conversores cc-ca e ca-ca - professorpetry.com.br · inversor/retificador de corrente trifásico....

Conversores CC-CA e CA-CA

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina

Departamento Acadêmico de Eletrônica

Pós-Graduação em Desen. de Produtos Eletrônicos

Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas

Florianópolis, março de 2011.

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Bibliografia para esta aula

http://www.florianopolis.ifsc.edu.br/~petry

Institu

to F

ederal d

e Educação

, Ciên

cia e Tecn

olo

gia d

e San

ta Catarin

a D

epartam

ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

pus F

lorian

ópolis

Conteúdo desta aula

Conversores CC-CA:

1. Introdução;

2. Principais características;

3. Inversor monofásico meia ponte;

4. Inversor monofásico ponte completa;

5. Outras topologias de inversores de tensão;

6. Semicondutores.

Conversores CA-CA:

1. Introdução;

2. Principais características;

3. Gradadores;

4. Estabilizador de tap variável;

5. Conversores CA-CA PWM;

6. Semicondutores.

Institu

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

olo

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e San

ta Catarin

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epartam

ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

pus F

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ópolis

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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e San

ta Catarin

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ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

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Antes de iniciar

http://www.institutoideal.org

Conversores CC-CA

1E 1 1v ,f

2E 2 2v ,f

ConversorCC-CC

Retificador

Inversor

Conversorindireto de

tensão

Conversorindireto defreqüência

Institu

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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e San

ta Catarin

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epartam

ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

pus F

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ópolis

Princípio geral:

Controla o fluxo de potência entre uma fonte de tensão contínua e outra

alternada.

Institu

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

olo

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e San

ta Catarin

a D

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ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

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outv

outv

t

0

fV

t

fV

0

Conversores CC-CA

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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e San

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ento

Acad

êmico

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letrônica –

Cam

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ópolis

Conversores CC-CA

Conversores CC-CA:

• Denominados de inversores: convertem tensão contínua em

tensões alternadas;

• Podem ser monofásicos, trifásicos ou n-fásicos;

• Unidirecionais ou bidirecionais;

• Comandados em alta freqüência

• Modulação simples ou complexa;

• Dois níveis ou multiníveis;

• Podem ser isolados ou não-isolados;

• Podem operar em condução contínua ou descontínua;

• Controlados no modo tensão ou corrente;

• Comutação normal ou suave;

• Inversores de tensão ou corrente;

• Aplicações dos conversores CC-CA.

Institu

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

êmico

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Cam

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Conversores CC-CA – Número de Fases

Trifásico

Monofásico

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, Ciên

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Conversores CC-CA - Bidirecionalidade

Bidirecional

Unidirecional?

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, Ciên

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PWM alta freqüência

Conversores CC-CA - Comando

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Conversores CC-CA - Modulação

Vetorial

PWM Senoidal

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, Ciên

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Conversores CC-CA - Isolamento

Isolado

Não-isolado

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, Ciên

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Conversores CC-CA – Número de Níveis

Dois níveis

Três níveis

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, Ciên

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Conversores CC-CA – Número de Níveis

Multiníveis

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, Ciên

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Conversores CC-CA – Controle de V ou I

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, Ciên

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Conversores CC-CA - Comutação

Hard x soft

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, Ciên

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Conversores CC-CA – Tensão ou Corrente

Tensão - VSI

Corrente - CSI

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, Ciên

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Cam

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Conversores CC-CA - Aplicações

Algumas aplicações:

• Acionamento de motores de corrente contínua;

• Acionamento de motores de corrente alternada;

• Energias alternativas;

• Isolamento em alta freqüência;

• Filtros ativos;

• Estabilizadores de tensão;

• UPS;

• Aplicações espaciais, aeronáuticas e veiculares

• Entre outras.

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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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Inversor Monofásico Meia Ponte

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, Ciên

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Estrutura do conversor:

Dissertação de Fernando H. Gerente

Inversor Monofásico Ponte Completa

http://www.tede.ufsc.br/teses/PEEL1024.pdf

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, Ciên

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Cam

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Modulação empregada:

Bipolar ou dois níveis


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, Ciên

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Cam

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Modulação empregada:

Unipolar ou três níveis


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, Ciên

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Etapas de operação (modulação SPWM bipolar):


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, Ciên

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ento

Acad

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letrônica –

Cam

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Primeira etapa de operação


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, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

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Cam

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Segunda etapa de operação


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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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e San

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ento

Acad

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letrônica –

Cam

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Principais formas de onda (modulação SPWM bipolar):


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e Educação

, Ciên

cia e Tecn

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e San

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a D

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ento

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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):


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, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

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letrônica –

Cam

pus F

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Primeira etapa de operação


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, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

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letrônica –

Cam

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Segunda etapa de operação


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, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

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Cam

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Terceira etapa de operação


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, Ciên

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Cam

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Quarta etapa de operação


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, Ciên

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Cam

pus F

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Principais formas de onda (modulação SPWM unipolar):


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, Ciên

cia e Tecn

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e San

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ento

Acad

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Cam

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ópolis

Tensão de saída (modulação SPWM bipolar):

0

1 s s

s

D T T

ab f f

s D T

V V dt V dtT

2 1ab fV V D

_ab pk

f

VMI

V

Índice de modulação:

_1 1

2 2

ab pk

f

Vd t sen t

V


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Cam

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Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar):

max2

f

o s

VL

IL F


Institu

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, Ciên

cia e Tecn

olo

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ento

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letrônica –

Cam

pus F

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Tensão de saída (modulação SPWM bipolar):

2

0

1

2

sTD

ab fs

V V dtT

ab fV V D

_ab pk

f

Vd t sen t

V

_ab pk

f

VMI

V

Índice de modulação:


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, Ciên

cia e Tecn

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ento

Acad

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letrônica –

Cam

pus F

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Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar):

max4

f

o s

VL

IL F


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, Ciên

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Indutor (modulação SPWM bipolar x SPWM unipolar):

2 níveis 3 níveis


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Inversor Monofásico Push-Pull

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Inversor Monofásico Acionando Motor DC

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Inversor Trifásico

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, Ciên

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Inversor Trifásico Bidirecional

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Inversor Trifásico Aplicado em Filtros Ativos

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, Ciên

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Inversor/Retificador de Corrente Trifásico

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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação

Simulação (modulação SPWM bipolar):

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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação

Simulação (modulação SPWM unipolar):

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, Ciên

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1E 1 1v ,f

2E 2 2v ,f

ConversorCC-CC

Retificador

Inversor

Conversorindireto de

tensão

Conversorindireto defreqüência

Conversores CA-CA

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, Ciên

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Cam

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ópolis

fv

fv

t

0

ov

t

0

ov

Conversores CA-CA

Princípio geral:

Controla o fluxo de potência entre uma fonte duas fontes de tensão

alternada.

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, Ciên

cia e Tecn

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Conversores CA-CA - Aplicações

Algumas aplicações:

• Controle de intensidade luminosa;

• Controle de temperatura;

• Controle de velocidade de motores de indução;

• Limitação da corrente de partida de motores de indução;

• Estabilizadores de tensão;

• Filtros ativos;

• Pré-estabilização em fontes de alimentação e UPS;

• Economia de energia;

• Sistemas de potência;

• Entre outras.

Alterar forma

Alterar amplitude

Alterar freqüência

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, Ciên

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Conversores CA-CA - Funções

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, Ciên

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Gradador usando triac

Gradador usando tiristores

Gradadores

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Retificador com carga resistiva pura:

Gradadores – Controle por Ângulo de Condução

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Gradador com carga resistiva pura:


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Harmônicas da corrente de carga, exemplo:

220

4800

oV V

Po W

2 222010

4800

o

o

VR

P

2 31131,1

10

om

VI A

R

1 1 31,1mI I A

3 0,3 9,33mI I A

5 0,15 4,66mI I A 0

5

10

15

20

25

30

35

I1 I2 I3


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, Ciên

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, Ciên

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Cam

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Deficiências dos gradadores:

1. Introduzem harmônicas significativas de corrente na rede;

2. Para ângulos de disparo (α) elevados o fator de potência

é baixo.

Controle por ciclos inteiros:

Gradadores – Controle por Ciclos Inteiros

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Gradadores – Controle por Ciclos Inteiros

2

1 1oW R I T

2

2W R I T 1 2W W

2 2

1oR I T R I T

1o o

T mI I I

T M

m = número de ciclos aplicados à carga;

M = número de ciclos da rede.

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Controle da tensão de saída do retificador pelo gradador

Gradadores – Aplicação na Partida de Cargas

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Controle da corrente de partida de motores usando gradadores

www.weg.com.br

Gradadores – Aplicação na Partida de Cargas

http://www.weg.com.br/

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Estabilizador de Tensão de Tap Variável

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Estabilizador de Tensão de Tap Variável

Principal Auxiliar

Echavarría et al, 2007.

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, Ciên

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Conversor CA-CA PWM - Comutação

V

S1

D1

1 2Lo

Co

2

1

Ro

Conversor CC-CC

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, Ciên

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ópolis


Conversor CA-CA

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Sobreposição

Tempo morto

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Cam

pus F

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1S 3S

2S

4S

oL

oC oZov

iv

1S

3S

2S

4S

oL

oC oZov

iv

0 2

iv

1 2,S S

3 4,S S

1s pwm on

2s pwm on

3s on pwm

4s on pwm

0iv 0iv


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, Ciên

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Conversor CA-CA PWM - Simulação

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, Ciên

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Dados da simulação:

• Fs = 1 kHz;

• Co = 100 uF;

• Lo = 10 mH.


Institu

to F

ederal d

e Educação

, Ciên

cia e Tecn

olo

gia d

e San

ta Catarin

a D

epartam

ento

Acad

êmico

de E

letrônica –

Cam

pus F

lorian

ópolis


• Fs = 20 kHz;

• Co = 10 uF;

• Lo = 1 mH.


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, Ciên

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• Cret =1 uF.

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• Cret =0,1 uF.


• Cret = 100 uF.

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