Publicação em Diário da República: Despacho n.º 7795/2021 - 09/08/2021
6 ECTS; 3º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 42,0 PL , Cód. 911255.
Docente(s)
- Carlos Alberto Farinha Ferreira (2)
- Raul Manuel Domingos Monteiro (1)(2)
(1) Docente Responsável
(2) Docente que lecciona
Pré-requisitos
Não aplicável.
Objetivos
A unidade curricular visa proporcionar conhecimentos sólidos sobre os componentes, os circuitos e as principais topologias de conversão eletrónica de potência, desenvolvendo simultaneamente competências de análise, dimensionamento, simulação e implementação prática.
No final da unidade curricular, o estudante deverá ser capaz de:
- explicar os princípios fundamentais da Eletrónica de Potência, classificar os conversores eletrónicos e identificar as suas principais aplicações;
- caracterizar e selecionar os elementos passivos e os dispositivos semicondutores de potência mais adequados a cada aplicação, considerando o funcionamento em comutação, as perdas térmicas e as respetivas limitações;
- analisar o funcionamento dos conversores DC/DC com e sem isolamento galvânico, em regime transitório e estacionário e nos modos de condução contínua e descontínua;
- analisar retificadores AC/DC controlados e não controlados, monofásicos e trifásicos, com diferentes tipos de carga, avaliando os processos de comutação, filtragem e funcionamento como retificador ou inversor;
- analisar inversores DC/AC monofásicos e trifásicos, distinguindo diferentes técnicas de modulação e reconhecendo as suas aplicações no acionamento de máquinas, nas energias renováveis, no armazenamento de energia e na interligação com a rede elétrica;
- aplicar os princípios de modulação PWM, comando e controlo de conversores comutados, incluindo a seleção de circuitos de comando e de ajuda à comutação;
- dimensionar componentes magnéticos destinados a conversores eletrónicos de potência;
- conceber, dimensionar, simular, construir em placa de circuito impresso e testar um conversor eletrónico de potência, integrando os conhecimentos adquiridos e comparando os resultados teóricos, simulados e experimentais.
Programa
1. Revisão de conceitos fundamentais. Convenções e definições. Introdução à Eletrónica de Potência. Principais aplicações. Conversores eletrónicos de potência lineares e comutados;
características; classificação.
2. 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. Funcionamento em comutação e suas principais consequências. Perdas térmicas em circuitos comutados; limitações. Alguns cuidados a ter no projeto de circuitos comutados.
3. 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 e low-side drivers) para MOSFET/IGBT utilizados nos conversores.
4. 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.
5. 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; utilização na interligação entre fontes de energia renováveis e sistemas de armazenamento de energia, e a rede elétrica. Referência à existência de interferência eletromagnética (EMI). Referência aos conversores ressonantes DC/AC.
6. 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.
7. Projeto de componentes magnéticos.
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
- Erickson, R. e Maksimovic, D. (2020). Fundamentals of Power Electronics, 3rd ed. 2020 Edition. Kluwer: Kluwer Academic Publishers
- M. Undeland, T. e P. Robbins, W. (2002). Power Electronics: Converters, Applications, and Design . (Vol. 1). WILEY: John Wiley & Sons
- Monteiro, R. (2023). Fascículo de problemas de Eletrónica de Potência . IPT: IPT
- Monteiro, R. (2023). Sebenta de Eletrónica de Potência. IPT: IPT
- Nunes, F. e Ferreira, C. (2023). Diapositivos de revisão - aulas práticas. IPT: IPT
Método de Ensino
Aulas teóricas para apresentação dos conteúdos programáticos.
Aulas prático-laboratoriais para resolução de problemas, demonstrações, experiências laboratoriais e apoio no desenvolvimento do projeto e esclarecimento de dúvidas.
Software utilizado nas aulas
-LTSpice para simulação de circuitos elétricos e eletrónicos;
-KiCad destinado ao projeto de circuitos eletrónicos e placas de circuito impresso PCB (Printed Circuit Board).
Aprovado em Conselho Técnico Cientifico: 09 de novembro de 2026
Download da Ficha da Unidade Curricular (FUC)
