PROJETOS E INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS · 2018. 11. 14. · INSTITUTO ESB PROJETOS E...
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INSTITUTO ESB
PROJETOS E INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS INDUSTRIAISTurma: IEMAO1701
Manaus-AM
Prof. Msc. Gilberto Tomaz Junior
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA NAS INSTALAÇÕES
INDUSTRIAIS
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA NAS INSTALAÇÕES
INDUSTRIAIS
Aplicações da Eletrônica de Potência;
História da Eletrônica de Potência;
Dispositivos Semicondutores de Potência;
Características de Controle dos Dispositivos de Potência:
(DIODOS, SCR, GTO, BJT, MOSFET, TRIAC, IGBT);
Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência:
(CONVERSORES CA-CC, CA-CA,CC-CC,CC-CA,CHAVES
ESTÁTICAS);
Projeto de Equipamentos de Eletrônica de Potência;
Efeitos Periféricos;
Módulos de Potência;
Módulos Inteligentes - Smart Power;
Periódicos e Resumos.
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
A eletrônica de potência combina potência, eletrônica e controle.
O controle trata das características dinâmicas e de regime
permanente dos sistemas de malha fechada.
A potência cuida de equipamentos de potência rotativos e
estáticos para a geração, transmissão e distribuição de energia
elétrica.
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
A eletrônica trata dos dispositivos e circuitos de estado sólido
para o processamento de sinais que permitam alcançar os
objetivos de controle desejados.
A eletrônica de potência pode ser definida como a aplicação da
eletrônica de estado sólido para o controle e conversão da
energia elétrica. O inter-relacionamento da eletrônica de
potência com a energia, a eletrônica e o controle é mostrado na
figura:
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Aplicações da Eletrônica de Potência
Acionamentos de Máquinas Elétricas;
Controladores Industriais;
Combina: Potência, Eletrônica e Controle;
Aplicação da Eletrônica de estado sólido para o controle e
conversão de energia elétrica;
Baseia-se no chaveamento dos semicondutores de
potência;
Aplicações da Eletrônica de PotênciaControle microprocessado de potência.
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Aplicações da Eletrônica de Potência
Utiliza semicondutores de potência e micro-eletrônica;
Controle de sistemas de aquecimento;
Controle de luminosidade;
Controle de máquinas elétricas;
Fontes de alimentação;
Sistemas de propulsão de veículos;
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Aplicações da Eletrônica de Potência
Equipamentos de informática, fonte chaveada, no-break.
Utilizam dispositivos semicondutores chaveadores:
(Mosfets, IGBTs, TJBs, etc).
Aplicações da Eletrônica de Potência
Sistemas de corrente contínua em alta
tensão (high voltage direct-current HVDC);
(próximo assunto ( história da E P)
História da Eletrônica de Potência
Introdução do retificador a arco de mercúrio, em 1900;
Retificador de tanque metálico;
Retificador em tubo a vácuo de grade controlada;
As válvulas Ignitron e Tiratron;
Foram utilizados seqüencialmente até: 1950;
História da Eletrônica de Potência
A primeira revolução começou em 1948 com a invenção do
transistor de silício, por Bardeen, Brattain e Schockley da
Bell Telephone Laboratories;
Em 1956 a Invenção do transistor disparável PNPN,
definido como tiristor ou retificador controlado de silício
( Silicon Controled Rectifier), pela Bell Tel. Labs.
História da Eletrônica de Potência
A segunda revolução começou em 1958 com o
desenvolvimento comercial do tiristor, pela General Electric
Company.
O desenvolvimento dos novos interruptores e da
microeletrônica nos possibilita trabalhar em elevadas
potências com rendimentos cada vez melhores.
História da Eletrônica de Potência
Nos próximos 30 anos a eletrônica de potência dará forma
e condicionará a eletricidade, em algum lugar na linha de
transmissão, entre sua geração e todos os seus usuários.
História da Eletrônica de Potência
O grande salto desta ciência ocorreu no final dos anos 80
e início dos 90. Existem hoje no mundo centenas de
pesquisadores trabalhando;
Aqui na PUCRS existem vários pesquisadores trabalhando
nesta promissora área o Laborató-rio de Eletrônica de
Potência da PUCRS o LEPUC congrega um grupo de
pesquisadores que trabalham nesta área;
História da Eletrônica de Potência
Eletrônica de Potência
A eletrônica de potência trata das aplicações de dispositivos
semicondutores de potência, como tiristores e transistores, na
conversão e no controle de energia elétrica em níveis altos de
potência aplicados à indústria.
• Essa conversão é normalmente de AC para DC ou vice-versa,
enquanto os parâmetros controlados são tensão, corrente e frequência.
Portanto, a eletrônica de potência pode ser considerada uma
tecnologia interdisciplinar que envolve três campos básicos: a
potência, a eletrônica e o controle.
(próximo assunto CHAVES SEMICONDUTORAS)
Chaves semicondutoras de potência
• As chaves semicondutoras de potência são os elementos
mais importantes em circuitos de eletrônica de potência.
Os principais tipos de dispositivos semicondutores
usados como chaves em circuitos de eletrônica de
potência que serão estudados aqui são:
Chaves semicondutoras de potência
Diodos;
Retificadores controlados de silício (SCRs);
Transistores bipolares de junção (BJTs);
Triacs.
Transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor
(MOSFETs);
Transistores bipolares de porta isolada (IGBTs);
(próximo assunto BÁSICO dos CIRCUITOS)
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
Os circuitos de eletrônica de potência (ou conversores, como são
usualmente chamados) podem ser divididos nas seguintes categorias:
1. Retificadores não controlados (AC para DC)
2. Retificadores controlados (AC para DC)
3. Choppers DC (DC para DC)
4. Inversores (DC para AC)
5. Conversores cíclicos (AC para AC)
6. Chaves estáticas (AC ou DC)
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
1. Retificadores não controlados (AC para DC) – converte uma tensão
monofásica ou trifásica em uma tensão DC e são usados diodos como
elementos de retificação.
2. Retificadores controlados (AC para DC) – converte uma
tensão monofásica ou trifásica em uma tensão variável e
são usados SCRs como elementos de retificação.
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
3. Choppers DC (DC para DC) – converte uma tensão DC
fixa em tensões DC variáveis.
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
4. Inversores (DC para AC) – converte uma tensão DC fixa
em uma tensão monofásica ou trifásica AC, fixa ou variável,
e com frequências também fixas ou variáveis.
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
5. Conversores cíclicos (AC para AC) – converte uma
tensão e frequência AC fixa em uma tensão e frequência
AC variável.
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
Tipos de circuitos de eletrônica de
potência
6. Chaves estáticas (AC ou DC) – o dispositivo de potência
(SCR ou triac) pode ser operado como uma chave AC ou
DC, substituindo, dessa maneira, as chaves mecânicas e
eletromagnéticas tradicionais.
Aplicações práticas dos tiristores:
Limites de Funcionamento
Chaves estáticas
Aplicações da Eletrônica de Potência
A transferência de potência elétrica de uma fonte para uma carga pode
ser controlada pela variação da tensão de alimentação (com o uso de
um transformador variável) ou pela inserção de um regulador (como
uma chave).
Os dispositivos semicondutores utilizados como chaves têm a
vantagem do porte pequeno, do custo baixo, da eficiência e da
utilização para o controle automático da potência.
Os dispositivos como diodo de potência, transistor de potência, SCR,
TRIAC, IGBT etc, são usados como elementos de chaveamento e
controle de fornecimento de energia de máquinas e motores elétricos.
(próximo assunto DIODO)
• O diodo está
diretamente polarizado
quando o potencial de
anodo é positivo em
relação ao catodo.
• Nesta condição o
diodo conduz. Se o
potencial de catodo
for positivo em
relação ao anodo, o
diodo bloqueia.
1. Diodos de potência
• Curva Característica
1. Diodos de potência
• Mesmo que a corrente
no diodo seja conduzida
até zero, ele continua
conduzindo devido à
necessidade de
recombinação dos
portadores minoritários.
O tempo requerido para
esta recombinação é
chamado tempo de
recuperação reversa. É
mais comum o tipo de
recuperação dita suave.
1. Diodos de potência
• Os diodos que necessitam
comutar rapidamente,
bloqueiam rapidamente,
de modo a estar apto a
conduzir novamente no
menor intervalo de tempo
possível. Entretanto, uma
recuperação abrupta
provoca oscilações que
podem gerar
instabilidades e até
mesmo falhas no
funcionamento.
1. Diodos de potência
1. Diodos de potência - Tipos:
• Os diodos standard
possuem tempos
de recuperação
reversa
relativamente altos.
Geralmente em
torno de 25µs e são
utilizados em
aplicações de baixa
velocidade.
• Aplicação:
retificadores e
conversores com
frequência de
entrada até 1kHz.
1. Diodos Standard
• Os diodos de
recuperação rápida
possuem tempo de
recuperação reversa
baixo, geralmente
menores que 5µs.
• Aplicação:
Conversores cc-cc
e cc-ca em que o
tempo de
recuperação é
critico para o
funcionamento do
mesmo.
1. Diodos de Recuperação Rápida
1. Diodos de potência: características e
funcionamento
O diodo mostrado abaixo é formado pela junção dos materiais dos tipos N e P.
Desta forma, só há passagem de corrente elétrica quando for imposto um
potencial maior no lado P do que no lado N. Devido a uma barreira de potencial
formada nesta junção, é necessária uma d.d.p. com valor acima de 0,6V (em
diodos de sinal) para que haja a condução. Em diodos de potência, esta tensão
necessária gira em torno de 1 a 2V.
Na figura vemos o aspecto físico de um diodo de potência caracterizado
pelo anodo rosqueado.
Aspecto físico do diodo de potência
1. Diodos de potência: características e
funcionamento
Principais valores nominais para os diodos:
O valor nominal da tensão de pico inversa (peak
inverse voltage – PIV) é a tensão inversa máxima que
pode ser ligada nos terminais do diodo sem ruptura.
Se for excedido a PIV nominal, o diodo começa a conduzir
na direção inversa e pode ser danificado no mesmo
instante.
1. Diodos de potência: características e
funcionamento
Principais valores nominais para os diodos:
Peak inverse voltage – PIV
Os valores nominais da PIV são de dezenas a milhares de
volts, dependendo do tipo do diodo. Os valores nominais da
PIV são também chamados de tensão de pico reversa
(PRV) ou tensão de ruptura (VBR).
1. Diodos de potência: características e
funcionamento
Corrente direta média máxima If (avg) Max
A corrente direta média máxima é a corrente máxima
que um diodo pode aguentar com segurança quando
estiver diretamente polarizado.
Os diodos de potência estão disponíveis com valores
nominais que vão desde alguns poucos a centenas de
ampères.
1. Diodos de potência: características e
funcionamento
Classificação dos Diodos de Potência
Genéricos, de uso geral, são fornecidos em até 3000 V,
3500 A e tempo de recuperação reversa trr de 10 ms;
Alta velocidade ou recuperação rápida, são fornecidos
em até 3000 V, 1000 A e valores típicos de trr de 0,1 e
5,0 ms;
Diodos Schottky (very fast) trr da ordem de nano-
segundos ;
Resumo 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;
Tipos de Encapsulamentos dos
dispositivos 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)
(próximo assunto tiristores)
Um pouco de teoria:
Falando dos tiristores...Tipos:
Tiristor de comutação forçada;
Tiristor comutado pela rede;
Tiristor de desligamento pelo gatilho, GTO;
Tiristor de condução reversa, RCT;
Tiristor de indução estática, SITH;
Classificação dos tiristores:
Tiristor de desligamento auxiliado pelo gatilho, GATT;
Retificador controlado de silício, controlado por luz,
LASCR;
Tiristores controlados por MOS, MCTs;
(próximo assunto SCR)
• Existindo corrente de
gatilho, passa a se
comportar como um
diodo, mesmo quando
a correte de gatilho é
desligada
2. Retificador controlado de silício (SCR)
• As tensões máxima
que esse tiristor pode
bloquear, tanto direta
quanto reversa, são
bastate limitadas.
2. Retificador controlado de silício (SCR)
2. Retificador controlado de silício (SCR)
• Esse tiristor entra em
condução se estiver
diretamente
polarizado e for
fornecida uma
corrente no gatilho.
2. Retificador controlado de silício (SCR)
• O bloqueio acontece
quando a corrente
anodo-catodo para
de circular ou, da
mesma forma que
para um diodo de
potência, é
polarizado
reversamente
2. Retificador controlado de silício (SCR)
2. Retificador controlado de silício (SCR)
Detalhes de Funcionamento
O SCR é um dispositivo de três terminais, chamados de
anodo (A), catodo (K) e gatilho (G), como mostra a figura a
seguir:
Pode-se considerar o SCR um diodo controlado pelo
terminal de gatilho. No SCR, apesar da tensão de anodo
ser positiva, o mesmo ainda permanece bloqueado
(corrente nula).
Só quando for aplicado um pulso de gatilho, é que o
SCR passará a conduzir corrente, comportando-se como
um diodo retificador.
2. Retificador controlado de silício (SCR)
Detalhes de Funcionamento
Análogo a um diodo com um 3º terminal (gatilho).
Para conduzir, além de estar polarizado diretamente,
deve receber um pulso de corrente no gatilho.
São chaves estáticas biestáveis, ou seja, trabalham em
dois estados: não condução e condução, com a
possibilidade de controle.
Em muitas aplicações podem ser considerados chaves
ideais, mas há limitações a serem consideradas na
prática.
2. Retificador controlado de silício (SCR)
Detalhes de Funcionamento
Apresentam alta velocidade de comutação e elevada
vida útil;
Possuem resistência elétrica variável com a
temperatura, portanto, dependem da potência que
estiverem conduzindo;
2. Retificador controlado de silício (SCR)
Detalhes de Funcionamento
Aplicações do SCR
Controles de relés e motores;
Fontes de tensão reguladas;
Choppers (variadores de tensão CC);
Inversores CC-CA;
Ciclo conversores (variadores de frequência);
Carregadores de bateria;
Controles de iluminação;
Polarização Direta de um SCR
J1 e J3 polarizados diretamente
J2 polarizado reversamente: apresenta maior barreira de potencial
Flui pequena corrente de fuga direta do ânodo para o cátodo, IF
Bloqueio direto –DESLIGADO
Polarização Reversa de um SCR
J2 diretamente polarizada
J1 e J3 reversamente polarizadas: apresentam maiores barreiras de potencial
Flui pequena corrente de fuga reversa do cátodo para o ânodo, IR
Bloqueio reverso -DESLIGADO
Características Dinâmicas dos Tiristores
Entrada em condução (chave
fechada em t0)
Para que o SCR entre em
condução há um tempo para
que IG provoque o decaimento
de VAK e o aumento de IA;
Tempo de retardo (td)
depende da amplitude de IG e
sua velocidade de
crescimento;
tr depende das características
do componente.
Características Dinâmicas dos Tiristores
Características Dinâmicas dos Tiristores
Bloqueio do Tiristor (chave Ch2 fechada em t0)
Em t1, Ch2 é aberta novamente - SCR bloqueado;
Após tempo de recuperação (trr) deve-se manter tensão reversa por um tempo maior ou igual a tq para que seja alcançado o equilíbrio térmico e o SCR permanecer bloqueado.
Características Dinâmicas dos Tiristores
• O tiristor GTO (gate turn
off) entra em condução
através de um sinal
positivo no gatilho, e
bloqueia através de um
sinal negativo no gatilho.
Tiristor de desligamento pelo gatilho - GTO
Tiristor de desligamento pelo gatilho - GTO
Problemas Operacionais dos Tiristores
Efeito di/dt
Quando se inicia o processo de ignição de um tiristor, a
região de condução se restringe a uma pequena área
próxima ao gatilho. Esta área de condução cresce com uma
determinada taxa, assim como a corrente direta. Se a taxa de
crescimento da corrente for muito maior que a taxa de
crescimento da área de condução, ocorrerá um aquecimento
que poderá destruir o dispositivo.
Problemas Operacionais dos Tiristores
Efeito di/dt
Solução:
O crescimento da corrente pode ser limitado com a inclusão
de um indutor em série com o tiristor.
Problemas Operacionais dos Tiristores
Efeito dv/dt
Este efeito causa o disparo do tiristor em
tensões abaixo da definida pela corrente no
gatilho, isto é, disparos aleatórios.
Problemas Operacionais dos Tiristores
Efeito dv/dt
Solução:
O efeito dv/dt pode ser controlado com a inclusão
de um circuito RC (circuito Snubber) em paralelo
com o tiristor.
Problemas Operacionais dos Tiristores
Efeito dv/dt
Solução:
Problemas Operacionais dos Tiristores
Sobretensões
As sobretensões estão, normalmente, relacionadas a um corte bruscode corrente e o aparecimento de uma tensão (L.di/dt).
As causas mais prováveis de sobretensões são:
O processo de chaveamento do próprio tiristor;
Tensões transitórias transmitidas pelas redes industriais, devido achaveamentos de circuitos indutivos.
A proteção mais utilizada também é um circuito RC (Snubber) emparalelo com o tiristor.
Problemas Operacionais dos Tiristores
Sobrecorrentes
As principais causas do aparecimento de sobrecorrentes são:
Partida de motores;
Equipamentos de soldagem elétrica;
Presença de curto-circuito.
Para proteção:
Disjuntores de ação rápida (correntes não muito elevadas)
Fusíveis ultra-rápidos (correntes muito elevadas).
Problemas Operacionais dos Tiristores
Problemas térmicos
A junção do semicondutor - região crítica sob o aspecto da
temperatura - está diretamente submetida ao fluxo da corrente de
carga, como consequência há uma resposta muito rápida às
variações de corrente.
Problemas térmicos
Solução:
Para evitar esses problemas é necessário o projeto de dissipadores
para transferir o calor para o ambiente.
Matemática do SCR:
Circuitos utilizando SCR
Objetivos:
Aprender algumas aplicações práticas utilizando SCR.
Aprender a dimensionar circuito de disparo para controlar
fase em carga resistiva utilizando SCR.
Circuitos utilizando SCR
Circuito em corrente contínuaA figura apresenta um circuito didático, utilizando SCR em corrente contínua.
Circuitos utilizando SCR
Consultando o catálogo do SCR TIC106D, foram obtidas as seguintes informações::
Para que o SCR dispare, uma corrente no mínimo igual à IGT deve ser aplicada ao
gatilho do SCR.
Além disso, a tensão entre anodo e cátodo (V ) deve ser maior ou igual a 0,6 V
(VGT).
Neste caso, o resistor R1 irá determinar (ou limitar) a corrente de gatilho IG.
Circuitos utilizando SCR
Para dimensionar R1, basta aplicar a Lei de Ohm na primeira malha do
circuito. Os cálculos são apresentados a seguir:
Circuitos utilizando SCR
SCR como retificador de meia onda
Circuito retificador de meia onda controlado
Circuitos utilizando SCR
Segundo a sua folha de dados, o SCR TIC116B precisa:
20 mA de corrente de gatilho,
6 VCC de tensão entre anodo e catodo (VAK) (VGK),
0,6 V de tensão de gate (VGT) nesse circuito é igual a (VGK)).
Desta forma, logo no início do semiciclo positivo, a tensão da rede de
alimentação atinge um valor suficientemente alto para garantir as condições
de disparo de SCR, que conduzirá e acenderá a lâmpada.
Circuitos utilizando SCR
Desconsiderando a queda de tensão no diodo e entre gatilho e cátodo, após a
condução do SCR (VGT), a tensão da rede em que o disparo ocorre pode ser
calculada da seguinte maneira:
Como as condições de disparo fixam dois valores (VAK = 6 V e IGT = 20 mA), com
certeza, entre 3,6 V e 6 V, a corrente necessária será atingida para garantir o
disparo do SCR.
Circuitos utilizando SCR
Com quantos graus, a tensão da rede atinge 6 V?
Em que: – ângulo de disparo em graus
Circuitos utilizando SCR
Portanto, praticamente todo semiciclo positivo é aplicado à lâmpada, como
pode ser observado pelas formas de onda da Figura.
Formas de onda no circuito retificador de meia onda com SCR
Circuitos utilizando SCR
SCR controlando fase numa carga resistiva
Observe o circuito da Figura :
Dados
IGT = 200 μA
VGT = 0,6 V
a) Calcule os valores do resistor fixo R1 e da resistência variável (potenciômetro) R2,
para disparo do SCR em 2°, 15°, 30°, 60° e 90°, em relação à tensão da rede.
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 15°
Disparo em 2°
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 30°
Disparo em 60°
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 90°
Portanto, podem ser escolhidos os seguintes resistores:
Tabela 6.1: Ângulos de disparo e componentes relacionados
Ângulo de disparo () RX (Ω) R1 (kΩ) R2 (Ω)
2° 28.340,6 20 8.340,6
15° 229.426,1 20 208.426,1
30° 445.012,8 20 425.012,8
60° 774.713,0 20 754.713,0
90° 895.025,6 20 875.025,6
Circuitos utilizando SCR
b) Desenhe as formas de onda da tensão sobre a carga.
Disparo em 2°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 2º
Circuitos utilizando SCRDisparo em 15°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 15º
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 30°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 30º
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 60°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 60º
Circuitos utilizando SCR
Disparo em 90°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 90º
Circuitos utilizando SCR
O valor médio da tensão na carga para uma senóide, retificada em meia onda,
com ângulo de disparo , é dado pela Equação 6.1.
O valor eficaz da tensão na carga para uma senóide, retificada em meia onda,
com ângulo de disparo , é dado pela Equação 6.2.
c) Calcule o valor médio e eficaz da tensão na carga para os valores de , bem
como a potência dissipada.
Circuitos utilizando SCR
A potência dissipada pela carga é dada pela Equação 6.3.
A Tabela mostra os valores da tensão média, da tensão eficaz e da potência
dissipada pela carga para cada ângulo de disparo.
Tensões média, eficaz e potência dissipada pela carga para cada ângulo.
Ângulo de disparo () Vm (V) Vrms (Vrms) P (W)
2° 57,2 89,8 80,64
15° 56,2 89,6 80,28
30° 53,3 88,5 78,32
60° 42,9 80,5 64,80
90° 28,6 63,5 40,32
Circuitos utilizando SCR
Atividades de aprendizagem1.O circuito da Figura é alimentado por uma fonte CA de 127 Vrms. Calcule osvalores do resistor RX para disparo do SCR em 2°, 15°, 30°, 60° e 90° (ângulo dedisparo em relação à tensão da rede) e desenhe as formas de onda da tensão nacarga RL de 100 ohms e no SCR. Calcule o valor médio e eficaz da tensão na cargapara os valores de . Calcule também a potência dissipada. Para o cálculo dovalor dos resistores no circuito de gatilho, considerar a queda de tensão do diodoD1 igual a 0,7 V.
Dados
IGT(tip) = 200 μA
VGT(tip) = 0,6 V
ITmax = 8 A
VRRM = 200 V
(próximo assunto TJB)
• O transistor bipolar pode
ser do tipo NPN ou PNP. O
transistor pode funcionar na
região de corte, região ativo
ou região de saturação. Em
fontes chaveadas, o
transistor é utilizado em
corte ou saturação.
3. Transistor de Potência bipolar de junção
(TJB)
• O transistor bipolar é um
interruptor controlado por
corrente e requer uma
corrente de base para que
flua uma corrente de
coletor.
3. Transistor de Potência bipolar de junção
(TJB)
É um dispositivo de três camadas P e N
(P-N-P ou N-P-N), cujos símbolos são mostrados na
figura.
3. Transistor de Potência bipolar de junção
(TJB)
Segue os mesmos parâmetros do transistor de sinal, com alguns
parâmetros próprios devido aos níveis de correntes e tensões de
trabalho:
O ganho varia entre 15 e 100;
Operação como chave em dois estados: corte e saturação;
Tensão e corrente máximas de coletor de 700V e 800A;
Tensão de saturação é de 1,1V para um transistor de silício.
Tensão de bloqueio reverso entre coletor e emissor em torno de 20V,
de modo que o impede de trabalhar em AC.
(próximo assunto mosfet)
3. Transistor de Potência bipolar de junção
(TJB)
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
O transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido
metálico (MOSFET) de potência é um dispositivo para uso
como chave em níveis de potência.
Os terminais principais são o dreno e a fonte, com a
corrente fluindo do dreno para a fonte e sendo controlada
pela tensão entre a porta e a fonte.
3. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
Abaixo é mostrado o símbolo do MOSFET:
O MOSFET é um transistor de chaveamento rápido,
caracterizado por uma alta impedância de entrada,
apropriado para potências baixas (até alguns quilowatts) e
para aplicações de alta frequência (até 100kHz).
O MOSFET infelizmente sozinho não consegue bloquear
uma tensão reversa entre dreno e fonte.
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
Isto de deve a um diodo
acoplado internamente a sua
estrutura em antiparalelo.
Este diodo é chamado de
diodo de corpo e serve para
permitir um caminho de
retorno para a corrente para
a maioria das aplicações de
chaveamento. Este diodo é
mostrado na figura ao lado.
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
• O MOSFET é um
interruptor controlado
por tensão e requer
apenas uma pequena
corrente de entrada
para que flua uma
elevada corrente de
dreno para source.
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
• A velocidade de
chaveamento do
MOSFET é elevada.
• Os tempos de comutação
são da ordem de nano
segundos.
• Permitem elevadas
frequências de
chaveamento.
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
• O MOSFET é um dispositivo
controlado por tensão e possui
uma impedância de entrada
muito elevada. Portanto, o
gatilho ou gate drena uma
corrente muito baixa. Desta
forma, o circuito de gatilho se
torna mais simples.
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
4. Transistor de efeito de campo metal-óxido-
semicondutor (MOSFET)
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) mescla as
características de baixa queda de tensão de saturação do
TJB, com as excelentes características de chaveamento e
simplicidade dos circuitos de controle da porta do MOSFET.
Figura 11 – Símbolo do IGBT
Os IGBTs substituiram os MOSFETS em aplicações de
alta tensão, nas quais as perdas na condução precisam ser
mantidas em valores baixos.
Embora as velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam
maiores (até 50 kHz) do que as dos TJBs, são menores que
as dos MOSFETs.
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
Portanto, as frequências máximas de chaveamento
possíveis com IGBT ficam entre as dos TJBs e as dos
MOSFETs.
Ao contrário do que ocorre no MOSFET, o IGBT não tem
qualquer diodo reverso interno. Assim, sua capacidade de
bloqueio para tensões inversas é muito ruim. A tensão
inversa máxima que ele pode suportar é de menos de 10 V.
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
• O IGBT integra as vantagens do transistor
(capacidade de corrente) com as do
MOSFET (controle por tensão).
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
• O IGBT, portanto, é
um dispositivo
acionado por tensão.
O IGBT é mais rápido
que o transistor
bipolar, porém, mais
lento que o MOSFET.
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
• O IGBT possui baixas
perdas em condução e
elevada capacidade de
corrente.
• Possui perda de
comutação
significativa, devido a
presença da corrente
de cauda.
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
5. Transistor bipolar de porta isolada (IGBT)
6. TRIAC
Para se evitar a necessidade de utilização de dois SCRs
em antiparalelo, foi desenvolvido o TRIAC.
TRI (triodo ou dispositivo de três terminais) e AC (corrente
alternada) formam o nome deste elemento, cuja principal
característica é permitir o controle de passagem de corrente
alternada.
As condições de disparo são
análogas ao do SCR. Podendo ser
disparado com corrente de gatilho
positiva ou negativa.
Em condução, apresenta-se
quase como um curto-circuito
com queda de tensão entre 1V e
2V.
Os terminais são chamados de
anodo 1 (A1 ou MT1), anodo 2
(A2 ou MT2) e gatilho (G)
Figura 23 – Símbolo do triac
6. TRIAC
O TRIAC pode ser disparado em qualquer polaridade de
tensão e sentido de corrente, desta forma ele opera nos
quatro quadrantes, tomando-se o terminal A1 como
referência.
Quadrantes de polarização do triac
6. TRIAC
a) Existem quatro modos diferentes para disparo de um TRIAC, operando em quatroquadrantes. Tomando-se MT1 como referência, os quatro quadrantes são definidospela polaridade de MT2 e o gatilho (G) em relação a MT1. A seguir são detalhadosestes quatro modos de disparo.
b) Disparo no 1° quadrante – os terminais MT2 e gatilho (G) estão positi- vos em relação
a MT1.
c) Disparo no 2° quadrante – o terminal MT2 está positivo e o terminal G está negativo,
ambos em relação a MT1.
d) Disparo no 3° quadrante – o terminal MT2 está negativo e o terminal G está negativo,
ambos em relação a MT1.
e) Disparo no 4° quadrante – o terminal MT2 está negativo e o terminal G está positivo,
ambos em relação a MT1. Logo, a corrente entra em G.
6. TRIAC
6. TRIAC
No 1° e 3° quadrantes, obtêm-se maior sensibilidade de disparo para o TRIAC
em relação às outras possibilidades;
No 4° quadrante, a sensibilidade é pequena;
No 2° quadrante, é ainda mais reduzida, devendo ser utilizada somente em
TRIACs concebidos especialmente para este fim.
Portanto, o disparo de um TRIAC não é simétrico, ou seja, não dispara nas
mesmas condições para os quatro quadrantes.
6. TRIAC
PerguntaEm circuitos de corrente alternada, como o TRIAC pode ser bloqueado se ele nunca fica reversamente polarizado?
RespostaNa passagem do sinal de tensão por zero a corrente principal (IA) também cai a zero e o TRIAC é bloqueado (IA < IH).
A sensibilidade ao disparo varia conforme o quadrante, em função das
diferenças nos ganhos de amplificação, em cada caso. Normalmente, o
primeiro quadrante é o de maior sensibilidade ao disparo e o quarto, o de
menor.
Os circuitos a seguir mostram, como exemplo, aplicações simples do
TRIAC em corrente alternada:
6. TRIAC
6. TRIAC
6. TRIAC
Controle de onda completa com TRIAC
Observe que esse circuito efetua disparo no 1° e 3° quadrantes.
6. TRIAC Controle de onda completa com TRIAC
Considerando que este TRIAC possui módulos iguais de corrente de disparo
(|IGT| = 50 mA) para o 1° e o 3° quadrantes e;
Considerando que a queda de tensão típica de disparo entre G e MT1 é VGT = 1,2 V.
, Calcular em quais ângulos serão efetuados os disparos.
Portanto, o TRIAC irá disparar em:
1,13° (1° quadrante) e
181,13° (3° quadrante).
6. TRIAC
O TRIAC bloqueia quando o sinal de corrente entre os terminais MT1 e MT2 passapelo zero da senoide.
No caso deste circuito, como a carga (lâmpada incandescente) é puramenteresistiva, a tensão passa por zero no mesmo instante da corrente, ou seja, atensão e a corrente estão em fase.
Neste circuito a lâmpada receberá praticamente todo o ciclo de onda, de acordocom a figura.
Forma de onda da tensão VR sobre a carga (lâmpadaincandescente)
6. TRIAC
a) Como você faria para alterar o ângulo de disparo?
b) Como você faria para disparar o TRIAC em uma tensão pré-estabelecida?
Estas questões serão abordadas na próxima aula.
• O TRIAC pode conduzir
em ambos os sentidos.
Podemos, inclusive,
considerar o TRIAC
como dois tiristores em
antiparalelo.
6. TRIAC
6. TRIAC
Circuitos utilizando TRIAC
Objetivos
Aprender dimensionar circuito para controlar fase de carga resistiva utilizando
TRIAC.
Compreender o funcionamento de um DIAC e de um circuito dimmer.
Compreender a função e o funcionamento de um acoplador óptico.
6. TRIAC
TRIAC controlando fase de uma carga resistivaExemplo
Observe o circuito da figura:
Dados
IGT = 50 mA (1º e 3º quadrantes) VGT = 2,0 V (1º e 3º quadrantes)
a) Calcule os valores do resistor fixo R1 e da resistência variável (potenciô-
metro) R2 para disparo do TRIAC em 2°, 15°, 30°, 60° e 90° em relação à tensão
da rede.
6. TRIAC
Disparo em 2°
Disparo em 15°
6. TRIAC
Disparo em 30°
Disparo em 60°
6. TRIAC
Disparo em 90°
Portanto, podem ser escolhidos os resistores apresentados na tabela.
Ângulos de disparo e componentes relacionados
Ângulo de disparo
()
RX (Ω) R1 (Ω) R2 (Ω)
2° 85,4 50 35,4
15° 889,7 50 839,7
30° 1.756,1 50 1706,1
60° 3.070,9 50 3.020,9
90° 3.552,1 50 3.502,1
6. TRIAC
b) Desenhe as formas de onda da tensão sobre a carga.
Disparo em 2°
Forma de onda da tensão sobre a carga com disparo em 2º
6. TRIAC
Disparo em 15°
Disparo em 30°
6. TRIAC
Disparo em 60°
Disparo em 90°
6. TRIAC c) Calcule o valor médio e eficaz da tensão na carga para os valores de , bem
como a potência dissipada.
Quando se utiliza um circuito com TRIAC em corrente alternada, o valor médio
da tensão na carga, para qualquer ângulo de disparo, é sempre igual à zero.
Entretanto, o valor eficaz da tensão na carga é diferente de zero e dependerá do
ângulo de disparo “alfa” (), conforme a equação abaixo:
6. TRIAC
Tensões média, eficaz e potência dissipada pela carga, para cada ângulo de disparo
Ângulo de disparo () Vm (V) Vrms (Vrms) P (W)
2° 0 127,0 161,29
15° 0 126,8 160,78
30° 0 125,2 156,75
60° 0 113,9 129,73
90° 0 89,8 80,64
tabela acima, observa-se que, quanto maior o ângulo de disparo do triac, menor será a tensão
eficaz aplicada à carga e vice-versa.
Disparando-o em diversos ângulos da tensão senoidal da rede, é possível aplicar à carga RL,
potências diferentes.
cálculo da potência foi utilizada a mesma expressão utilizada na Equação 6.3.
6. TRIAC Disparo com divisor de tensão
R1 é um resistor fixo cuja função é limitar a corrente de gatilho do TRIAC.
R2 é um resistor variável, cuja variação provoca a variação do ângulo de disparo do
TRIAC.
Observe que Rx = R1 + R2, pois estão em série e possuem a mesma corrente.
O conjunto R3 e C1 formam um circuito Snubber de proteção contra disparo por
variação de tensão.
6. TRIAC
Dados
IGT = 50 mA (1º e 3º quadrantes)
VGT = 2,0 V (1º e 3º quadrantes)
RGK = 1 kΩ
Responda
a) Encontre a expressão para calcular RX, em função da corrente de disparo (IGT) do
TRIAC.
6. TRIAC De acordo com Lei dos Nós, observamos que:
Sabemos que a tensão sobre o resistor RGK é igual à VGT, após o disparo.
Portanto, podemos reescrever a equação anterior da seguinte maneira:
Logo:
6. TRIAC
Cálculo de RX
Cálculo de R2
b) Determine os valores de RX e R2 para disparo em 30°.
7. DIAC
O DIAC (Diode Alternative Currente) é uma chave bidirecional disparada por
tensão.
Normalmente, a tensão de disparo dos DIACs ocorre entre 20 e 40V.
A sua curva característica está mostrada a seguir, junto com seus símbolos
mais utilizados .
7. DIAC
Basicamente, trata-se de um TRIAC sem gatilho.
Ele só dispara quando a tensão aplicada atinge as tensões de disparo VD.
Geralmente este valor se encontra entre 20 e 40 volts.
Trata-se de um dispositivo simétrico, ou seja, ele possui as mesmas condições de disparo tanto para o 1°, quanto para o 3° quadrantes. Portanto, ele corrigeo problema de antissimetria de disparo do TRIAC, de acordo com o circuito
dimmer da figura
7. DIAC
O capacitor C1 atrasa a tensão aplicada sobre o DIAC.
Então, é comum dizer que se trata de disparo por rede defasadora.
7. DIAC Torna-se possível disparar o TRIAC com ângulos maiores que 90° e 270°.
A tensão sobre o capacitor, atrasada em relação à tensão da rede, é quem vai
disparar o DIAC e, consequentemente, o TRIAC.
7. DIAC
Optoacopladores
Os optoacopladores ou acopladores ópticos possuem a função de proporcionarisolamento elétrico entre o circuito de disparo e o circuito de potência, já que ocontato passa a ser realizado por luz.
Eles são construídos com um LED infravermelho e um fotodetector, que pode ser
um transistor, um SCR ou um TRIAC (sensíveis a luz), de acordo com a figura.
7. DIAC
Nesse circuito luz emitida pelo LED D2 irá acionar o fototriac Q2. , disparando oTRIAC principal Q1, ligando a carga.
DadosOptoacoplador MOC3011
LED D2
IA = 10 ~ 50 mA
VF = 1,3 V ~ 10mA
TRIAC Q2
VBR, VB0 = 250 V
VT(max) = 3 V @100mA
IA(max) = 1,2 A
TRIAC Q1
VGT = 2,0 V
IGT = 100 mA
7. DIAC Exemplo
Observe o circuito da Figura 8.12.
A luz emitida pelo LED D2 irá acionar o fototriac Q2. Estes elementos estão
encapsulados em um único circuito integrado. Assim, polarizando diretamente o LED
D2, por meio da tensão de controle (Vcontrole), o fototriac Q2 irá conduzir, disparando o
TRIAC principal Q1, ligando a carga.
Dados
TRIAC Q1
VGT = 2,0 V
IGT = 100 mV
Optoacoplador MOC3011
LED D2
IA = 10 ~ 50 mA
VF = 1,3 V @ 10 mA
7. DIAC Responda
a) Verifique se o MOC está sendo usado dentro de seus parâmetros máximos.
LED D2
(dentro da faixa de 10~50 mA)
TRIAC Q2
Considerando VT = 0 V para Q2 e VGT = 0 V para Q1, a corrente máxima em Q2 será:
(menor que 1,2 A)
7. DIAC
b) Cálculo do valor da tensão da rede no instante de disparo do TRIAC Q1.
7. DIAC
Resumo
Nessa aula, você aprendeu como controlar a fase em uma carga resistiva,
utilizando TRIAC.
Você também conheceu o dispositivo DIAC e compreendeu a função e o
funcionamento de um optoacoplador.
Aplicações práticas dos tiristores:
Os tiristores de comutação natural ou pela rede
podem operar até 6000 V e 3500 A;
Os tiristores de alta velocidade, neste caso
apresentam tempos de desligamento da ordem
de 10 a 20 ms e valores de tensão de 1200 V e
corrente de 2000 A;
Os tiristores de condução reversa RCT e de
desligamento auxiliado pelo gatilho GATTs são
amplamente utilizados para chaveamento em
alta velocidade, em especial em aplicações de
tração;
Um RCT pode ser conside-rado como um SCR
com um diodo em anti-paralelo, 2500 V, 1000 A
(400 A em condução reversa) e apresentam
tempos de cha-veamento da ordem de 40 ms.
Aplicações práticas dos tiristores:
Os GATTs são fornecidos em até 1200 V e 400 A,
com uma velocidade de chaveamento de 8 ms;
Os LASCR, retificadores controlados de silício
controlados por luz são fornecidos em até 6000 V e
1500 A , com uma velocidade de chaveamento de
200 a 400 ms;
Os LASCR são apropriados para sistemas de alta
potência HVDC;
Aplicações práticas dos tiristores:
Os TRIACs são amplamente utilizados no
controle de cargas CA de baixa potência;
Os GTOs e os tiristores de indução estática
SITHs são tiristores autodesligáveis.
São ligados e desligados pela aplicação de um
curto pulso positivo e negativo respectivamente.
GTOs são fornecidos em até 4000V e 3000 A;
Aplicações práticas dos tiristores:
Os SITHs, cujos valores nominais podem ser tão altos, como
1200V e 300 A, têm expectativa de aplicação em
conversores de média potência, com uma freqüência de
várias centenas de quilohertz e além da faixa de freqüência
dos GTOs;
Os MCTs podem ser ligados por um pequeno pulso de
tensão negativa na porta MOS e vice-versa em relação ao
seu ânodo, fornecidos em até 1000 V e 100 A.
Aplicações práticas dos tiristores:
Os BJTs, apresentam três terminais cbe 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;
Aplicações práticas dos tiristores:
Os IGBTs, são transistores de potência
controlados por tensão;
São inerentemente mais rápidos que os BJTs,
mas não tão rápidos quanto os MOSFETs;
São fornecidos em até 1200 V, 400 A podendo
operar em freqüências de até 20 kHz;
Aplicações práticas dos tiristores:
O Transistor de indução estática SITs é similar a
um JFET;
Possui baixo ruído, baixa distorção e
capacidade de potência em altas frequências de
áudio;
São fornecidos em até 1200 V, 300 A podendo
operar em frequências de até 100 kHz; Usados
em áudio, VHF/UHF e microondas;
Aplicações práticas dos tiristores:
Aplicações práticas dos tiristores:
Limites de Funcionamento
Principais Características dos Dispositivos de Potência
Principais Aplicações dos Dispositivos de Potência
Características e
Simbologia dos
Dispositivos de
Potência
1.5 Tipos de Circuitos em Eletrônica de Potência
1. Retificadores com diodos;
2. Conversores CA-CC (retificadores
controlados);
3. Conversores CA-CA (controladores de tensão
CA);
4. Conversores CC-CC (choppers);
5. Conversores CC-CA (inversores);
6. Chaves estáticas;
Os circuitos de eletrônica de potência podem ser:
u Um circuito retificador converte tensão CA em
uma tensão CC fixa;
1. Retificadores a Diodo CA - CC
u O valor médio da tensão pode ser
controlado variando-se o tempo de
condução dos tiristores ou o atraso do
ângulo de disparo, .
2. Retificadores controlados
(Conversores CA – CC)
São usados para que se possa obter uma
tensão CA variável a partir de uma tensão
CA fixa. Através do controle do ângulo de
disparo, ;
3.Conversores CA – CA
(Controladores de tensão CA)
u Também conhecido como chopper ou
regulador chaveado. A tensão média de
saída é controlada pela variação do tempo de
condução do transistor, tON. Se T é o período
de operação do conversor, então tON=DT.
Onde D é chamado ciclo de trabalho do
conversor;
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Principais tipos de conversores CC/CC
Objetivos
Compreender o princípio de funcionamento dos conversores CC/CC.
Conhecer os principais tipos de conversores CC/CC.
Especificar os componentes eletrônicos principais dos conversores estudados.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Segundo Mello (2011), existem seis conversores CC/CC básicos e a maioria dosconversores encontradas na prática são baseados nesses circuitos:
Buck,
Boost,
Buck-Boost,
CUK,
SEPIC,
ZETA.
o Em todos, a tensão de saída é controlada por uma chave ativa (transistor) e umachave passiva (diodo).
o O transistor sempre opera como chave, (corte / saturação).
o Há sempre um filtro capacitivo na saída, de modo a manter, sobre o circuito, atensão estabilizada.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
O conversor buck também é chamado de abaixador(step-down).
BUCKO conversor buck é um conversor abaixador de tensão e é utilizado quando sedeseja uma redução na tensão de saída VS em relação à tensão de entrada VE.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
1ª Etapa (TON) – Transistor em condução e diodo em corte:
A corrente circula pelo transistor, pelo indutor L (iL = iT) e pela saída.A tensão de entrada VE fornece energia para a saída e para a magnetização doindutor L, bem como para o capacitor.Quando o valor instantâneo da corrente pelo indutor for maior do que acorrente da carga, a diferença carrega o capacitor.
Transistor conduzindo,
Diodo em corte
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
2ª Etapa (TOFF) – Transistor está bloqueado e diodo conduzindo. A tensão de entrada VE se desliga do circuito.O diodo entra em condução e mantém a corrente circulando pelo indutor (iL = iD).Em (TOFF), a energia do indutor é transferida para a carga (indutor é desmagnetizado).Enquanto o valor instantâneo da corrente pelo indutor for maior do que a corrente dacarga, a diferença carrega o capacitor.Quando a corrente for menor, o capacitor se descarrega, suprindo a diferença, a fim demanter constante a corrente da carga (já que estamos supondo constante a tensão VS).
Transistor em corte,
diodo em condução
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
A forma de onda da corrente no indutor tem o formato triangular,variando entre os valores mínimo (ILmin) e máximo (ILmax).
O valor médio desta corrente será IS, a corrente de saída para acarga, uma vez que o valor médio da corrente no capacitor seránulo.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS) A forma de onda mostrada trata-se de condução contínua, pois a corrente no
indutor não cai a zero em cada período.
Se atingisse o valor zero e permanecesse em zero algum instante teríamos ocaso de condução descontínua de corrente.
Caso ficasse no valor limite teríamos a chamada condução crítica de corrente.
Conforme o modo de condução de corrente dos conversores os valores doscomponentes serão alterados.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Lembre-se de que, no indutor, a tensão induzida em seus terminais é dada pelaEquação 10.1.
Durante o intervalo de tempo TON (primeira etapa de funcionamento), a tensão sobre o
indutor é dada pela Equação 10.2.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Se VS tem um valor constante e menor que VE (circuito abaixador de tensão),
Nesta etapa, a tensão sobre o indutor terá um valor constante e positivo,
A corrente no indutor aumentará linearmente com o tempo (Figura 10.3a), de
acordo com a equação:
Durante o intervalo de tempo TOFF, a tensão sobre o indutor terá um valor negativo e
constante, dado pela Equação 10.4.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Nesta etapa, a corrente no indutor diminuirá linearmente com o tempo, de acordo
com a equação.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Essas equações desprezam a tensão VCE de saturação do transistor e a tensão direta
sobre o diodo, uma vez que na maioria dos casos VE e VS são muito maiores do
que estas tensões.
Eliminando as correntes IL min e IL max, nas Equações 10.3 e 10.5, teremos a Equação
10.6.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
A Equação abaixo descreve o funcionamento básico do conversor buck.
Como D ≤ 1, a tensão de saída será sempre menor do que a tensão de
entrada.
Se o conversor operar com relação cíclica constante, variações na tensão de
entrada irão acarretar em variações na tensão de saída.
Para uma saída constante, é utilizado um circuito de controle que ajusta a
relação cíclica D. (independentemente das variações na tensão de entrada e
da corrente drenada na saída).
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Se a corrente pelo indutor não vai a zero durante a condução do diodo, diz-se que o
circuito opera no modo de condução contínua.
Tanto o transistor, como o diodo não podem deixar de conduzir em algum instante do
período de chaveamento TS.
Caso contrário, tem-se o modo descontínuo.
Prefere-se operar no modo de condução contínua, pois há, neste caso, uma relação bem
determinada entre a largura de pulso e a tensão média de saída.
A corrente de carga IS, de acordo com a equação :
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
A corrente mínima de saída para manter o modo de condução contínua de
corrente pode ser calculada, fazendo-se nula a corrente mínima no indutor:
Como VS, L e TS = 1/fS são constantes, o valor da corrente mínima de saída,
para manter o modo contínuo, varia com a razão cíclica D.
Essa equação é útil para a determinação do valor da indutância L, necessária
para o funcionamento no modo contínuo.
Se, por acaso, a tensão de entrada varia, o valor de D deve ter o maior valor
possível encontrado para a tensão mínima de entrada.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS) O capacitor C, colocado em paralelo com a carga RS, serve para diminuir a
ondulação da tensão de saída.
A carga armazenada pelo capacitor pode ser calculada pela área sombreada
(área do triângulo) na figura,
Enquanto a corrente pelo indutor for maior que IS (corrente na carga, suposta
constante) o capacitor se carrega,
Quando for menor, o capacitor se descarrega.
A carga armazenada será descrita pela equação abaixo:
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Eliminando ILmax e ILmin, com auxílio da Equação 10.3, encontraremos a Equação 10.10.
A variação de tensão (ondulação) em um capacitor está relacionada à carga
que ele adquire por meio da Equação 10.11.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Assim, o capacitor de saída pode ser definido a partir da variação da
tensão admitida, lembrando-se que valores muito baixos para a
ondulação ocasionam valores de capacitância elevados.
Quanto maior for a frequência de chaveamento (fS = 1/TS), menor
será o valor do capacitor.
Finalmente, o transistor e o diodo podem ser especificados em
termos da máxima tensão que estes dispositivos podem suportar,
quando não estão conduzindo, e da máxima corrente que os
percorre, quando em condução.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
CONVERSOR BOOST (STEP-UP)
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Conversor boost (STEP-UP)
O conversor Boost é um conversor elevador de tensão e é utilizado quandose deseja um aumento na tensão de saída VS em relação à tensão de entradaVE. Na figura abaixo é ilustrado o diagrama elétrico do conversor boost.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
As etapas de funcionamento do conversor Boost podem ser visualizadas na Figura
10.5 e são descritas a seguir.
Figura 10.5: Etapas de funcionamento do conversor boost –
transistor conduzindo (a) e transistor em corte e diodo em condução(b)
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
1ª Etapa (TON) – nesta etapa, o transistor está conduzindo (saturado) e fun-
ciona como uma chave fechada (iL = iT). Durante esse período (TON), a fonte de
entrada VE fornece energia ao indutor L e ele é magnetizado. O diodo
encontra-se reversamente polarizado não fornecendo corrente à carga.
Durante esse período, o capacitor fornece corrente à carga RS e deve manter a
tensão de saída sem grandes variações. Deve-se escolher um valor de
capacitância alto, para que a ondulação na tensão de saída seja baixa.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
2ª Etapa (TOFF) – nesta etapa, o transistor T está bloqueado. O diodo D entra em
condução e mantém a corrente circulando pelo indutor (iL = iD). Durante esse
período (TOFF), a energia armazenada no indutor é transferida para a carga e
para o capacitor. A tensão na carga aumenta. A corrente no indutor deve ser
capaz de repor a carga perdida pelo capacitor durante a 1ª etapa e manter a
corrente da carga IS constante.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Durante o intervalo de tempo em que o transistor está conduzindo (TON), a tensão
sobre o indutor tem o seguinte valor: VL = VE. Como a tensão sobre o indutor tem
um valor constante e positivo, a corrente no indutor aumentará linearmente com
o tempo (Figura 10.6.a), de acordo com a Equação 10.12.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Da mesma forma, durante o intervalo de tempo TOFF, a tensão sobre o indutor será a
diferença entre a tensão de saída VS e a tensão de entrada, dada pela Equação 10.13.
Como VS é maior do que VE, a tensão no indutor terá um valor negativo nesta etapa e a
corrente no indutor diminuirá linearmente com o tempo, de acordo com a Equação
10.14.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
As equações acima foram escritas desprezando a tensão VCE de saturação do
transistor e a tensão direta sobre o diodo, uma vez que, na maioria dos casos, a
tensão de entrada e de saída serão muito maiores do que estas tensões.
Eliminando as correntes ILmin e ILmax, nas Equações 10.12 e 10.14, teremos a
Equação 10.15:
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
A Equação 10.15 descreve o funcionamento básico do conversor buck.
Como D ≤ 1, a tensão de saída será sempre maior do que a tensão de entrada.
Se o conversor operar com relação cíclica constante, variações na tensão de
entrada irão acarretar em variações na tensão de saída. Como se deseja que a
saída seja constante, na prática é utilizado um circuito de controle que ajusta a
relação cíclica D, de tal forma que a tensão de saída seja constante,
independentemente das variações na tensão de entrada e da corrente drenada
na saída
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)De acordo com a Figura 10.4, a corrente de saída IS é igual ao valor médio
da corrente que passa pelo diodo, uma vez que a corrente média no
capacitor é nula. Como o diodo só conduz no intervalo de tempo TOFF,
durante o período de chaveamento TS, pode-se escrever a Equação 10.16.
A corrente mínima de saída, para manter o modo contínuo de corrente,
pode ser calculada, fazendo-se nula a corrente mínima no indutor. Assim,
fazendo-se ILmin = 0 nas Equações 10.12 e 10.16 e rearranjando,
encontraremos a Equação 10.17.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)
Como VE, L e TS = 1/fS são constantes, o valor da corrente mínima de saída,
para manter o modo contínuo, varia com a razão cíclica D. Essa equação é
extremamente útil para a determinação do valor da indutância L necessária
para o funcionamento no modo contínuo.
O valor mínimo do capacitor de saída, para manter a ondulação da tensão de
saída VC, dentro de limites especificados, pode ser calculado pela carga
perdida pelo capacitor durante o tempo de condução do transistor TON, de
acordo com a Equação 10.18.
4. Conversores CC – CC (CHOPPERS)Finalmente, o transistor e o diodo podem ser especificados em termos damáxima tensão que estes dispositivos podem suportar quando não estãoconduzindo e da máxima corrente que os percorre quando em condução.Resumo
Buck, que é utilizado quando se deseja uma redução na tensão de saída VS em
relação à tensão de entrada VE .
Boost, que é utilizado quando se deseja um aumento na tensão de saída VS em
relação à tensão de entrada VE.
Finalmente, definimos o modo de condução contínua dos conversores e vimos
como especificar os elementos passivos (indutor e capacitor) e ativos (transistor e
diodo) que compõem os conversores CC/CC.
. No conversor elevador de tensão, da questão anterior, admite-se uma on-
dulação na tensão de saída de ±2 V. Determine o valor mínimo do capacitor de
saída, para uma corrente de saída, em modo contínuo igual a 5 A.
u Como os dispositivos de potência podem ser
operados como chaves estáticas, relês,
contatores ou até circuitos de proteção
como disjuntores eletrônicos, a
alimentação para essas chaves pode ser
tanto CA quanto CC e as chaves são
chamadas chaves estáticas CA ou chaves
estáticas CC;
5. Chaves Estáticas
Chaves estáticas
6. Conversores CC-CA (INVERSORES)
OBJETIVOS:
Compreender o princípio de funcionamento de um inversor de fre-
quência.
Identificar as principais vantagens de se utilizar um inversor de fre-
quência em sistemas de acionamento.
Conhecer os elementos constituintes de um inversor.
Conhecer os principais parâmetros de um inversor de frequência.
Distinguir um inversor de frequência escalar de um vetorial.
7-.Inversores de Frequência
Finalidade do inversor de frequência:
Também conhecidos como conversores de frequência, são
dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede
alternada senoidal, em tensão contínua e finalmente
convertem esta última, em uma tensão de amplitude e
frequência variáveis.
7-.Inversores de Frequência
A frequência de operação de um inversor está normalmente entre
0,5 e 400 Hz, dependendo do modelo e da marca, podendo
facilmente controlar a velocidade do eixo do motor, por meio da
variação de frequência imposta pelo inversor.
Os inversores de frequência possuem uma entrada ligada à rede
de energia comum de alimentação, podendo ser monofásica ou
trifásica, e uma saída que é aplicada ao dispositivo que deve ser
alimentado, no caso um Motor de Indução Trifásico (MIT).
7-.Inversores de Frequência
7-.Inversores de Frequência
Esse equipamento versátil e dinâmico é muito utilizado nas
mais Diversas áreas:
Elevadores,
Máquinas-ferramenta,
Bombas,
Tração mecânica, etc.
Os inversores de frequência também, controlam outros
parâmetros inerentes ao motor elétrico, sendo que um deles
é o controle de torque.
7-.Inversores de Frequência
Mas quando a velocidade de um motor é alterada pela
variação da frequência, seu torque também será modificado.
No motor de indução, o torque é diretamente proporcional
à tensão aplicada no estator e inversamente proporcional à
frequência.
Assim, para manter o torque constante, basta fazer com que
a relação tensão/ frequência, ou V/F, seja constante.
7-.Inversores de Frequência
Os inversores de frequência são usados para substituir:
Os rústicos sistemas de variação de velocidades
mecânicos,
Polias e variadores hidráulicos,
Os custosos motores de corrente contínua.
7-.Inversores de Frequência
As principais vantagens de se utilizar um conjunto motor
assíncrono e um inversor de frequência em sistemas de
acionamento são:
a)Redução dos custos de instalação.
b)Otimização do processo, pois o inversor contribui para a redução
das taxas de perdas e consumo de material na produção.
c)Possibilidade de controlar as partidas e frenagens dos motores,
tornando a operação das máquinas mais suaves. Além disto, o
inversor permite operações em vários regimes de carga.
7-.Inversores de Frequência
d) Menor manutenção, aumentando a vida útil do sistema, pois usa
motores de corrente alternada, mais robustos e mais baratos.
e) Minimizar o consumo de energia, utilizando rotações menores.
Por exemplo, em bombas e ventiladores, o consumo elétrico é
proporcional ao cubo da velocidade de rotação.
Uma carga desse tipo, ligada a um inversor à meia velocidade, a energia
elétrica consumida é de apenas 12,5 % da energia de rotação nominal.
f) Manutenção da capacidade de conjugado aplicado à carga durante
toda a faixa de variação de velocidade.
7-.Inversores de Frequência
g) Melhoria do fator de potência.
Inversores de frequência naturalmente corrigem o fator de potência.
Apesar de o motor estar operando com um fator depotência baixo ( 0,8), em um dado instante de tempo, ofator de potência visto pela rede é o do inversor, que estápróximo de um (0,96).
h) Possibilidade de se implantar um controle em malha fechada, por meio de uma rotina PID interna ao inversor.
7-.Inversores de Frequência
Além disso, em sistemas de controle de vazão, pressão e temperatura,
usando válvulas e/ou dampers de estrangulamento, desperdiçam energia
elétrica.
Isso porque utilizando esses elementos, a vazão é reduzida, porém, o
motor da bomba continua operando na mesma velocidade,
pressionando (estrangulando) o fluído sobre a entrada da válvula,
absorvendo sempre a mesma potência.
Ao diminuir a velocidade, os inversores proporcionam grande economia
de energia.
7-.Inversores de Frequência
Funcionamento do inversor de frequência:
Ligado à rede monofásica ou trifásica, e em sua saída geralmenteum motor que necessita de uma frequência variável.
Para tanto, o inversor possui:
Primeiro estágio, um circuito retificador, responsável portransformar a tensão alternada em contínua,
Segundo estágio, composto de um banco de capacitoreseletrolíticos e circuitos de filtragem de alta frequência,
Terceiro estágio (composto de transistores IGBT), capaz detransformar a tensão contínua do barramento (CC), paraalternada, e com a frequência variável.
7-.Inversores de Frequência
7-.Inversores de Frequência
Diagrama resumido de um inversor de frequência
Blocos constituintes do inversor
Blocos dos principais componentes de um inversor de frequência.
7-.Inversores de Frequência
7-.Inversores de Frequência
1. 1º Bloco – Unidade Central de Processamento (CPU)Formada por um microprocessador ou por um microcontrolador, é na CPU quetodas as informações (parâmetros e dados do sistema) estão armazenadas, vistoque uma memória está também integrada a esse conjunto. A CPU não apenasarmazena os dados e parâmetros relativos aos equipamentos, como tambémexecuta a função mais vital para o funcionamento do inversor: geração dospulsos de disparo através de uma lógica de controle coerente para os IGBT(transistores bipolares de porta isolada, do inglês Insulated Gate BipolarTransistor).
2. 2º Bloco – Interface Homem Máquina (IHM) É por meio desse dispositivo que se pode visualizar o que estáocorrendo no inversor (display), e parametrizá-lo de acordo com aaplicação (teclas). Por meio da IHM, podem-se visualizar diferentesgrandezas do motor, como tensão, corrente, frequência, e do próprioinversor como tensão do barramento CC, alarmes, entre outras funções.É também possível visualizar e alterar o sentido de giro, verificar ealterar o modo de operação (local ou remoto), ligar ou desligar oinversor, variar a frequência e velocidade, alterar parâmetros e outrasfunções. A Figura 3.4 ilustra a IHM padrão do inversor CFW08 da WEG
7-.Inversores de Frequência
3.3.3 3º Bloco – interfaces A maioria dos inversores pode ser comandada por meio de dois tiposde sinais: analógicos ou digitais. Normalmente, quando se necessitacontrolar a velocidade de rotação de um motor no inversor, utiliza-seuma tensão analógica
de comando (0 à 10 VCC). A velocidade de rotação será proporcionalao seu valor, por exemplo: 1 VCC = 1000 rpm, 2 VCC = 2000 rpm. Pode-setambém configurar cada uma das entradas analógicas para operaçãocom sinal de corrente (0-20 mA ou 4-20 mA). Além da interfaceanalógica, o inversor possui entradas e saídas digitais. Por meio de umparâmetro de programação, pode-se
selecionar qual entrada é válida (analógica ou digital). A Figura 3.5ilustra um diagrama de conexões do inversor CFW08 Plus da WEG noqual estão apresentadas a pinagem, descrição e especificação das 4entradas digitais (DI1, DI2, DI3 e DI4), das duas entradas analógicas (AI1e AI2), da saída analógica (AO) e da saída digital a relé (contatos NF, NAe comum).
7-.Inversores de Frequência
7-.Inversores de Frequência
INTERFACE HOMEM MÁQUINA
7-.Inversores de Frequência
Figura 3.5: Diagrama de conexões do inversor CFW08 Plus da WEGFonte: CTISM, adaptado de WEG Automação, 2009
3.3.4 4º Bloco – etapa de potênciaA etapa de potência é constituída por um circuito retificador, que alimenta (pormeio de um circuito intermediário chamado “barramento CC”), o circuito desaída inversor (módulo IGBT). Este bloco já foi apresentado na Figura 3.2. Astensões trifásicas defasadas de 120º que alimentam o motor são obtidas pormeio de um chaveamento correto dos IGBT (chaves) que compõem o inversor.Essa técnica de chaveamento é conhecida como PWM (modulaçãopor largura depulsos, do inglês Pulse Width Modulation). A frequência com que os transistoressão chaveados (frequência de chaveamento) é da ordem de kHz e é umparâmetro que pode ser alterado no inversor e não deve ser confundida com afrequência de saída do inversor. A frequência de saída de um inversor estánormalmente entre 0,5 e 400 Hz, dependendo do modelo e da marca. A maioriados inversores permite gerar as três tensões de saída defasadas de 120º comfrequência variável, ainda que se alimente o inversor com apenas duas fases.
7-.Inversores de Frequência
7-.Inversores de Frequência
3.4 ParametrizaçãoPara que o inversor funcione a contento, não basta instalá-lo corretamente.É preciso informar a ele em que condições de trabalho irá operar. Essatarefa é justamente a parametrização do inversor. Quanto maior o númerode recursos que o inversor oferece, tanto maior será o número deparâmetros disponíveis.
As funções de um inversor de frequência são executadas de acordo com osparâmetros pré-definidos alocados na CPU. Os parâmetros são agrupados deacordo com as suas características e particularidades, conformeapresentados em seguida:
7-.Inversores de Frequência
Parâmetros de leitura – variáveis que podem ser visualizadas no display, mas
que não podem ser alteradas pelo usuário, como por exemplo, tensão de saída,
corrente de saída, tensão no barramento CC, potência ativa, etc.
Parâmetros de regulação – são os valores ajustáveis a serem utilizados pelas
funções do inversor de frequência, como por exemplo, frequências mínima e
máxima, tempo de aceleração e desaceleração, frequência de JOG, etc.
7-.Inversores de Frequência
Parâmetros de configuração – definem as características do inversor de
frequência, as funções a serem executadas, bem como as entradas e saídas,
como por exemplo, parâmetros dos relés de saída e das entradas (analógicas e
digitais) do inversor de frequência.
Parâmetros do motor – indicam as características nominais do motor, como por
exemplo, a corrente, tensão e rendimentos nominais.
Parâmetros especiais – alguns modelos de inversores disponibilizam a função de
controle PID (Proporcional, Integral e Derivativo) que pode ser usada para fazer o
controle de um processo em malha fechada. Por meio desses parâmetros, pode-
se, por exemplo, definir os ganhos do controla- dor, bem como o tipo de ação
(direta ou reversa).
7-.Inversores de FrequênciaPara a programação, normalmente faz-se o uso de teclas em uma sequência
que é determinada pelo fabricante. Os principais parâmetros encontrados nos
inversores são
Parâmetro de acesso (leitura/escrita) – é um parâmetro de proteção. Por
meio dele, é permitida ou não ao usuário, a alteração dos demais parâmetros
do inversor.
Tensão nominal do motor – esse parâmetro existe na maioria dos inversores
comerciais e serve para informar ao inversor qual é a tensão nominal em que o
motor irá operar.
Corrente nominal do motor – esse parâmetro determina o valor de corrente
que será utilizado nos cálculos que serão feitos pelo inversor, como por
exemplo para protegê-lo de sobrecargas.
7-.Inversores de Frequência
Frequência mínima de saída – esse parâmetro determina a velocidade mínima do
motor. Deve ser sempre menor que a frequência máxima.
Frequência máxima de saída – esse parâmetro determina a velocidade máxima do
motor. Deve ser sempre maior que a frequência mínima.
Frequência de JOG – JOG (impulso) é um recurso que faz o motor girar com velocidade
bem baixa. Isso facilita o posicionamento de peças antes da máquina funcionar em seu
regime normal. Por exemplo: Encaixar o papel em uma bobinadeira, antes de o papel
ser bobinado efetivamente.
7-.Inversores de Frequência
Tempo de partida (rampa de aceleração) – esse parâmetro indica em quanto
tempo deseja-se que o motor chegue a velocidade programada, estando ele
parado. Esse parâmetro deve respeitar a inércia da carga e o limite de corrente
do inversor.
Tempo de parada (rampa de desaceleração) – o inversor pode pro- duzir uma
parada gradativa do motor. Essa facilidade pode ser parame- trizada e, como a
anterior, deve levar em consideração a massa (inércia) da carga acoplada.
7-.Inversores de FrequênciaSeleção da fonte (local/remoto) – na maioria dos inversores pode-se trabalharem dois modos de operação (local ou remoto). Esse parâmetro define como éfeita a seleção entre a situação local e a situação remota.
Seleção do setpoint de frequência – o setpoint de frequência geral- mente podeser feito por meio das teclas da IHM ou utilizando-se uma entrada analógica detensão ou corrente. Pode-se também trabalhar com frequências fixas por meiode combinação das entradas digitais (mul- ti-speed – multi-velocidades). Deve-sedefinir uma referência (setpoint) de frequência para cada modo de operação(local ou remoto).
Funções das entradas digitais – para cada entrada digital existe um pa- râmetroassociado. Por meio desses parâmetros, pode-se definir a função de cada umadas entradas digitais utilizadas. Essas funções podem ser, por exemplo, seleçãodo sentido de giro, seleção do modo local/remoto, habilitação, liga, desliga,comando gira/para, multi-speed, dentre outras.
7-.Inversores de Frequência
Tipo de controle – esse parâmetro informa o tipo de controle utilizado: escalar,
cuja relação V/f é constante, ou vetorial, no qual se consegue um melhor
controle de conjugado em toda faixa de operação.
Frequência de chaveamento PWM – esse parâmetro determina a fre- quência
de PWM do inversor (frequência de chaveamento). Para evitar- mos perdas no
motor e interferências eletromagnéticas (EMI), quanto menor essa frequência,
melhor. Entretanto, ao parametrizarmos o PWM com frequências baixas (2 ou 4
kHz), são gerados ruídos sonoros, isto é, a máquina fica mais “barulhenta”.
Portanto, devemos fazer uma “análise crítica” das condições gerais do ambiente
de trabalho, antes de optar- mos pela melhor frequência PWM.
7-.Inversores de Frequência
Cuidados na instalação, escolha e dimensionamento de inversoresA utilização de inversores de frequência exige certos cuidados na instalação
para evitar a ocorrência de interferência eletromagnética (conhecida porEMI). Esta se caracteriza pelo distúrbio no funcionamento normal dosinversores ou de componentes próximos, tais como sensoreseletrônicos, controladores programáveis, transdutores, equipamentosde rádio, etc. Para minimizar este problema existem, internamente aosinversores, filtros capacitivos que são suficientes para evitar este tipo deinterferência na grande maioria dos casos. No entanto, em algumassituações, pode existir a necessidade do uso de filtros supressores,principalmente em aplicações em ambientes residenciais. Estes filtrospodem ser instalados internamente (alguns modelos) ou externamenteaos inversores.
Quando a interferência eletromagnética, gerada pelo inversor, for umproblema para outros equipamentos, os seguintes cuidados fazem-senecessários:
7-.Inversores de Frequência
Utilizar filtros supressores, como citado anteriormente.
Utilizar fiação blindada ou fiação protegida por conduite metálico, para a conexão entre a saída do inversor e o motor.
Aterrar o inversor e o motor, bem como conectar a blindagem em cada extremidade, ao ponto de aterramento do inversor, e à carcaça do motor.
Separar os cabos do motor dos demais cabos.
Prever conduítes ou calhas independentes para a separação física dos condutores de sinal, controle e potência.
7-.Inversores de Frequência
No que diz respeito à escolha e dimensionamento dos inversores, é
comum a pergunta: como posso saber qual é o modelo, tipo e potência do
inversor adequado para a minha aplicação? Bem, vamos responder a essa
pergunta nas três etapas a seguir.
a) Potência do inversor – para definirmos a potência do inversor temos de
saber qual a corrente do motor (e qual carga) ele acionará. Normalmente
se escolhe um inversor com uma capacidade de corrente igual ou um
pouco superior à corrente nominal do motor. A tensão, tanto do inversor,
quanto do motor, deve ser igual a da rede de alimentação.
7-.Inversores de Frequência
b)Tipo de inversor – existem dois tipos de inversores: escalar e vetorial. A
maioria dos inversores utilizados é do tipo escalar. Só utilizamos o tipo ve-
torial em duas ocasiões: extrema precisão de rotação, torque elevado para
rotação baixa ou zero (ex.: guindastes, pontes rolantes, elevadores, etc.).
c)Modelo e fabricante – para escolher o modelo, basta consultar os catá- logos
dos fabricantes, e procurar um que atenda às características mínimas
necessárias. Quanto ao fabricante, o preço e qualidade desejada devem
determinar a escolha. Apenas como referência ao leitor os mais encontra- dos
na indústria são: Siemens, Weg, Yaskawa, Allen Bradley e ABB.
7-.Inversores de FrequênciaVisão Geral
Esse dispositivo é amplamente utilizado no acionamento de Motores de Indução Trifásicos (MIT),pois permite o controle da velocidade e do conjugado do motor em uma ampla faixa de operação.Com a utilização do inversor, pode-se alimentar um MIT com tensões trifásicas e com frequênciasvariáveis, ainda que se utilize alimentação monofásica. É amplamente utilizado, pois ofereceinúmeras vantagens que o sistema formado pelo inversor e motor de indução possuem em relaçãoaos sistemas mecânicos de variação de velocidade e aos sistemas de acionamento com motores decorrente contínua.
Internamente, o inversor é constituído por quatro blocos básicos, com dife- rentes funções, a saber:Unidade Central de Processamento (CPU), Interface Homem-Máquina (IHM), interfaces e etapa depotência.
Por meio da IHM, pode-se parametrizar o inversor de frequência. Para realizar um determinadoacionamento, é necessário o conhecimento dos principais parâmetros de um inversor defrequência. Uma vez corretamente parametrizado, o inversor de frequência está apto a entrar emoperação.
Também foram vistos alguns cuidados na instalação, escolha e dimensionamento de inversores defrequência.
Resumo
Os conversores de energia podem ser classificados
como: retificadores, conversores CA-CC,
conversores CA-CA, conversores CC-CC,
conversores CC-CA e chaves estáticas;
O projeto de circuitos de eletrônica de potência
requer o desenvolvimento dos circuitos de potência
e controle;
As tensões e correntes harmônicas geradas pelos
conversores de energia são reduzidos com uma
escolha adequada da estratégia de controle;
Resumo
À medida que a tecnologia para dispositivos
semicondutores de potência e circuitos integrados
se desenvolve, o potencial para aplicações da
eletrônica de potência torna-se mais amplo.
Existem muitos dispositivos semicondutores de
potência que são fornecidos comercialmente;
entretanto, o desenvolvimento neste sentido é
contínuo.
Periódicos
IEEE Transactions on Industrial Electronics;
IEEE Transactions on Industry Applications;
IEEE Transactions on Power Electronics;
Obrigado e Boa Sorte!