Capitulo 1 Eletronica de Potencia

8/18/2019 Capitulo 1 Eletronica de Potencia

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Autor: 10.08.15

Eletrônica Industrial Capítulo 1

Robson Borges Rodrigues


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Autor: 10.08.15

Eletrônica de Potência

●Surgiu na década de 60 após a criaço do S!" # Siliconcontrolled rectifier;●Progrediu co$ rapide% de&ido aos se$icondutores de

potência' co$ capacidade de c(a&ea$ento de altas correntes

e$ altas tens)es*●+s co$ponentes usados o,erece$ alta con,ia-ilidade e so de

peueno porte*●/ utili%ada nu$a &asta ga$a de aplicaç)es' tais co$o: controle

de ilu$inaço e aueci$ento' ,ontes reguladas de energia'aciona$ento de $otores ! e A! co$ &ariaço de &elocidade'trans$isso ! e$ alta tenso* etc.


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●i&idida e$ três ra$os principais:● Potência*● Eletrônica*●

!ontrole.● or$al$ente usada na con&erso de energia de A! para ! e &ice2&ersa.●Aplicaço a-ordadas: reti,icaço' in&erso' con&erso

de ,reuência' acionadores A! e ! e ,ontes deali$entaço.●ispositi&os estudados: diodos' transistores' tiristorese triacs.


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●Por ue Eletrônica de Potência3●Peueno porte*●

4aio custo*●Alta e,iciência*●tili%aço de controle auto$7tico*●so de c(a&ea$ento co$o técnica decontrole e regulaço.


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"egulaço de potência por reostato:

V RL= E⋅

R L

R L+ R1

η= P L

PT ⋅100

P RL=V RL

2

R L

I RL=V RL

R L

P R1=V R1

2

R1

PT = E2

R1+ R LV R1= E−V RL


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Exemplo 1.1:$a ,onte ! de 100 ,ornece energia para u$acarga de 10 9. eter$ine a potência entre carga ;P

<='

a potência dissipada no reostato ;P" =' a potência total,ornecida pela ,onte ;P

>= e a e,iciência ?' se o reostato

,or a@ustado para:a= 0 9 -= 10 9c= 100 9


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"egulaço de potência por c(a&ea$ento' ;c(a&e ideal=:

V RL= E⋅ t ON

t ON +t OFF P RL=

V RL2

R L

PS=V S

2

RS

η= P L

PT ⋅100

d= t ON

t ON +t OFF ⋅100 T =

1

f T =t ON + t OFF


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Exemplo 1.2:$a ,onte ! de 100 ,ornece energia para u$acarga de 10 9 atra&és de u$a c(a&e. eter$ine a

potência entregue carga ;P= se

a c(a&e esti&er:a= ,ec(ada

-= a-ertac= ,ec(ada 50 do te$pod= ,ec(ada B0 do te$po


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Chaves semicondutoras de potência:●iodos*●>ransistores -ipolares de @unço ;4C>s=*●>ransistores de e,eito de ca$po $etal2óido2se$icondutor ;D+SE>s=*●>ransistores -ipolares de porta isolada ;FG4>s=*●"eti,icadores controlados de silHcio ;S!"s=*●

>"FA!s*●>iristores de desliga$ento por porta ;G>+s=*●>iristores controlados D+S ;D!>s=.


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Chaves ideais

●


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Chaves reais (não ideais)Características desejáveis:

●Iuando ligada' possa suportar altas correntes*●

Iuando desligada' possa suportar tens)es altas*●tili%e pouca potência para o controle da operaço*●Iue se@a alta$ente con,i7&el*●Iue se@a peuena e le&e*●

Iue ten(a -aio custo*●Iue no reueira $anutenço.


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Perda de potência na chaves ideais


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Perda de potência na chaves reais (não ideais)


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Perda de potência no estado ! " ligado

PON =V CE (max)⋅ I C (sat )

PON (avg )=V CE(max)⋅ I C (max)⋅ t ON

t ON +t OFF

Perda de potência no estado ## " desligado

POFF =V S⋅ I LEAK POFF (avg )=V S⋅ I LEAK ⋅

t OFF

t ON +t OFF

I C (sat )=(V S−V CE (sat ))

R L≃V S

R L


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Perda de potência por chavea$ento


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Perda de potência por chavea$ento P

SW −ON (max)=0,5V CE(max )⋅ I C (max )

PSW −ON (avg)=0,637 PSW −ON (max)=0,637⋅0,5⋅V CE (max)⋅0,5⋅ I C (max )=0,167⋅V CE (max )⋅ I C (max )

PSW −ON (avg)=

1

6⋅V CE(max )⋅ I C (max )[W ]

W SW −ON =1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max)⋅t SW −ON [ J ] W SW −OFF =

1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max)⋅t SW −OFF [J ]

W SW =1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max)⋅(t SW −ON + t SW −OFF )[J ] PSW =

W SW

T

[W ]

PSW =1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max)⋅(t SW −ON +t SW −OFF )⋅f [W ] PSW =W SW ⋅f [W ]


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Perda de potência total

PT = PON (avg )+ POFF (avg )+ PSW (avg)


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Exemplo 1.3:

Para S J 50' "

< J 5 9 e a a c(a&e é ideal' se$

perdas no c(a&ea$ento. Se a ueda de tenso no

estado ligado ,or de 1'5 e a corrente de ,uga ,orde 1'5 $A' calcule a perda de potência na c(a&euando esti&er:

a= ligada -= desligada


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Exemplo 1.4:

!alcule as perdas $7i$a e $édia de potênciado Ee$plo 1.K se a ,reuência de c(a&ea$ento

,or de 500 L% co$ ciclo de tra-al(o de 50.


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Exemplo 1.5:

Para S J 1B0' "

< J 6 9 e o transistor é ideal

se$ perdas na conduço. Se tSM;+=

J tSM;+=

J

1'5 Ns' calcule a perda de potência $édia dec(a&ea$ento a u$a ,reuência de 1 O(%.


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Exemplo 1.6:$a c(a&e transistori%ada co$ as seguintes caracterHsticascontrola a potência para u$a carga de B5 M.●F

"A>E J 50 A

●"A>E J 500 ●F

e$po de desliga$ento: tSM;+=

J K'0 Ns●reuência de c(a&ea$ento: f J 100 L%●d J 50


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Exemplo 1.6:!alcule:a=A perda de potência no estado ligado

-=A perda de potência no estado desligado

c=A perda de $7i$a de potência durante a ligaço da c(a&ed=A perda de energia durante a liga%ão da c(a&ee=A perda de energia durante o desliga$ento da c(a&e,=A perda de energia durante o estado ligado

g=A perda de energia durante o estado desligado(=A perda de total de energia i=A perda de $&dia de potência


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Exemplo 1.7:"esol&a todos os itens' de d) a i) do E'e$plo 1 ' parao caso e$ ue a ,reuência de c(a&ea$ento éau$entada para 1** +,- co$ ciclo de tra-al(o de.*/.


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Tipos de circuitos●"eti,icadores no controlados ;A! para !=*●"eti,icadores controlados ;A! para !=*●!(oppers ! ;! para !=*●!ontroladores de tenso A! ;A! para A!=*●Fn&ersores ;! para A!=*●!on&ersores cHclicos ;A! para !=*●

!(a&es est7ticas ;A! ou !=.


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plica!"es●"eti,icadores no controlados● onte ! para circuitos eletrônicos

●"eti,icador controlado●

!ontrolador de &elocidade de $otor ! a partir de u$a ,onte A!● !ontrole de &elocidade para ,erra$entas elétricas port7teis● >rans$isso ! e$ alta tenso

●!(opper !● !ontrole de &elocidade de $otor ! a partir de ,onte !● onte de ali$entaço c(a&eada● !on&ersor ! 2 !


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plica!"es●!ontrolador de tenso A!● !(a&e para regulage$ de ilu$inaço● !ontrole de auecedores●

!ontrole de &elocidade para aparel(os eletrodo$ésticos● !ontrole de potência reati&a● Partida le&e para $otores de induço

●Fn&ersor ● onte de ali$entaço de ,unciona$ento contHnuo●

!ontrole de &elocidade de $otores A! tri,7sicos● Auecedores por induço


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#ormul$rio

PON =V CE (sat )⋅ I C I C =V S−V CE(sat )

R L≃V S

R L PON (avg)=V CE(sat )⋅ I C (sat )⋅

t ON

T =V CE (sat )⋅ I C (sat )⋅d POFF (avg )=V S⋅ I LEAK ⋅

t OFF

T

d= t ON

t ON +t OFF =t ON

T PSW −ON (max)=0,5⋅V CE(max)⋅0,5⋅ I C (max) PSW −ON (avg)=1

6⋅V CE(max )⋅ I C (max )

W SW −ON =1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max )⋅t SW (ON )

W SW −OFF =

1

6⋅V CE

(max

)

⋅ I C (max

)

⋅t SW (OFF

)

PSW (avg )=1

6⋅V CE(max)⋅ I C (max )⋅(t SW (ON )+t SW (OFF ))⋅f

PT = PON (avg )+ POFF (avg )+ PSW (avg ) PT = PON (avg )+ POFF (avg )+ PSW (avg ) V RL(avg )=V S⋅ t ON

t ON

+t OFF

=V S⋅t ON

T =V S⋅d

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