Eletrónica de Potência em Acionamentos
Código
10919
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Engenharia Electrotécnica
Créditos
6.0
Professor responsável
Stanimir Stoyanov Valtchev
Horas semanais
4
Língua de ensino
Português
Objectivos
Esta disciplina tem como objectivos gerais dotar os alunos de conhecimentos e competências na área da eletrónica de potência em acionamentos e em sistemas de alimentação elétrica dos equipamentos, de modo a que sejam capazes de selecionar e/ou dimensionar os conversores de potência mais adequados para uma dada aplicação. Pretende-se que os alunos ganhem conhecimento acerca da constituição, propriedades e funcionamento dos dispositivos e circuitos de Eletrónica de Potência utilizados comummente em acionamentos. Pretende-se que adquiram a capacidade de projetar e construir alguns circuitos segundo especificações dadas. Devem ainda desenvolver algumas competências transversais (“Soft skills”), tais como:capacidade de ordenar prioridades face a um problema técnico, capacidade de escolher e tomar decisões estruturadas, capacidade de uma comunicação oral e escrita melhor. A disciplina pretende também contribuir para um perfil do estudante mais interdisciplinar, melhorando a empregabilidade dele.
Pré-requisitos
Electrónica I + Electrotecnia Teórica
Conteúdo
. Introdução. Terminologia. Tipos de conversores e de conversão de energia. Eletrónica de potência e eletrónica linear. Revisão das aplicações, especialmente na área dos acionamentos. Classificação dos conversores. A natureza interdisciplinar da eletrónica de potência. Circuitos de potência de ultima geração, circuitos inteligentes e miniaturizados. Transferência de energia sem contacto e recolha de energia do ambiente.
. Princípio básico do funcionamento dum conversor CC-CC. Modulação dos impulsos, métodos. Tipos de conversores CC-CC. Chopper. Regime lacunar e não-lacunar. Conversor BUCK e o seu funcionamento. Conversor BOOST, BUCK-BOOST, FORWARD e FLYBACK. Processos de controlo. Controlo em modo de tensão e em modo de corrente.
. Revisão dos dispositivos eletrónicos utilizados como controladores dos fluxos de energia. Características ideais e reais. Os díodos como interruptores não controlados. O tirístor como interruptor controlado. Aplicação dos dispositivos semi-controlados. Limites de utilização e os circuitos de proteção básicos. O triac e os seus limites. Dispositivos de potência completamente controlados. Transístor bipolar de potência. Circuitos básicos de controlo e proteção num interruptor com BJT. Transístor unipolar e transístor de potência MOS. Características e estrutura. Área de funcionamento segura (SOAR). Controlo do gate e circuitos de proteção. Transístor IGBT como compromisso das características de transístor MOS e BJT de potência. Soluções recentes. GTO, SITh. MCT, etc.
. Conversores de comutação natural (não incluindo os ressonantes). Retificadores não controlados. Conceitos básicos. Retificadores monofásicos. Calculo dos valores característicos. Retificadores trifásicos. Retificadores de N fases e multiplicador capacitivo da tensão: simétricos e não-simétricos. Retificadores não-controlados com cargas complexas. Retificadores controlados pela fase do disparo (tirístores SCR). Necessidade da proteção. Funcionamento do retificador em regime do inversor. Ciclo-conversor. Interruptores AC eletrónicos. Regulador e dimmer.
. Ondulador de tensão e ondulador de corrente. Diferenças e semelhanças. Ondulador de tensão monofásico em meia ponte e ponte completa. Carga resistiva e carga complexa. Inversores e redução das harmónicas. Métodos de controlo. Modulação por um impulso e o "Notching". Modulação sinusoidal. Utilização de transformador.
. Conversores de comutação forçada. Esquemas utilizados para efetuar a comutação do tirístor. Inversores de tensão e inversores de corrente. Inversor série e inversor paralelo. Conversores de ressonância (de carga). Aquecimento por indução. Conversores CC/CC com malha de ressonância interna. Conversores sub-ressonântes e super-ressonântes. ZVS e ZCS. Controlo pela largura e pela fase dos impulsos. Carga paralela e carga série. Ressonância série e ressonância paralela. Interruptores ressonantes e conversores quase-ressonantes.
· Controlo dos motores de corrente contínua. Tipos de controlo dos motores AC. Controlo de motores de indução. Acionamentos com motores de magnetos permanentes sem escovas. Controlos V, f, V/f e vetorial. Características. Aplicações na área das energias renováveis. Métodos de melhorar o fator de potência dos conversores.
Bibliografia
· Muhammad H. Rashid, Electrônica de Potência, Makron Books do Brasil, S. Paulo, 1999
· Mohan, Undeland, Robbins , Power Electronics: Converters, Applications, and Design John Wiley & sons, 2002
Método de ensino
Os fundamentos científicos são explicados pelo professor nas aulas teóricas com o auxílio de diapositivos. Fomenta-se o debate colocando-se frequentemente questões científicas e técnicas concretas.
Nas aulas práticas apresenta-se um conjunto de problemas técnicos que os estudantes devem resolver usando os conhecimentos das aulas teóricas, e recorrendo a cálculos e consulta de tabelas ou catálogos. Promove-se o diálogo entre colegas, avaliando-se qualitativamente a participação dos alunos.
Método de avaliação
1º Caminho: teste No.1 (30%, mas com nota mínima de 8 val. sendo esse teste eliminatório em não permitir continuar nesse caminho), teste No.2 (45%), 4 relatórios laboratoriais (25% da nota final, sendo esses relatórios obrigatórios para obter frequência);
2º Caminho: 4 relatórios laboratoriais (25% da nota final, sendo esses relatórios obrigatórios para obter frequência), exame de recurso (75%).