Baixe Inversores e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Conversores CC - CA Vem d →→→ → Vsef (IN VERSO RES) Eletrônica de Potência I Prof. Fausto B. Líbano O que são inversores? São conversores que convertem o valor médio da tensão de entrada CC em uma tensão eficaz de saída CA com freqüência e amplitude desejadas. Alguns Parâmetros de Performance Fator harmônico do n-ésimo harmônico É uma medida da contribuição do harmônico individual. HFn = Vn V1 Onde, V1 é o valor eficaz da componente fundamental e Vn é o valor eficaz do n-ésimo componente harmônico. Distorção Harmônica Total - THD É a medida da proximidade da forma de onda e sua componente fundamental. THD V Vn n =       = ∞ ∑ 1 1 2 2 3 1 2 , ,... Fator de distorção - DF Indica a quantia de distorção harmônica que resta em uma forma de onda após serem submetidos por uma atenuação de segunda ordem. O fator de distorção de um componente harmônico individual é: Harmônico de mais baixa ordem - LOH Diz-se que é o componente harmônico cuja freqüência está mais próxima da fundamental, com amplitude maior ou igual a 3% da componente fundamental. DF V V n n n =             = ∞ ∑ 1 1 2 2 2 3 1 2 , ,... D F V V nn n= 1 2 Inversor Monofásico em Ponte Possuem quatro chaves; A tensão eficaz de saída é: e T e o s VdtVT V o =         = ∫ 212/ 0 22 Inversores Trifásicos Podem ser estruturados como uma topologia em ponte trifásica; As cargas podem estar conectada em estrela ou triângulo. Inversores Trifásicos Quando compondo inversores trifásico, as tensões de saída dos inversores monofásicos devem ser equilibradas em amplitudes e fases, pois as saídas trifásicas não podem ser desequilibradas. Dois tipos de sinais são aplicados aos transistores: Condução por 180° Condução por 120° Inversores Trifásicos Formas de ondas 180º Etapas de Funcionamento Q1 Q5 Q6 ON Q1 Q2 Q6 ON Q1 Q3 Q2 ON Q3 Q2 Q4 ON Q3 Q5 Q4 ON Q5 Q4 Q6 ON INVERSOR TRIFÁSICO Formas de ondas 120º Etapas de Funcionamento Q6 Q1 ON Q1 Q2 ON Q2 Q3 ON Q3 Q4 ON Q4 Q5 ON Q5 Q6 ON INVERSOR TRIFÁSICO Modo1 Modo2 Modo3 0 2 2 = −= = Vcn VsVbn VsVan 2 0 2 VsVcn Vbn VsVan −= = = 2 2 0 VsVcn VsVbn Van −= = = Controle de Tensão em Inversores Monofásico É sempre necessário, em aplicações industriais, controlar a tensão de saída de inversores. Isto porque: para resolver as variações da tensão CC de entrada; para regulação de tensão de inversores; para a manutenção da relação tensão/freqüência constante. Modulação por Largura de Pulso Único No controle através da modulação por este tipo de modulação, existe somente um pulso por semiciclo e a sua largura é variada para controlar a tensão de saída do inversor. Na figura a seguir, mostra a geração dos sinais de comando e a tensão de saída do inversor monofásico em ponte completa. Modulação por Largura de Pulso Único Ar - amplitude do sinal de referência retangular Ac - amplitude de uma onda portadora triangular A freqüência do sinal de referência determina a freqüência fundamental da tensão de saída. Índice de Modulação c r A AM = Modulação por Largura de Pulso Único A tensão eficaz de saída pode ser encontrada a partir de: ( ) ( ) ( ) V V d wt Vo s s=         = − + ∫ 2 2 2 2 2 1 2 π δ ππ δ π δ / / Considere nas equações Vs=Ventrada=Ve e Vo=Vsaída=Vs Modulação por Largura de Pulsos Múltiplos jo E E K Á Â K e de referância o RARA : RE en ingnon E (b) Tensão de saida Modulação por Largura de Pulsos Múltiplos Se for a largura de cada pulso, a tensão eficaz de saída poderá ser encontrada a partir de δ ( ) ( ) ( ) V p V d wt V p o s p p s=         = − − ∫ 2 2 2 2 2 1 2 π δ ππ δ π δ / / Modulação por Largura de Pulsos Senoidal A largura de cada pulso é variada em proporção à amplitude de uma onda senoidal, analisada no centro do mesmo pulso. O fator de distorção e os harmônicos de mais baixa ordem são reduzidos significativamente. Esse tipo de modulação é comumente utilizado em aplicações industriais e abreviado como SPWM. A freqüência do sinal de referência, fr, determina a freqüência de saída do inversor, fo, e sua amplitude máxima Ar controla o índice de modulação M, que por sua vez controla a tensão eficaz de saída Vs. Modulação por Largura de Pulsos Senoidal Modificada As larguras dos pulsos que são mais próximos do valor máximo de uma senóide não mudam significativamente com a variação do índice de modulação. Isso se deve a característica de uma onda senoidal, e a técnica SPWM pode ser modificada tal que a onda portadora seja aplicada durante o primeiro e o último intervalos de 60° por semiciclo. Esse tipo é conhecido como MSPWM Modulação por Largura de Pulsos Senoidal Modificada A Sinal da portadora Ap = Sinal de referência | 0 | iso | 240º 300º S60 , qt igor 120 0 L [1 E 1 ço — ut Le 0 [ [1 [ [ L ot | x 2r Modulação por Largura de Pulsos Senoidal Modificada A componente fundamental é aumentada e suas características harmônicas são melhoradas. Reduz-se o número de chaveamento dos dispositivos de potência e também as perdas por chaveamento. O número de pulsos, q, nos períodos de 60°, é em geral relacionado a razão de freqüência, particularmente em inversores trifásicos, por: f f qc o = +6 3 Controle por Deslocamento de Fase A tensão eficaz é: o valor eficaz da tensão fundamental de saída é: V Vo s= β π V Vs 1 4 2 2 = sen β Controle de Tensão de Inversores Trifásicos Um inversor trifásico pode ser considerado como 3 inversores monofásicos e a saída de cada inversor monofásico é defasada em 120°. As técnicas de controle de tensão, mostradas anteriormente, são aplicáveis em inversores trifásicos. Técnicas Avançadas de Modulação A SPWM, que é a mais comumente utilizada, sendo que para algumas aplicações pode apresentar limitações. Existem outras técnicas que oferecem performances melhoradas, entre elas pode-se citar: modulação trapezoidal; modulação escada; modulação degrau; modulação por injeção de harmônicos; modulação delta. Modulação PWM Escada V4 (a) Geração do sinal de gatilho ao À Va 2 q E er ot -V. 2 + (b) Tensão de saída Modulação PWM Degrau a) Geração do sianl de comando ih e EH (b) Tensão de saída Modulação PWM por Injeção de Harmônicos (a) Geração do sinal de comando imverage gu