Eletrónica de Potência em Acionamentos

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.

Caracterização geral

Código

10919

Créditos

6.0

Professor responsável

Stanimir Stoyanov Valtchev

Horas

Semanais - 4

Totais - 112

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Electrónica I + Electrotecnia Teórica

Bibliografia

Ned Mohan, Power Electronics: A First Course,John Wiley & Sons, Inc., 2012.

Ned Mohan, Tore Undeland, William Robbins, Power Electronics: Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, Inc., 2003.

Ned Mohan, Tore Undeland, and William Robbins, Solutions to Supplemental Problems to accompany the Power Electronics: Converters, Applications and Design, 2006

Valtchev, S.,.. Efficient Resonant Power Conversion, IEEE Transactions on Industrial Electronics, IE–37, pp. 490–495, DOI 10.1109/41.103453, 1990.

Valtchev, S.,.. Super–Resonant Converter with Switched Resonant Inductor with PFM–PWM Control, IEEE Tr on PE, pp. 760–765, DOI 10.1109/63.471296, 1995.

S. Valtchev,.. Control for the Contactless Series Resonant Energy Converter, pages 102-140, DOI: 10.4018/978-1-5225-5870-5.ch005, 2019.

(os livros em pdf, uso interno)

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, e de nota minima media de 9.5, para obter frequência);

2º Caminho: 4 relatórios laboratoriais (25% da nota final, sendo esses relatórios obrigatórios, e de nota minima media de 9.5, para obter frequência), exame de recurso (75%).

 

 

 

Conteúdo

  1. Conteúdos temáticos, versão em Português.

Introdução

* Importância e funcionamento da unidade curricular. Relação com outras unidades curriculares.

Temas:

* 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 última 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. Cálculo 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.

* Controlo de Frequência dos motores CA (AC), MLI e Multinível.

 

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: