Electrónica de Potência – Ficha de Trabalho 1

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Curso Profissional de electrónica, Automação e Comando
Disciplina de Electricidade e Electrónica

ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA

INTRODUÇÃO

As aplicações da Electrónica de Potência têm crescido continuamente ao longo do tempo.
O termo Electrónica de Potência começou a usar-se na década de 1960, após a criação do SCR (silicon controlled rectifier – rectificador controlado de sílicio).
A partir daí a evolução não parou e desenvolveram-se dispositivos que podem comutar correntes elevadas em tensões elevadas e de forma eficiente.
Para além disso são dispositivos fiáveis e de pequena dimensão.
Como exemplos actuais de utilização da Electrónica de Potência podemos apontar: Controlo de Iluminação e de Aquecimento; Fontes Reguladas de Energia; Variadores de Velocidade em motores CC ou CA.

O QUE É A ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA?

A Electrónica de Potência trata da aplicação de dispositivos semicondutores de potência, como por exemplo os tirístores, na conversão e no controle de energia eléctrica, em níveis elevados de potência.
A conversão de que falamos é de CA para CC ou vice-versa e os parâmetros controlados são a tensão, corrente e a frequência.
A simples rectificação de CA para CC é uma conversão, mas basta que possamos também ajustar o nível da tensão de saída CC e passamos a ter também controlo.

PORQUÊ A ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA?

A transferência de potência eléctrica de uma fonte para uma carga pode ser controlada pela variação da tensão de alimentação (usando um transformador variável) ou pela inserção de um regulador (como por exemplo um reóstato ou um comutador automático).
Os dispositivos semicondutores utilizados como comutadores automáticos têm a vantagem de terem um tamanho pequeno, baixo custo e eficiência.

Um Interruptor Como Dispositivo De Controlo

Na figura abaixo, usamos um interruptor para controlar a carga. Quando o interruptor está ligado, a transferência de potência para a carga é máxima. As perdas no interruptor são nulas, uma vez que não há tensão aos seus terminais. Quando o interruptor está desligado, a potência transferida para a carga é nula. Também aqui não há perdas de potência no interruptor uma vez que não passa nenhuma corrente por ele. A eficiência é pois de 100% porque o interruptor não consome energia em nenhum dos casos.

O problema existente com este método é que, ao contrário do reóstato, o interruptor não pode ser colocado em posições intermédias, de modo a proporcionar uma variação contínua da potência entregue à carga.
No entanto, podemos criar o mesmo efeito abrindo e fechando o interruptor periodicamente.
Os transístores e os SCRs podem ser utilizados como interruptores e conseguem abrir e fechar, automaticamente, centenas de vezes por segundo.
Se precisamos de mais potência na carga, o interruptor electrónico deverá ficar fechado durante mais tempo e desligado durante menos tempo, dentro de um período. E vice-versa.
Assim se consegue o controlo sem perdas.

INTERRUPTORES SEMICONDUTORES DE POTÊNCIA

– Díodos;
– Transístores Bipolares de Junção (TJBs);
– Transístores de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFETs);
– Rectificadores Controlados de Silício (SCRs);
– Triacs;
– Tirístores

Um interruptor electrónico ideal:

1. Abre e fecha instantaneamente;
2. Quando está fechado, a queda de tensão nele é nula;
3. Quando está aberto, a corrente que o atravessa é nula;
4. Não dissipa potência.
Além disso, temos como condições desejáveis:
5. Quando fechado, deve poder suportar correntes altas;
6. Quando aberto, deve poder suportar tensões elevadas;
7. Que utilize pouca potência para o controlo da operação;
8. Que seja altamente fiável;
9. Que seja leve e pequeno;
10. Que tenha baixo custo;
11. Que não precise de manutenção.

Questões:

1. O que entende por Electrónica de Potência?
2. Quais os métodos que conhece para controlar o fornecimento de energia eléctrica a uma carga?
3. Qual desses métodos é o mais eficiente para o controlo da potência eléctrica? Porquê?
4. Quais as características mais importantes dos dispositivos electrónicos de potência (enumere 5)?
5. No controlo de potência entregue à carga, por que é que se diz que os SCRs se assemelham a um interruptor?
6. No caso das figuras acima, quais os valores de:
Figura da esquerda (interruptor fechado)
Tensão na carga:_____________________
Tensão na carga:_____________________
Corrente na carga: ___________________
Corrente na carga: ___________________
Figura da direita (interruptor aberto)
Tensão no interruptor: ________________
Tensão no interruptor: ________________
Corrente no interruptor: _______________
Corrente no interruptor: _______________
7. Qual é a desvantagem do uso de um reóstato para controlo de potência eléctrica entregue a uma carga?
8. Explique por que é que um interruptor electrónico é melhor que um reóstato para o controlo da potência eléctrica entregue a uma carga.
9. Enumere as características de um interruptor electrónico ideal.
10. Enumere algumas aplicações comuns da electrónica de potência nas seguintes áreas:
a) Residencial
b) Industrial