Aplicação de Módulo Semicondutores Híbridos em Acionamentos Elétricos

Fábio A. Pongelupe; Allan F. Cupertino; Heverton A. Pereira

doi:10.18618/REP.2021.3.0063

Authors

Fábio A. Pongelupe Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), Belo Horizonte, MG, Brasil.
Allan F. Cupertino Departamento de Engenharia de Materiais, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), Belo Horizonte, MG, Brasil.
Heverton A. Pereira Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa, MG, Brasil.

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2021.3.0063

Keywords:

Acionamentos elétricos, Modelo comportamental, Módulo semicondutor híbrido, SiC MOSFET

Abstract

Módulos semicondutores híbridos consistem em dispositivos que combinam interruptores de silício com interruptores de algum material semicondutor de larga banda proibida (do inglês, wide band gap (WBG)), proporcionando a obtenção de soluções com um melhor custo benefício. Esta abordagem permite estender os limites da tecnologia baseada em silício, proporcionando um custo mais competitivo do que os módulos baseados exclusivamente em materiais WBG. Este artigo 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 Si e SiC de mesma corrente disponíveis no mercado. As comparações são feitas a partir de um perfil de operação diário real de 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 um custo inicial intermediário entre as soluções baseadas em Si-IGBT e SiC-MOSFET.

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Author Biographies

Fábio A. Pongelupe, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), Belo Horizonte, MG, Brasil.

possui graduação em Engenharia Elétrica (2018) e realiza mestrado em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG). Atualmente, é engenheiro de aplicação na empresa Cadence Design Systems. Seus principais interesses de pesquisa incluem dispositivos WBG e suas aplicações, projeto de módulos semicondutores e integridade de potência.

Allan F. Cupertino, Departamento de Engenharia de Materiais, Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), Belo Horizonte, MG, Brasil.

possui graduação em Engenharia Elétrica (2013) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), mestrado (2015) e doutorado (2019) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Realizou doutorado sanduíche na Aalborg University, Dinamarca. Desde 2014 é professor no Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), atuando na área de máquinas elétricas e eletrônica de potência. Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores modulares multinível e suas aplicações, energia solar fotovoltaica, sistemas de armazenamento de energia por baterias e confiabilidade de conversores eletrônicos.

Heverton A. Pereira, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Viçosa (UFV), Viçosa, MG, Brasil.

possui graduação em Engenharia Elétrica (2007) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), mestrado em Engenharia Elétrica (2009) pela Universidade de Campinas (UNICAMP) e doutorado em Engenharia Elétrica (2015) pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Realizou doutorado sanduíche (2014) na Aalborg University, Dinamarca. Desde 2009 é professor na Universidade Federal de Viçosa. Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores conectados à rede para sistemas de energia fotovoltaica e eólica e sistemas de transmissão de alta tensão baseados em MMC.

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