ATIVIDADE 2 – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – 53/2024

Os retificadores monofásicos à diodo são circuitos fundamentais na área de engenharia elétrica, especialmente na eletrônica de potência. Esses circuitos têm diversas aplicações, como em fontes de alimentação, carregadores de baterias e conversores de energia.

Elaborado pelo professor, 2024.

Considere um retificador monofásico à diodo com tap central onde a tensão de entrada é especificada em Volts-Eficazes e os semicondutores são compreendidos como Chaves Ideais. Além disso, a carga conectada ao circuito é uma carga RL. Com base nesse contexto e no conteúdo adquirido ao longo da disciplina, analise as afirmativas a seguir:

I. O valor da tensão média na carga pode ser calculado por Vo = 0,636 Vm.
II. Devido ao componente indutor, o valor médio da corrente na carga dependerá do valor da frequência e do valor da indutância.
III. Considerando que entre o tap central e o terminal extremo do secundário do transformador o valor da tensão seja 110 V eficazes, o módulo da tensão de pico inversa (PIV) do diodo será de aproximadamente 311 V.
​IV. As formas de onda a seguir atendem ao retificador descrito, considerando vs como a tensão total somando todos os enrolamentos secundários do transformador.

É correto o que se afirma em:

 

Os dispositivos semicondutores de potência desempenham um papel fundamental no controle e conversão eficiente da energia elétrica. Esses dispositivos, como os diodos, tiristores, transistores de potência, permitem o controle da corrente e tensão em circuitos de alta potência.

Elaborado pelo professor, 2023.

Com base no exposto acima, avalie as afirmações a seguir como (V) para verdadeiras e (F) para falsas:
 
I. O IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) é um dispositivo semicondutor de potência que combina a alta capacidade de bloqueio de tensão do MOSFET com a baixa resistência de condução do transistor bipolar.

II. O diodo de potência é um dispositivo semicondutor utilizado para bloquear a corrente em um sentido e permitir a passagem de corrente em um sentido oposto.

III. O SCR (Silicon-Controlled Rectifier) é um dispositivo semicondutor unidirecional que é amplamente utilizado em circuitos de controle de potência, como retificadores controlados de onda completa.

IV. O MOSFET de potência é um dispositivo semicondutor bipolar que permite a passagem de corrente em ambos os sentidos, sendo utilizado principalmente em aplicações de alta frequência.

V. O GTO (Gate Turn-Off Thyristor) é um dispositivo semicondutor de potência unidirecional que possui a capacidade de controlar a quantidade de corrente que o percorre a partir de uma corrente proporcional injetada no terminal de gate.

As afirmações I, II, III, IV e V são, respectivamente:

Na quarta aula ao vivo, discutimos sobre conversores CC-CC, que são dispositivos de Eletrônica de Potência responsáveis pela conversão de corrente contínua (CC) para outra corrente contínua, possibilitando a variação da tensão e corrente em sistemas de energia elétrica. Os conversores CC-CC são amplamente empregados em diversas aplicações, como fontes de alimentação reguladas e sistemas de geração de energia renovável, devido à sua capacidade de controlar e otimizar o fornecimento de energia elétrica de acordo com as exigências específicas de cada aplicação. O entendimento desses conversores é essencial para o desenvolvimento de sistemas de energia mais eficientes e sustentáveis.

Elaborado pelo professor, 2023.

Com base no exposto acima, analise as afirmações abaixo:

​I. Topologia Elevadora: O conversor CC-CC Boost é uma topologia elevadora, capaz de aumentar a tensão de saída em relação à tensão de entrada, em contraste aos conversores CC-CC Buck.
II. Chave Controlada em Série: O conversor CC-CC Boost possui uma chave controlada, geralmente um transistor ou MOSFET, colocada em série com a fonte de energia. Essa configuração permite controlar o fluxo de corrente e elevar a tensão na carga.
III. Dificuldade de implementação de circuito de controle devido ao referência da chave ser diferente do referencial da fonte de entrada.
IV. A Saída do conversor Boost pode ser modelada como fonte de tensão: O conversor Boost permite controlar a tensão de saída através do ciclo de trabalho da chave controlada e a presença do Capacitor de saída faz com que a tensão na carga seja abastecida mesmo quando a chave está desligada.
V. O conversor CC-CC Boost é comumente usado em aplicações onde a tensão de entrada é menor que a tensão de saída necessária, como em sistemas de alimentação de energia solar e de baterias, onde é necessário elevar a tensão para a carga.

​É correto o que se afirma em:

Fonte: WOLLZ, Danilo Henrique.. Eletrônica de Potência. Maringá – PR: Unicesumar, 2021. Reimpresso em 2023. 256 p.

Os retificadores monofásicos à diodo são circuitos fundamentais na área de engenharia elétrica, especialmente na eletrônica de potência. Esses circuitos têm diversas aplicações, como em fontes de alimentação, carregadores de baterias e conversores de energia.
Considere um retificador monofásico à diodo onde a tensão de entrada é especificada em Volts-Eficazes e os semicondutores são compreendidos como Chaves Ideais. O circuito utilizado é a configuração de retificador monofásico de onda completa e um filtro capacitivo é empregado para suavizar a forma de onda de saída. Além disso, a carga conectada ao circuito é uma carga RL.

Com base no exposto, analise as afirmativas a seguir:

I. A tensão média de saída de um retificador monofásico de onda completa é a metade da tensão de pico da tensão de entrada.
II. A corrente eficaz de saída de um retificador monofásico de onda completa é igual à corrente eficaz de entrada.
III. O filtro capacitivo reduz a diferença entre o valor médio da tensão na carga em relação ao valor de pico da tensão de saída quando comparado a circuito sem filtro capacitivo na saída.
IV. A potência média entregue à carga em um retificador monofásico de onda completa é metade da potência média de entrada.
V. O uso de uma carga RL causa uma defasagem entre a corrente e a tensão de saída do retificador monofásico de onda completa. Como a carga é composta por um elemento indutivo (L), a tensão apresenta um atraso em relação à corrente. Isso significa que a tensão atingirá seu valor máximo em um momento posterior em relação ao instante em que a corrente atinge seu valor máximo.

É correto o que se afirma em:

A análise das perdas em circuitos eletrônicos de potência é importante quando estamos falando de processamento de grandes quantidades de energia. Os chamados “circuitos chaveados” são aqueles que utilizam semicondutores de potência para controlar a quantidade de energia que circula de um ponto a outro em um circuito elétrico. Por meio destes circuitos foi possível aumentar os níveis de eficiência quando comparamos o mesmo processo feito a partir de um dispositivo como um reostato de potência.

Fonte: WOLLZ, Danilo Henrique.. Eletrônica de Potência. Maringá – PR: Unicesumar, 2021. Reimpresso em 2023. 256 p.

Considerando o texto apresentado, avalie as alternativas a seguir referentes às perdas de potência em semicondutores:

I – A quantidade da potência dissipada em um diodo semicondutor durante a condução (estado ligado) depende da tensão sobre os seus terminais e da corrente que o atravessa.
II – A perda de potência em um diodo Schottky tende a ser inferior em relação aos diodos retificadores genéricos, pois apresentam tempos menores de recuperação e, consequentemente, menores perdas durante o chaveamento.
III – Quanto menor o tempo de transição entre o estado ligado e desligado em um semicondutor de potência, maior será a potência dissipada na chave e, consequentemente, maior será a potência entregue à carga.
IV – A frequência de chaveamento de um circuito eletrônico de potência não possui interferência direta no cálculo de perdas em dispositivos de potência, pois esta análise está ligada exclusivamente aos valores de tensão e corrente na chave.

É correto o que se afirma em:

Na aula ao vivo sobre conversores CC-CC analisamos os circuitos de Eletrônica de Potência responsáveis pela conversão de corrente contínua (CC) para outra corrente contínua, possibilitando a variação da tensão e corrente em sistemas de energia elétrica.
Os conversores CC-CC são amplamente empregados em diversas aplicações, como fontes de alimentação reguladas e sistemas de geração de energia renovável, devido à sua capacidade de controlar e otimizar o fornecimento de energia elétrica de acordo com as exigências específicas de cada aplicação. O entendimento desses conversores é essencial para o desenvolvimento de sistemas de energia mais eficientes e sustentáveis.

Elaborado pelo professor, 2024.

Considerando os conceitos apresentados, analise o circuito a seguir desprezando os efeitos transitórios e as perdas nos elementos passivos e semicondutores, e assinale a alternativa correta:

Os conversores CC-CC isolados formam uma importante classe de conversores utilizada na Engenharia Elétrica. Os conversores isolados são projetados para proporcionar isolamento galvânico entre a entrada e a saída, garantindo que não haja conexão direta entre os dois circuitos. Isso é especialmente útil em aplicações onde é necessária a proteção contra surtos de tensão, interferências e para garantir a segurança dos usuários. Além disso, os conversores isolados permitem a operação em diferentes níveis de tensão entre entrada e saída, possibilitando a transformação de tensão e a interface entre sistemas com níveis de tensão incompatíveis.

Elaborado pelo professor, 2023.

Fonte: Fonte: WOLLZ, Danilo Henrique.. Eletrônica de Potência. Maringá – PR: Unicesumar, 2021. Reimpresso em 2023. 256 p.

Considerando o texto apresentado, avalie as afirmações a seguir.referentes às perdas de potência em semicondutores.

I) Um diodo de corpo pode ser utilizando para proteger o MOSFET quando este é aplicado em circuitos eletrônicos com características indutivas.
II) A quantidade de potência durante o estado ligado (condução) não depende da frequência de chaveamento do circuito, sendo essa apenas relevante no cálculo da potência durante o chaveamento.
III) Se desconsiderarmos apenas a resistência de corpo (intrínseca) de um SCR podemos afirmar que a potência dissipada (perda) durante o estado ligado (PON) será nula. Desta forma podemos considerar a eficiência de 100% na conversão de potência.
IV) O dispositivo IGBT, assim como o MOSFET possuem características similares e quando operando na região ativa, possuem ganhos entre a corrente de Dreno/Coletor e a corrente de gate. Porém, em eletrônica de potência, utilizamos estes dois componentes essencialmente nas regiões de saturação e corte, apenas.