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Eletrônica de potência: diferenças entre revisões

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Complementação do que é eletrônica de potência, descrição dos principais tipos de conversores, breve história deste ramo da eletrônica, principais componentes utilizados, vantagens do uso de chaves estáticas frente às chaves mecânicas.
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== Introdução ==
{{Sem-fontes|data=setembro de 2013}}
A '''eletrônica de potência''' trata das aplicações de dispositivos semicondutores de potência, como tiristores e transistores, na conversão e no controle de energia elétrica em níveis altos de potência aplicados,principalmente, à indústria. Essa conversão é normalmente de AC para DC ou vice-versa, enquanto os parâmetros controlados são tensão, corrente e frequência. Portanto, a eletrônica de potência pode ser considerada uma tecnologia interdisciplinar que envolve três campos básicos: a potência, a eletrônica e o controle.
{{Portal de eletrônica}}▼
{{PBPE|Eletrônica de potência|eletrónica de potência}} é a área da [[eletrônica]] que se ocupa do processamento da energia elétrica visando obter maior [[eficiência]] (menores perdas nos processos de [[conversão de energia]]) e [[qualidade]] ([[energia limpa]] em termos de [[impacto ambiental]]). Também lida com o condicionamento da energia elétrica por meio circuitos eletrônicos, denominados [[conversores estáticos]], que permitem converter a energia elétrica de [[corrente alternada]] para [[corrente contínua]] e vice-versa.
 
== Um pouco de história ==
A ideia de se fazer conversão de energia através do [[chaveamento]] surgiu nos anos 20 do século passado, mas, durante as três décadas subsequentes teve pouca evolução. Com a invenção do [[tiristor]], ao fim dos anos 50, iniciou-se um grande surto de evolução tecnológica da eletrônica de potência, que se estendeu pelos anos 60 e propiciou, nos anos 70, o início das implantação da eletrônica de potência em escala industrial. Seu aparecimento também proporcionou uma alternativa vantajosa para o processamento de energia, devido à baixa perda de energia no [[chaveamento]] somada a pouca necessidade de manutenção das chaves semicondutoras.
A primeira revolução da eletrônica começou em 1948 com a invenção do transistor de silício, por Bardeen, Brattain e Schockley da ''Bell Telephone Laboratories''. A maioria da tecnologias da eletrônica avançada de hoje remonta a origem desta invenção. A próximo grande descoberta, em 1956, foi também da ''Bell Laboratories'': a invenção do transistor disparável PNPN, definido como tiristor ou retificador controlado de silício (do inglês ''silicon-controlled rectifier'' - SCR).
 
A segunda revolução da eletrônica iniciou-se em 1958 com o desenvolvimento de um tiristor comercial pela ''General Electric Company''. Começava uma nova era para a eletrônica de potência. Desde então, muitos tipos diferentes de dispositivos semicondutores de potência e técnicas de conversão foram, e continuam, a ser introduzidos. A revolução da microeletrônica deu-nos a capacidade de processar uma enorme quantidade de informações a uma incrível velocidade. A revolução da eletrônica de potência está nos dando também a capacidade de controlar e determinar a forma como lidamos com grandes quantidades de energia com uma eficiência sempre crescente. Devido ao casamento da eletrônica de potência, o músculo, com a microeletrônica, o cérebro, muitas aplicações potenciais da eletrônica de potência estão agora emergindo, como o controle de grandes máquinas, distribuição de energia e criação de conversores cada vez mais eficientes.
As principais aplicações da eletrônica de potência são no acionamento de [[máquina]]s [[Electricidade|elétricas]] e cargas de grande potência, em [[corrente contínua]] ou [[corrente alternada|alternada]], através do uso de [[tiristor]]es e [[transistor]]es de alta capacidade. Os métodos empregados baseiam-se na utilização de dispositivos [[semicondutores]] operados em regime de [[chaveamento]] para realizar o controle do fluxo de energia e a conversão de formas de onda de tensões e correntes entre fontes e cargas. Por sua vez, os [[componentes eletrônicos]] utilizados são normalmente operados apenas no modo de [[chaveamento]] (liga / desliga), sendo geralmente otimizados para este tipo de operação. A maioria deles não deve ser usada no modo de [[operação linear]]. Dentre os equipamentos industriais dotados de eletrônica de potência podemos citar as fontes chaveadas, os [[conversor de frequência|conversores de freqüência]] e dispositivos de [[Soft-starter|partida suave]] (Soft-Starter) utilizados para controlar o funcionamento de [[motor elétrico|motores elétricos]].
 
== Por que eletrônica de potência? ==
A transferência de potência elétrica de uma fonte para uma carga pode ser controlada pela variação da tensão de alimentação (com o uso de um transformador variável) ou pela inserção de um regulador (como um reostato, um reator variável ou uma chave). Os dispositivos semicondutores utilizados como chaves têm a vantagem do porte pequeno, do custo baixo, da eficiência e da utilização para o controle automático de potência. Outra vantagem do uso da chave como elemento de controle (comparado à utilização de uma resistência ajustável de um reostato ou de um potenciômetro, por exemplo) é a elevada eficiência já que os reostatos e outros reguladores do tipo, dissipam grandes quantidades de potência quando se encontram em estágios intermediários, isto ocorre pois nestes dispositivos o controle da energia entregue à carga é realizado aumentando-se a resistência em série do circuito, fazendo com que o dispositivo se aqueça (sinal de que há perdas de energia). No caso das chaves semicondutoras, por trabalharem apenas no estado ligado ou desligado, há enorme aumento da eficiência o que as torna mais vantajosas.
 
== Tipos de circuitos de eletrônica de potência ==
Os circuitos de eletrônica de potência (ou conversores, como são usualmente chamados) podem ser divididos nas seguintes categorias:
[[Ficheiro:Imagem D.jpg|thumb|Em cima: exemplo de conversor DC/AC, ''no-break''.
Em baixo: fonte de computador, exemplo de conversor AC/DC.
 
]]
1. Retificadores não controlados (AC para DC) – converte uma tensão monofásica ou trifásica em uma tensão DC e são usados diodos como elementos de retificação.
 
2. Retificadores controlados (AC para DC) – converte uma tensão monofásica ou trifásica em uma tensão variável e são usados SCRs como elementos de retificação.
 
3. Choppers DC (DC para DC) – converte uma tensão DC fixa em tensões DC variáveis.
 
4. Inversores (DC para AC) – converte uma tensão DC fixa em uma tensão monofásica ou trifásica AC, fixa ou variável, e com frequências também fixas ou variáveis.
 
5. Conversores cíclicos (AC para AC) – converte uma tensão e frequência AC fixa em uma tensão e frequência AC variável.
 
6. Chaves estáticas (AC ou DC) – o dispositivo de potência (SCR ou TRIAC) pode ser operado como uma chave AC ou DC, substituindo, dessa maneira, as chaves mecânicas e eletromagnéticas tradicionais.
 
== Chaves semicondutoras de potência ==
[[Ficheiro:Figura A.jpg|thumb|Alguns componentes de potência. ]]
As chaves semicondutoras de potência são os elementos mais importantes em circuitos de eletrônica de potência. Os principais tipos de dispositivos semicondutores usados como chaves em circuitos de eletrônica de potência são:
 
[[Diodo semicondutor|Diodos]];
 
Transistores bipolares de junção ([[Transistor de junção bipolar|BJTs]]);
 
Transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor ([[MOSFET|MOSFETs]]);
 
Transistores bipolares de porta isolada ([[IGBT|IGBTs]]);
 
Retificadores controlados de silício ([[Retificador Controlado de Silício|SCRs]]);
 
[[TRIAC|TRIACs]];
 
[[DIAC|DIACs]].
 
Há também outros tipos de chaves, mas que não são muito utilizados por possuírem características que as tornam desvantajosas no controle de altas potências como por exemplo o [http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/878-conheca-o-gto-e-igct-art122 GTO], que demanda altas correntes para seu desligamento e circuitos de controle complexos, sendo substituído por outros tipos de chave como o IGBT.
 
== Aplicações da eletrônica de potência ==
[[Ficheiro:Figura a.png|thumb|Controle microprocessado de potência]]
A aplicação de dispositivos semicondutores em sistemas elétricos de potência vem crescendo incessantemente. Os dispositivos como o diodo de potência, transistor de potência, SCR, TRIAC, IGBT etc, são usados como elementos de chaveamento e controle do fornecimento de energia de máquinas e motores elétricos.
 
Dentre as aplicações cotidianas mais comuns se destaca o controle microprocessado de potência nos equipamentos de informática, tais como a fonte de alimentação chaveado do PC, o estabilizador, o ''no-break'', etc, utilizam como elementos principais dispositivos semicondutores chaveadores (MOSFETs, IGBTs, TJBs, etc).
 
Na distribuição de energia elétrica o uso destes dispositivos já está se mostrando muito promissor, pois, com a criação de componentes e sistemas de gerenciamento cada vez mais sofisticados, as perdas de energia diminuem e há maior possibilidade de controle dos elementos envolvidos. Isso ocorre pois o uso destes dispositivos permite a leitura em tempo real das condições de trabalho do sistema além de facilitar intervenções em casos emergenciais, devido à possibilidade de atuação rápida no modo de operação deste tipo de chave.
 
== Características de circuitos estáticos ==
O uso de chaves semicondutoras frente às chaves convencionais (relés, contatores, etc) se torna vantajoso se levarmos em conta fatores como a ausência de partes móveis, maiores possibilidades de controle, tamanho reduzido e baixo custo de manutenção. Dessa forma, os circuitos que utilizam esta tecnologia são menos suscetíveis a acidentes que ocorrem por exemplo quando motores são desligados e há ocorrência de arcos elétricos, são no geral mais tolerantes em relação à sujeira pois as partes responsáveis pelo chaveamento não ficam expostas e não há problemas de oxidação nos contatos como ocorre em relés e contatores por exemplo.
 
Em contrapartida, ao se projetar um dispositivo de controle utilizando chaves semicondutoras deve-se observar atentamente a carga que será controlada pois este tipo de chave tem sua vida útil reduzida quando parâmetros como máxima tensão reversa, temperatura de trabalho e corrente de pico, ultrapassam os valores estipulados pelo fabricante. Para contornar este tipo de problema devem ser utilizados [http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/duvidas-dos-internautas/6100 circuitos] que "amorteçam" os surtos de corrente ou tensão que podem aparecer no circuito, além de garantir que a potência dissipada no componente possa ser transferida de forma eficiente para o ambiente. Esses cuidados garantem o bom funcionamento do circuito, evitando problemas e prolongando sua vida útil.
 
== Referências ==
1. http://professorcesarcosta.com.br/upload/imagens_upload/Apostila-Eletronica-Potencia-IFRN-Zona-Norte.pdf
 
2. Ahmed, Ashfaq - Eletrônica de Potência.
 
3. Apostila Eletrônica de Potência (Automação - II) SENAI FIEMG
 
4. Imagem A - http://learn.mikroe.com/ebooks/componentsofelectronicdevices/chapter/introduction-to-thyristors-triacs-diacs/
 
== Ver também ==
* http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/16801/PHILIPS/BT151.html - Para visualizar a folha de dados de um SCR.
* http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/16751/PHILIPS/BT136.html - Para visualizar a folha de dados de um TRIAC.
* http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/53011/FAIRCHILD/IRFP440B.html - Para visualizar a folha de dados de um MOSFET.
* http://www.alldatasheet.com/ - Para a consulta de outras folhas de dados.
* http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/878-conheca-o-gto-e-igct-art122 - Mais alguns detalhes sobre chaves eletrônicas.
* http://www.newtoncbraga.com.br/ - Página com importantes informações sobre eletrônica.
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