Electrónica de Potência (Ramo de Energia)

Engenharia Electrotécnica e de Computadores
6 ECTS; 3º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 14,0 PL + 28,0 TP + 5,0 OT

Docente(s)
- Francisco José Alexandre Nunes
- Raul Manuel Domingos Monteiro

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Proporcionar conhecimento sobre os componentes e circuitos utilizados em Eletrónica de Potência. Aquisição de conhecimentos sobre os conversores mais utilizados na Indústria e suas aplicações. Introdução aos problemas que aparecem em situações práticas que envolvem a concepção, projeto e montagem.

Programa
Revisão de conceitos fundamentais. Convenções e definições. Introdução à Eletrónica de Potência. Principais aplicações. Conversores eletrónicos de potência lineares e comutados; características; classificação.
Elementos passivos nos conversores eletrónicos de potência; caracterização. Dispositivos semicondutores de potência mais comuns: díodo, tirístor, TJB, MOSFET, IGBT, GTO; caracterização; referência a outros dispositivos: JFET, FCT, MCT, SITH. Funcionamento em comutação e suas principais consequências. Perdas térmicas em circuitos comutados; limitações. Alguns cuidados a ter no projeto de circuitos comutados.
Conversores DC/DC comutados sem isolamento galvânico: redutor (buck converter), ampliador (boost converter), redutor ampliador (buck boost converter), Cúk (Cúk converter); regime transitório e regime estacionário; modo de funcionamento contínuo (ou não lacunar) e modo de funcionamento descontínuo (ou lacunar); determinação do modelo em funcionamento estacionário; introdução ao controlo dos conversores comutados. Modulação de largura de impulso (PWM). Exemplos de circuitos de comando isolados e não isolados (high-side and low-side drivers) para MOSFET/IGBT utilizados nos conversores.
Projeto de componentes magnéticos
Conversores DC/DC comutados com isolamento galvânico: conversor flyback (flyback converter), conversor forward (forward converter), conversor push pull (push pull converter), conversor em meia ponte (half bridge converter), conversor em ponte completa (full bridge converter). Circuitos de ajuda à comutação (Snubbers). Aplicações. Referência aos conversores ressonantes DC/DC.
Conversores de tensão DC/AC (inversores de tensão); conversores monofásicos e trifásicos; tipos de modulação. Harmónicas. Aplicação dos inversores na variação de velocidade de máquinas AC. Aplicações em filtros ativos para a rede elétrica; utilização na interligação entre fontes de energia renováveis (fotovoltaico, eólico) e sistemas de armazenamento de energia, e a rede elétrica. Princípio de funcionamento dos conversores de corrente DC/AC (inversores de corrente). Referência à existência de interferência eletromagnética (EMI). Referência aos conversores ressonantes DC/AC.
Conversores AC/DC (retificadores). Retificadores não controlados (retificadores a díodos) e retificadores controlados (retificadores a tirístores) monofásicos e trifásicos; estudo com vários tipos de carga: carga R, R L, R L f.e.m.. Bobina de comutação; condução simultânea. Filtragem capacitiva e efeitos na rede elétrica. Harmónicas. Fator de potência, fator de deslocamento, distorção harmónica total; referência à existência de interferência eletromagnética (EMI). Referência a retificadores com corrente de entrada sinusoidal. Funcionamento como retificador e como inversor nos retificadores controlados.

Metodologia de avaliação
Exame escrito e Projeto de um conversor eletrónico de potência construído em PCB. Classificação final (CF) na UC: CF=0,5E+0,5P
em que E: classificação no Exame; P: classificação no Projeto; classificações mínimas para aprovação: CF>9,5; E>8,5; P>9,5.

Bibliografia
- Maksimov, D. e W. Erickson, R. (2012). Fundamentals of Power Electronics. Springer: Springer
- M. Undeland, T. e P. Robbins, W. (2002). Power Electronics: Converters, Applications, and Design. Wiley: John Wiley & Sons
- Monteiro, R. (0). Sebenta de Eletrónica de Potência.Acedido em14 de setembro de 2015 em http://www.e-learning.ipt.pt/mod/resource/view.php?id=54878
- Nunes, F. (0). Diapositivos de Eletrónica de Potência.Acedido em14 de setembro de 2015 em http://www.e-learning.ipt.pt/mod/resource/view.php?id=38451

Método de interação
Aulas teóricas para apresentação dos conteúdos programáticos;
Aulas teórico práticas para resolução de problemas, demonstrações e experiências laboratoriais;
Orientação individual do aluno no desenvolvimento do projeto e esclarecimento de dúvidas.

Software utilizado nas aulas
LTSpice-simulador SPICE, desenho de esquemáticos e visualização de formas de onda.