Introdução aos Conversores CA-CC Semicondutores de ... · Introdução aos Conversores CA-CC Semicondutores de Potência ... • Interfaceamento de sistemas de energia alternativa

Introdução aos Conversores CA-CC

Semicondutores de Potência

(diodos e tiristores)

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Eletrônica de Potência

Florianópolis, agosto de 2011.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Parte 1 – Introdução aos conversores CA-CC

fv

fv

t

0

outV

t

outV

0

Bibliografia para esta parte aula

Capítulo 5: Retificadores monofásicos não-controlados

1. Introdução.

www.florianopolis.ifsc.edu.br/petry

Conversores CA-CC:

1. Características gerais e aplicações.

Nesta parte da aula

Revisão sobre fontes

Uma fonte de tensão ideal fornece na sua saída uma tensão que independe

da carga, ou seja, da corrente solicitada da fonte.

12 V

RL12 V

RL

Rs

Fonte de tensão ideal Fonte de tensão real

Fonte de tensão:

Fonte de corrente:

Uma fonte de corrente ideal fornece na sua saída uma corrente que

independe da tensão nos seus terminais e da carga na saída da mesma.

Fonte de corrente ideal Fonte de corrente real

5 A

RL

5 A

RL

Rs


Lembrando que:

O que é permitido:


O que é não é permitido:


Revisão sobre fator de potência

Potência média a partir da potência aparente:

P V I cos

S V I

watts, WP S cos

Fator de potência:

P

FP cosS

0 1P

FP cosS

Potência média:

2

2mIwatts, W

2

mV VP V I I R

R

Energia num resistor:

RW P t

1 joules, JRW V I T

1

joules, JR

V IW

f


Potência reativa:

volt-ampère reativo, VArQ V I sen

S V I

volt-ampère reativo, VArQ S sen

Considerando que (apenas para indutores puros):

90o

volt-ampère reativo, VArLQ S

2

L LQ I X

2

L

L

VQ

X


Fator de potência:

P

FP cosS

0

90 0P

FP cosS S


Potência reativa:

volt-ampère reativo, VArQ V I sen

S V I

volt-ampère reativo, VArQ S sen

Considerando que (apenas para capacitores puros):

90o

volt-ampère reativo, VArCQ S

2

C CQ I X

2

C

C

VQ

X


Fator de potência:

P

FP cosS

0

90 0P

FP cosS S



Divisão da eletrônica de potência

1E 1 1v ,f

2E 2 2v ,f

ConversorCC-CC

Retificador

Inversor

Conversorindireto de

tensão

Conversorindireto defreqüência

Conversores CA-CC

Conversores CA-CC:

• Denominados de retificadores: convertem a tensão

alternada da rede de energia elétrica em uma tensão

contínua;

• Podem ser monofásicos, trifásicos ou n-fásicos;

• Unidirecionais ou bidirecionais;

• Controlados ou não-controlados;

• Com ou sem correção de fator de potência;

• Podem ser isolados ou não-isolados;

• Um pulso ou múltiplos pulsos.

Conversores CA-CC – Princípio geral

fv

fv

t

0

outV

t

outV

0

Conversores CA-CC – Número de fases

Monofásico

Trifásico

Conversores CA-CC – Direcionalidade

Bidirecional

1S

iv

ov

2S

3S

4S

5S

6S

7S

8S

oL

oC

1T

a b

dsv

Loi

oi

rv

Re tificador

Inversor

Unidirecional

Energia

Energia

Conversores CA-CC – Controle

Não-controlado

Controlado

Conversores CA-CC – Fator de potência

Sem correção

Com correção

Conversores CA-CC – Isolamento

Não-isolado

Isolado

Conversores CA-CC – Número de pulsos

2 pulsos

12 pulsos

Aplicações dos retificadores

Algumas aplicações:

• Processos eletroquímicos, tais como: anodização, produção

de gases, refinamento de metais, eletrodeposição, etc.;

• Soldagem elétrica;

• Acionamentos a velocidade ajustável;

• Sistemas HVDC;

• Fontes de uso geral e ininterruptas;

• Interfaceamento de sistemas de energia alternativa com a

rede de energia elétrica;

• Reatores eletrônicos e todos os outros circuitos que utilizam

processamento indireto de energia.

Retificador Inversorriv

,dp rv d v

oL

oC

riv rv dpv

Parte 2 – Semicondutores de potência (diodos)

Bibliografia para esta parte da aula

Capítulo 2: Diodos de potência

1. Semicondutores aplicados aos conversores CA-CC (diodos).

http://www.dee.feis.unesp.br/gradua/elepot/principal.html

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/


Nesta aula

Semicondutores aplicados a conversores CA-CC (diodos):

1. Introdução;

2. Características dos componentes ideais;

3. Características dos componentes reais;

4. Perdas no diodo;

5. Diodos comerciais.

Quadrantes de condução de semicondutores


Semicondutores para eletrônica de potência

Semicondutores utilizados em eletrônica de potência:



Diodo ideal e real

Exemplo: Diodo SKN20/08

• VRRM = 800 V;

• V(TO) = 0,85 V;

• rT = 11 mΩ;

• IDmed = 20 A;

• IR = 0,15 mA.

Característica estática

Diodo ideal e real

Demo

Demo:

• Curva de diodos:

• Diodo zener;

• Diodo de sinal;

• Diodo de potência.

Comutação – Características dinâmicas

Primeira etapa de comutação Segunda etapa de comutação

Circuito para estudo da comutação

Bloqueio

Bloqueio


Diodos de carbeto de sílicio (silicon carbide): Diminuem acentuadamente o fenômeno da recuperação reversa.

http://www.infineon.com

http://www.cree.com


http://powerelec.ece.utk.edu/pubs/pels_letters_SiC_june_2003.pdf


http://www.cree.com/Products/pdf/Power_Article_1.pdf


Perdas nos diodos

Classificação das perdas:

1. Condução;

2. Comutação:

• Entrada em condução;

• Bloqueio.

2

( )TO Dmed T DefP V I r I

Simulação

Simulação

Características importantes

Principais características:

1. Tensão de pico reversa;

2. Queda de tensão direta;

3. Corrente de pico;

4. Corrente média;

5. Corrente eficaz;

6. Tempo de recuperação reversa.

Características de diodos comerciais

Tipos de diodos de potência:

1. Standard and fast recovery;

2. Ultrafast rectifiers;

3. Ultrasoft rectifers;

4. Silicon carbide (zero recovery).

http://www.onsemi.com







http://www.cree.com


http://www.semikron.com




Teste de diodos

Demo

Demo:

• Teste de diodos com multímetro.

et-2020a_g.jpg

Parte 3 – Semicondutores de potência (tiristores)

Bibliografia para esta parte da aula

Capítulo 4: Dispositivos tiristores

1. Semicondutores aplicados aos conversores CA-CC

(tiristores).


http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/


Nesta parte da aula

Semicondutores aplicados a conversores CA-CC (tiristores):

1. Introdução;

2. Características dos componentes ideais;

3. Características dos componentes reais;

4. Perdas no tiristor;

5. Tiristores comerciais.

Tiristor ideal e real

Característica estática

Curvas 1 e 2 – sem corrente de gatilho

Curvas 1 e 3 – com corrente de gatilho

Funcionamento do tiristor

Estrutura interna e analogia com BJT


Curva característica V x I


Circuitos para auxiliar na proteção de tiristores e

evitar disparos intempestivos


Curva característica de tiristores

Demo

Demo:

• Curva de tiristores:

• Sem corrente de gatilho;

• Com corrente de gatilho.


Disparo

Disparo

• ton – tempo de fechamento;

• td – tempo de retardo;

• tr – tempo de descida da tensão anodo-catodo.

on d rt t t

Influência da corrente de gatilho no tempo de retardo


Bloqueio

• tq – tempo de aplicação da tensão reversa para bloquear o tiristor;

• Para tiristores rápidos é da ordem de 10 μs à 200 μs.


Perdas nos tiristores

Classificação das perdas:

1. Condução;

2. Comutação:

• Entrada em condução;

• Bloqueio.

2

( )TO Tmed T TefP V I r I

Simulação

Simulação

Características importantes

Principais características:

1. Tensão de pico reversa;

2. Queda de tensão direta;

3. Corrente de pico;

4. Corrente média;

5. Corrente eficaz;

6. Tempo de recuperação reversa.

Características de tiristores comerciais

Tipos de tiristores de potência:

1. SCR;

2. Triac;

3. Sidac;

4. Para proteção, etc.









Acionamento de tiristores








Teste de tiristores

Demo

Demo:

• Teste de tiristores com multímetro.

et-2020a_g.jpg

Próxima aula

Conversores CA-CC:

• Dimensionamento e especificação de semicondutores.


Documents

Introdução aos Conversores CA-CC Semicondutores de ... · Introdução aos Conversores CA-CC Semicondutores de Potência ... • Interfaceamento de sistemas de energia alternativa