DOSSIER Rui Órfão, Eng. Electrónico Fagor Automation Lda. Tel.: +351 229 968 865 . Fax: +351 229 960 719 fagorautomation@fagorautomation.pt www.fagorautomation.pt
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
O QUE É? Pode-se definir a Electrónica de Potência como dispositivos electrónicos usados para converter a energia eléctrica fornecida por um gerador a um receptor, através da regulação da tensão, corrente, frequência e potência.
PARA QUE SERVE? Com este método de controlo, podemos gerir elevadas potências através da aplicação de semi-condutores. Por exemplo, se a fonte de energia for DC, e para que esta energia possa ser comodamente utilizada é necessário converte-la em tensão AC, utilizada pela grande maioria dos equipamentos eléctricos. Para levar a cabo esta missão são implementados equipamentos inversores.
gerada à tensão de rede, onde se vai injectar. O princípio de funcionamento desta técnica de controlo por PWM consiste num sistema que gera um sinal de controlo sinusoidal com a frequência desejada. Este sinal é depois comparado com um sinal triangular de frequência fixa ao longo do tempo, e que corresponde à frequência de comutação dos componentes de potência. O resultado desta comparação é uma onda rectangular com um “duty-cycle” (ver gráfico abaixo) variável ao longo do tempo, proporcional à amplitude do sinal de controlo e que será a base dos sinais de comutação dos componentes de potência. A tensão à saída dos componentes de potência será então um sinal PWM de potência.
ONDE SE APLICA A ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA? A indústria de Automação em Geral é, desde há muitos anos, um bom exemplo de uma área onde são utilizados os inversores para controlar com precisão a variação de velocidade de Motores e Servo-Motores. Estes inversores são equipamentos que fazem uso da electrónica de potência (“MosFET”, “IGBTs”, entre outros) comandados por sistemas de controlo, que geram os respectivos sinais de comutação a alta frequência, tendo como objectivo converter uma tensão DC numa tensão AC, posteriormente filtrada. As mais recentes evoluções da electrónica de potência permitem comutar uma potência cada vez maior com uma frequência elevada, o que possibilita uma flexibilidade enorme no desenvolvimento de conversores de energia cada vez mais eficientes. Na actualidade é cada vez mais frequente falar sobre Energias Renováveis, nomeadamente na Energia Solar, sendo este um dos campos de aplicação da Electrónica de Potência, através da implementação de aparelhos, chamados Inversores Solares. Se o inversor vai ser implementado num sistema de fornecimento de energia solar à rede eléctrica, a onda gerada pelo inversor será sempre 230V/50 Hz, no caso de ser monofásico em Portugal, mas são implementados uma série de sistemas para que o inversor tenha sempre a máxima eficiência, protecções “Anti-Islanding”, uma distorção harmónica total o menor possível e protecção dos próprios painéis, entre outros sistemas específicos.
COMO SE CONTROLA A ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA Existem vários tipos de comando dos elementos comutadores. A técnica mais utilizada é a técnica PWM, que permite construir uma tensão de saída AC onde se pode controlar o valor da amplitude e a frequência, com a vantagem de ser a técnica que menos componentes de harmónicas, gera. No caso do controlo de velocidade de motores, corresponde a conseguir variar com relativa facilidade a sua velocidade, no caso de se pretender fornecer energia á rede eléctrica, pretende-se conseguir ajustar a tensão
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robótica
Para que esta tensão possa ser fornecida à rede eléctrica, por exemplo, é necessário filtrar o melhor possível todas as harmónicas de tensão de modo a evitar fornecer ruído eléctrico à rede, pois apenas a componente fundamental é desejada. No caso de se fornecer esta potência a um motor, a fase de filtragem não é tão exigente, pois as próprias bobinas do motor funcionam como filtro. Este é portanto o principio básico da conversão de tensão DC em tensão AC. Dependendo da aplicação onde se vai implementar um equipamento inversor, surgem algumas diferenças tecnológicas, pois os objectivos finais também são diferentes. Estas diferenças surgem ao nível do controlo e protecções que se instalam no equipamento antes e depois da fase de inversão. No caso de o inversor ser usado para controlar um motor síncrono com ímanes permanentes, os sinais de controlo têm que ter como base a posição dos ímanes do motor, a sua velocidade actual entre outros factores que irão condicionar o sinal “PWM” a gerar para controlar o motor com a velocidade pretendida pela aplicação onde está inserido. Neste caso a frequência e a amplitude da onda gerada serão diferentes ao longo do tempo.