Aplicação de módulos semicondutores híbridos em acionamentos elétricos
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Data
2021-02-26
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São
João del-Rei
Resumo
Módulos semicondutores híbridos consistem em soluções que reúnem interruptores de silício e de algum material de larga banda proibida (do inglês, wide band gap (WBG)), proporcionando a obtenção de soluções de melhor custo benefício. Estes módulos apresentam-se como uma alternativa de aumento de eficiência em relação às tecnologias de silício, porém com custo total agregado inferior aos módulos puros de WBG. Por se tratar de uma tecnologia recente, o desenvolvimento de módulos híbridos compostos por Si-IGBT e SiC-MOSFET ou GaN-HEMT ainda é restrito a laboratórios de pesquisa, os quais têm feito progresso acerca dos principais desafios para viabilização da tecnologia. Entre os temas de pesquisa, é possível destacar a dificuldade em construir modelos comportamentais para ambientes de simulação de eletrônica de potência. Diante disso, este trabalho propõe uma estratégia para modelar a conexão paralela de interruptores e diodos que, por meio de tabelas look-up extraídas de folhas de dados, permite um acoplamento entre os domínios elétrico e térmico dos componentes em questão. A partir desta modelagem, este trabalho propõe uma metodologia de seleção de interruptores para compor um par híbrido formado por um Si-IGBT e um SiC-MOSFET, os quais são utilizados para acionar um motor de indução de 440 V e 300 HP. Dentre as combinações analisadas, foram escolhidas duas soluções híbridas com potencial de redução de perdas, as quais são comparadas com as soluções puras de silício e SiC de mesma corrente disponíveis no mercado. As comparações são feitas a partir de um perfil de operação diário real para o acionamento elétrico de um exaustor. Os resultados demonstraram uma potencial redução de perdas energéticas diárias de 45% em relação aos módulos originais de silício, além de apresentar uma redução de área de chips SiC entre os demais módulos, indicando potenciais reduções de custo. Portanto, os pares híbridos selecionados foram avaliados como soluções de melhor relação custo-benefício considerando o perfil de operação da aplicação.
Descrição
Palavras-chave
Semicondutores, Motores elétricos - Controle, Circuitos elétricos, Projeto da máquina