ATIVIDADE 3 – EELE – ELETRÔNICA DE POTÊNCIA – 53_2025

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:

Elaborado pelo professor, 2014.

Sobre o controle de conversores CC-CC, avalie as afirmativas a seguir:

I – No controle com atuação Proporcional (Kp) de um processo com uma função de transferência sem atuação Integral (Ki), o erro em regime estacionário é nulo.
II – Um conversor CC-CC somente pode ter uma saída controlada se estiver operando em Malha Fechada, ou seja, utilizando um sensor (transdutor) para realimentar uma variável e compará-la com um valor de referência.
III – O projeto analítico de controladores PID para conversores CC-CC independe do modelo matemático do conversor, que no caso de projetos de sistemas de controle, é a planta representada comumente por uma função G(s) no domínio de Laplace.
IV – A principal função de um circuito de controle aplicado à conversores CC-CC é a redução de perdas e, consequentemente o aumento efetivo da eficiência da conversão. Sem um método de controle atuando no conversor a eficiência do circuito sempre será baixa.
V – Funções de transferência são modelos matemáticos utilizados para relacionar a entrada e a saída em sistemas que podem ser descritos por equações diferenciais lineares e são amplamente utilizadas em projetos de sistemas de controle como o método PID. Geralmente a variável manipulada de um conversor CC-CC é o duty-cycle, representado nas funções de transferência do conversor com d(s).

É correto o que se afirma em:

Os principais equipamentos responsáveis pela conversão de energia elétrica em energia mecânica, como elevadores, esteiras transportadoras e pontes rolantes, são os motores de indução. Tais máquinas são projetadas para serem alimentadas com corrente alternada (CA) e para controlar a sua velocidade utiliza-se um equipamento conhecido como “inversor de frequência”.

O Inversor de Frequência é composto por um circuito eletrônico de potência que converte energia do formato CC para CA, cuja frequência de saída é variável de acordo com a parametrização e comandos enviados ao equipamento durante o acionamento do motor elétrico.

Elaborado pelo professor, 2024.

Com base neste texto, analise as afirmações a seguir:

I. O diodo Schokty é o semicondutor mais utilizado em circuitos de potência CC-CA devido a sua capacidade de operar em altas frequências.
II. Dentre os métodos de controle de tensão de saída de um conversor CC-CA a modulação por largura de pulso (PWM) se mostra como a técnica mais utilizada.
III. A forma de onda de tensão na carga de um inversor monofásico com modulação PWM somente passa a ter aspecto senoidal após aplicação de filtros como LC ou LCL junto à carga.
IV. Os Transistores Bipolares de Porta Isolada unem características de transistores de efeito de campo (FETs) e de transistores bipolares (BJT), porém não atingem frequências tão altas como MOSFETs (f>100 kHz).
V. Na operação de um inversor monofásico, as chaves estáticas (geralmente transistores) sempre operam em saturação (ligadas) e corte (bloqueadas), ou seja, não operam na região linear responsável por fornecer amplificação.

É correto o que se afirma em:

Sobre os conversores cc-ca, chamados de inversores, sabemos que a técnica de controle das chaves é o que diferencia um circuito de outro, que vão dos mais simples aos mais complexos, cuja complexidade deve estar atrelada à carga que este vai alimentar.

Elaborado pelo professor, 2024.

Sobre circuitos inversores com modulação PWM, avalie as afirmações a seguir:

I – O conversor apresenta um fluxo de potência sempre unidirecional, no sentido fonte-carga.
II – Se a carga que o conversor alimenta é puramente indutiva, os diodos em paralelo com as chaves podem ser retirados do circuito.
III – Na modulação PWM Bipolar o sinal resultante de saída na carga possui apenas 2 níveis, enquanto na modulação PWM Unipolar, 3 níveis são percebidos no sinal.
IV – Em um conversor monofásico em Ponte, caso a modulação seja PWM Unipolar, são necessárias duas tensões de referência em que cada braço do inversor é acionado de forma independente.
V – Em um conversor monofásico em Ponte com modulação Bipolar, a cada comutação das chaves, a tensão de fase na saída alterna entre Vcc e 0 dependendo do valor da tensão de controle.

É correto o que se afirma em:

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

I. 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.
II. O GTO (Gate Turn-Off Thyristor) é um dispositivo semicondutor bipolar que permite a passagem de corrente em ambos os sentidos, sendo utilizado principalmente em aplicações de alta frequência.
III. O MOSFET 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.
IV. 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.
V. O SCR (Silicon-Controlled Rectifier) pode ser compreendido como uma chave controlada, pois mesmo possuindo características similares ao do Diodo retificador, é possível comandar o instante em que o dispositivo começa a conduzir corrente, assim como o bloqueio desta corrente, enviando um sinal nulo de corrente no terminal de gate.

Os conversores CC-CC isolados formam uma importante classe de conversores utilizada na Engenharia Elétrica. Esses conversores 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, 2024.

Baseado neste contexto, analise as afirmações a seguir:

I – A principal desvantagem dos conversores CC-CC isolados é a saturação do transformador, que acontece independentemente do projeto do circuito.
II – Nos conversores CC-CC que possuem indutância conectada em paralelo à fonte, podemos dizer que este conversor possui entrada em fonte de corrente pois ela é estabilizada pelo indutor, não atingindo o zero.
III – O transformador utilizado em conversores CC-CC é diferente dos transformadores utilizados em fontes lineares. A grande diferença está no núcleo ferromagnético que possui capacidade de operar em frequências superiores às frequências da rede elétrica.
IV – O conversor Flyback nada mais é que o conversor Buck-Boost substituindo o indutor por um “transformador”, porém no conversor isolado é possível manter a tensão de saída “em fase” com a tensão de entrada invertendo a polaridade do secundário do indutor acoplado.
V – Um conversor isolado possui um indutor acoplado para isolar galvanicamente o circuito ligado a fonte da carga. No projeto deste conversor deve-se ficar atento ao valor da indutância magnetizante, implícita geralmente no enrolamento primário no caso do conversor Flyback, por exemplo.

É correto o que se afirma em:

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 (P_ON) 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.

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 V_o = 0,636 V_m.
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 v_s como a tensão total somando todos os enrolamentos secundários do transformador.

É correto o que se afirma em:

Os conversores cc-ca trifásicos são aqueles escolhidos para aplicações de maiores potência, seja para acionamento de motores, para injeção de potência na rede elétrica ou mesmo em sistemas no-break de fornecimento ininterrupto de energia. Considerando uma mesma configuração eletrônica, é possível alterar a forma com que o inversor alimenta uma carga trifásica apenas a partir da estratégia de modulação.

Elaborado pelo professor, 2024.

Referente às estratégias de acionamento dos inversores trifásicos, avalie as afirmações a seguir:

I – A Modulação 120° não define diretamente o potencial de todas as fases, uma vez que atua apenas com 2 chaves de cada vez.
II – Em uma aplicação com Tensão de barramento com 311 V, A tensão eficaz de linha é aproximadamente 220 V na modulação 120°.
III – Considerando uma aplicação com tensão Vcc igual a 311 V a potência entregue a carga trifásica com impedância puramente resistiva igual a 12 Ω em modulação 180° é aproximadamente 1340 W, superior em relação a modulação 120°.
IV – Na modulação SPWM trifásica, o valor da tensão de Linha rms na carga depende mais da frequência de chaveamento do que do índice de modulação, uma vez que quanto maior a frequência, mais próxima de uma senoide estará sintetizada a onda de saída.

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: