÃO COM FREQUÊNCIA FIXA .
6.1 REQUISITOS DE QUALIDADE NA ALIMENTAÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS
6.2 CLASSIFICAÇÃO DAS UPS
6.3 OUTRAS CARACTERÍSTICAS DE UPS
6.3.1 Forma de onda da saída
6.3.2 Isolação elétrica
6.3.3 Paralelismo
6.4 COMPONENTES DE UMA UPS ESTÁTICA
6.4.1 Retificador
6.4.2 Inversor
6.4.3 A chave estática ou “by-pass”
6.5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

7. CONVERSORES CC-CA PARA ACIONAMENTO DE MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA
7.1 MODELAMENTO DA MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA
7.2 MÉTODOS DE CONTROLE DA VELOCIDADE DE MÁQUINA DE INDUÇÃO
7.2.1 Controle pela resistência
7.2.2 Controle pela tensão de alimentação do estator
7.2.3 Controle pela variação da freqüência
7.2.4 Controle da tensão e da freqüência
7.2.5 Controle da corrente
7.3 INVERSORES DE TENSÃO
7.4 INVERSORES DE CORRENTE
7.4.1 Inversor a tiristores
7.4.2 Inversor com IGBT (ou GTO)
7.5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

8. INVERSORES DE TENSÃO COM COMUTAÇÃO SUAVE
8.1 INVERSOR COM LINK CC RESSONANTE
8.2 INVERSOR COM LINK CC RESSONANTE COM LIMITAÇÃO DA SOBRE-TENSÃO
8.3 INVERSOR MLP COM LINK QUASE-RESSONANTE
8.3.1 Princípio de operação
8.3.2 Dimensionamento dos componentes
8.4 INVERSOR COM POLO RESSONANTE AUXILIAR
8.4.1 Princípio de funcionamento do circuito auxiliar de comutação
8.5 INVERSOR/RETIFICADOR MLP COM COMUTAÇÃO ZVS COM CIRCUITO AUXILIAR
8.5.1 Princípio de funcionamento
8.6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

9. INVERSORES E RETIFICADORES DE CORRENTE COM COMUTAÇÃO SUAVE .
9.1 RETIFICADOR/INVERSOR COM LINK CC RESSONANTE EM SÉRIE
9.2 INVERSORES/RETIFICADORES MLP COM COMUTAÇÃO ZCS
9.2.1 Princípio de funcionamento
9.2.2 Dimensionamento dos componentes
9.3 INVERSORES/RETIFICADORES MLP COM COMUTAÇÃO ZVS
9.3.1 Dimensionamento dos componentes
9.3.2 Funcionamento do circuito como inversor
9.4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

10. CONVERSORES CA-CA: VARIADORES DE TENSÃO E CICLOCONVERSORES
10.1 VARIADORES DE TENSÃO
10.1.1 Controle Liga-Desliga
10.1.2 Controle de fase
10.2 CIRCUITOS MONOFÁSICOS
10.2.1 Carga Resistiva
10.2.2 Carga indutiva
10.2.3 Carga RL
10.3 VARIADORES DE TENSÃO TRIFÁSICO
10.3.1 Carga resistiva
10.3.2 Carga indutiva (em Y sem neutro)
10.3.3 Carga RL
10.4 EXEMPLO DE APLICAÇÃO
10.4.1 Linha sem compensação
10.4.2 CCT atuando e saída de carga
10.4.3 CCT atuando, saída de carga e atuação do RCT
10.5 CICLOCONVERSORES COM COMUTAÇÃO NATURAL
10.6 CONVERSOR EM MATRIZ
10.7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

11. DIMENSIONAMENTO DE SISTEMAS DE DISSIPAÇÃO DE CALOR PARA DISPOSITIVOS SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA
11.1 INTRODUÇÃO
11.2 CÁLCULO DA POTÊNCIA DISSIPADA
11.2.1 Diodos
11.2.2 Tiristores
11.2.3 Transistores
11.3 COMPORTAMENTO EM REGIME PERMANENTE: POTÊNCIA MÉDIA
11.3.1 Dissipador de calor
11.4 COMPORTAMENTO EM REGIME TRANSITÓRIO: POTÊNCIA DE PICO
11.5 CÁLCULO DE DISSIPADORES
11.6 FONTES DE CALOR DISTRIBUÍDAS
11.7 REFRIGERAÇÃO FORÇADA
11.8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS