ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Conversores Estáticos

Um conversor estático de potência é constituído basicamente de interruptores eletrônicos a semicondutores (chaves estáticas). O controle de abertura e do fechamento destes interruptores, segundo ciclos determinados,

permite que se modifique periodicamente a interconexão direta dos terminais das fontes conectadas à entrada e à saída do conversor, controlando-se desta forma o fluxo de energia entre ambos.

Principais interruptores:

- Diodos de Potência- Transistores Bipolares - Tiristores- Mosfets,- IGBTs- GTOs

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ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Conversores Estáticos

Evolução das Chaves Estáticas (Semicondutores de Potência):

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Conversores Estáticos

Aplicações das Chaves Estáticas

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Conversores Estáticos

Tipos de Conversores de Energia:

Retificador Controlado (conversor CA / CC) � conversão de tensão / corrente alternada de amplitude e frequência fixa ou variável, para tensão contínua de valor variável.

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Conversores Estáticos

Inversor (conversor CC / CA) - conversão de tensão / corrente contínua de valor fixo ou variável para tensão / corrente alternada de valor fixo ou variável, com variação ou não da frequência.

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Conversores Estáticos

Chopper (conversor CC / CC) - conversão de tensão / corrente contínua de valor fixo para tensão / corrente contínua de variável.

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Conversores Estáticos

Cicloconversor (conversor CA / CA) - conversão de tensão / corrente alternada de frequência fixa para tensão / corrente alternada variável em amplitude e frequência.

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Semicondutores de Potência

Diodo de Potência

- não recebe comandos para entrada em condução (não controlados).

- funciona como uma chave fechada quando polarizado diretamente, e

- bloqueia a corrente quando polarizado reversamente.

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Semicondutores de Potência

Tiristor (SCR � Silicon Controller Retifier)

- recebe comandos para entrada em condução;

- funciona como uma diodo após entrada em condução;

- interrompe o fluxo de corrente, quando a corrente passa por zero e a polarização se inverte.

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Semicondutores de Potência

Transistor Bipolar (BJT � Bipolar Junction Transistor)

- recebe comandos para entrada em condução (IB >0), e também para saída de condução (IB = 0);

- permite o fluxo de corrente em apenas um sentido e quando em estado

bloqueado suporta somente tensões positivas (ic > 0 e VCE > 0) ;

- possui tempos de comutação relativamente altos, limitando a operação em frequências mais elevadas.

- os transistores de potência são do tipo NPN.

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Semicondutores de Potência

Curvas Características

Transistor NPN

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Semicondutores de Potência

Tipos de Transistores

MOSFET( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

- é um semicondutor totalmente controlado;

- pode conduzir corrente somente em uma direção;

- chaveado por tensão: Quando uma tensão adequada é aplicada entre os termais da porta e fonte (VGS > 0), o MOSFET entra em condução. Com a remoção da tensão (VGS = 0), o MOSFET volta ao estado bloqueado.

- tempos de comutação extremamente curtos (superior ao Transistor BJT), desse modo podem operar com freqüências mais elevadas;

- faixa de potência: 10 VA até 10kVA e frequência < 800kHz

- são para aplicações com VDS < 500V

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Semicondutores de Potência

IGBT ( Isulated Gate Bipolar Transistor)

- semicondutor que combina as características do BJT + MOSFET;

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Semicondutores de Potência

Características:

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Semicondutores de Potência

Quadro Comparativo

Como regra básica: em baixa tensão e alta freqüência: MOSFET e em alta tensão e baixa freqüência: IGBT.

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Semicondutores de Potência

Operações básicas

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Semicondutores de Potência

Regiões de Aplicações das Chaves Estáticas

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Meia OndaDiodo � carga R resistiva

oo

Lmed VVVV .45,0.2max

)(..2)( wtsenVwtv o

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Meia OndaDiodo � carga RL

)(..2)( wtsenVwtv o

cos1..225,0 oLmed VV

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Meia OndaDiodo � carga RL e diodo de roda livre

oLmed VV .45,0

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Meia OndaTiristor � carga R

cos1..225,0

cos12max

oLmed

Lmed

VV

VV

)(..2)( wtsenVwtv o

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Meia OndaTiristor � carga RL

coscos..225,0 oLmed VV

)(..2)( wtsenVwtv o

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Monofásico de Onda CompletaPonte de Diodos

carga R:

carga RL:

ooLmed VVVV .9,0.2.2.2 max

)(..2)( wtsenVwtv o

D1 D4 D2 D3

cos1..45,0 oLmed VV

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Retificadores

Retificador Monofásico de Onda CompletaPonte de Tiristores

carga R:

carga RL:

)(..2)( wtsenVwtv o

T1 T4 T2 T3

cos..9,0 oLmed VV

coscos..45,0 oLmed VV

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Retificador Trifásico de Onda CompletaPonte de Diodos

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

Retificadores

Características (Ponte de Diodos):> cada diodo conduz durante um intervalo de 120o;

> existem sempre dois diodos em condução;

> ocorre uma comutação a cada 60o;

> a freqüência da componente fundamental da tensão é igual a 6 vezes a freqüência das tensões de alimentação.

Tensão na carga (com diodos):

ooLmed VVV .34,2.6.3

LLmed

Lo

VV

VVseja

.35,13

:

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

RetificadoresPonte de Tiristores

Tensão na carga

cos..34,2cos..6.3

ooLmed VVV

cos..35,13

:

LLmed

Lo

VV

VVseja

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

RetificadoresForma de onda de saída p/ um ângulo de disparo

ACIONAMENTOS ELÉTRICOS

RetificadoresValor médio da tensão p/ diferentes ângulo de disparo

0o < < 90º 90o < < 180º

Vmed é positivo Vmed é negativo

Potência + ( fluxo fonte p/ carga) Potência - ( fluxo carga p/ fonte)

Modo retificador (motor) Modo inversor (gerador)