Acionamentos Elétricos - Parte 03
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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.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Conversores Estáticos
Chopper (conversor CC / CC) - conversão de tensão / corrente contínua de valor fixo para tensão / corrente contínua de variável.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Conversores Estáticos
Cicloconversor (conversor CA / CA) - conversão de tensão / corrente alternada de frequência fixa para tensão / corrente alternada variável em amplitude e frequência.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Semicondutores de Potência
Curvas Características
Transistor NPN
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Semicondutores de Potência
IGBT ( Isulated Gate Bipolar Transistor)
- semicondutor que combina as características do BJT + MOSFET;
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Semicondutores de Potência
Características:
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Semicondutores de Potência
Quadro Comparativo
Como regra básica: em baixa tensão e alta freqüência: MOSFET e em alta tensão e baixa freqüência: IGBT.
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
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)