Apostila_Eletronica_de_Potencia-UFSM

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ELC1032 Fundamentos de Eletrônica de Potência Universidade Federal de Santa Maria Prof. Humberto Pinheiro, Ph.D. e-mail: [email protected] 11/2005
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ELC 1032 – Fundamentos de Eletrônica de Potência_______________________________ 2 Sumário Sumário. ......................................................................................................................................... 2 1.1 Teoria de Circuitos Comutados. .............................................................................................. 4 Introdução. ................................................................................................................................. 4 1.1.1. Características Estáticas Ideais de Semicondutores de Potência. ................................... 4 1.1.2.a. Diodo . ....................................................................................................................... 5 1.1.2.b. Tiristores. .................................................................................................................. 5 1.1.2.c. BJT Bipolar Junction Transistor. ............................................................................. 6 1.1.2.d. MOSFETS Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors. .......................... 7 1.1.2.e. IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor. ................................................................. 7 GTO – Gate Turn-off Thyristor. ............................................................................................ 8 Combinação típica de Semicondutores . ................................................................................ 9 Solução de Circuitos Com Semicondutores de Potência Idéias . ............................................. 12 Exemplo 1. ........................................................................................................................... 12 1.2. Definições Básicas. ............................................................................................................... 48 1.2.1. Valor Médio. .................................................................................................................. 48 1.2.1.1. Ex.: Calculo da tensão média de um retificador de meia onda. .............................. 48 1.2.2. Valor Eficaz. .................................................................................................................. 49 1.2.2.1. Ex.: Calculo da corrente eficaz em um retificador de entrada meia-onda. ............. 49 1.2.3. Distorção harmônica total. ............................................................................................. 50 1.2.3.1. Ex.: Calculo da THD para uma dada forma de onda. ............................................. 51 1.2.4. Fator de Potência . .......................................................................................................... 51 1.2.5. Fator de Deslocamento. ................................................................................................. 52 1.2.6. Fator de Utilização . ....................................................................................................... 52 1.2.7. Rendimento. ................................................................................................................... 52 1.2.8. Fator de Desequilíbrio . .................................................................................................. 53 1.2.9. Fator de Ondulação. ....................................................................................................... 54 1.2.10. Fator de Crista . ............................................................................................................ 54 Exercício. ................................................................................................................................. 55
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ELC 1032 – Fundamentos de Eletrônica de Potência_______________________________ 3 1.3. Dispositivos . ......................................................................................................................... 56 1.3.1. Características dos Semicondutores de Potência. .......................................................... 56 1.3.1.1. Diodos. .................................................................................................................... 59 1.3.1.1. MOSFETS . ............................................................................................................. 65 1.3.1.1. Transistor de Junção Bipolar - BJT. ....................................................................... 73 1.3.1.1. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). ............................................................. 77 1.3.1.1. Tiristores (SCR, GTO, MCT). ............................................................................... 82 1.4 Magnéticos . ........................................................................................................................... 97
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ELC 1032 – Fundamentos de Eletrônica de Potência_______________________________ 4 1.1 Teoria de Circuitos Comutados Introdução Eletrônica de Potência trata do processamento de energia. Sendo a eficiência uma das características importante nesse processamento. A diferença entre a energia que entra no sistema e a que sai geralmente é transformada em calor. Mesmo que, o custo da energia desperdiçada gere preocupação, a remoção dessa energia cria transtornos tanto durante o projeto quanto na sua utilização. Atualmente conversores estáticos utilizados para transformar a energia elétrica de uma forma para outra, apresentam eficiência entre 85% e 99% dependendo da aplicação da faixa de potência. Essa eficiência elevada é obtida utilizando semicondutores de potência, que apresentam uma queda de tensão próxima de zero quando em condução, e uma corrente praticamente nula quando em bloqueado. Static Converter Definition by IEEE Std. 100-1996: A unit that employs static rectifier devices such semiconductor rectifiers or thyristors, transistors, electron tubes, or magnetic amplifiers to change ac power to dc power and vice versa. 1.1.1. Características Estáticas Ideais de Semicondutores de Potência Os principais semicondutores de potência utilizados em conversores estáticos com sua região de operação no plano tensão corrente ( plano v-i ) são apresentados a seguir:
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ELC 1032 – Fundamentos de Eletrônica de Potência_______________________________ 5 1.1.2.a. Diodo O diodo é um semicondutor não controlável, pois o seu estado, conduzido ou bloqueado é
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