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  • Tpicos Especiais em Energia Eltrica (Projeto de Inversores e Conversores CC-CC)

    Aula 4.1

    Princpio de Operao dos Inversor

    Prof. Joo Amrico Vilela

    Departamento de Engenharia Eltrica

  • Conversor CC-CA (Inversor)

    A funo de um inversor converter uma tenso contnua de entrada numa

    tenso alternada simtrica de sada com mdulo e frequncia determinados.

    A frequncia da tenso de sada do inversor determinada pelo

    chaveamento dos dispositivos semicondutores que formam o inversor,

    depende, portanto, do circuito de controle.

    Introduo

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Onda

    quadrada

    t

    V

  • Um inversor pode

    apresentar diferentes

    formas de onda da

    tenso de sada em

    funo da forma de

    operao e de sua

    caracterstica

    construtiva.

    Onda

    quadrada

    t

    V

    Trapezoidal

    t

    V

    Senoidal

    t

    V

    Multi-nivel

    t

    V

    Introduo

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • Princpio de funcionamento

    O inversor monofsico de tenso na configurao ponte completa

    apresentado nas figuras abaixo

    Estrutura bsica do inversor de

    tenso em ponte completa

    Inversor Monofsico

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • Estrutura bsica do inversor de

    tenso em ponte completa

    Estrutura bsica do inversor de

    tenso em ponte completa

    representando os interruptores e os

    diodos em anti-paralelo.

    Princpio de funcionamento

    O inversor monofsico de tenso na configurao ponte completa

    apresentado nas figuras abaixo

    Inversor Monofsico

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • As etapas de operao desse inversor

    1 Etapa) S1 e S2 conduzem e S3 e S4 esto bloqueadas.

    Estrutura bsica do inversor de

    tenso em ponte completa

    Forma de onda da tenso na

    carga.

    Inversor Monofsico

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • As etapas de operao desse inversor

    2 Etapa) S3 e S4 conduzem e S1 e S2 esto bloqueadas.

    Estrutura bsica do inversor de

    tenso em ponte completa Forma de onda da tenso na

    carga.

    Inversor Monofsico

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • Sinal de comando dos interruptores

    e forma de onda da tenso e da

    corrente na carga.

    A partir de uma fonte CC o inversor

    foi capaz de produzir uma tenso

    alternada na carga.

    Inversor Monofsico

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao triangular

    O comparador defini a razo cclica

    atravs da comparao de um sinal

    triangular com um tenso de

    referencia cc.

    Se a frequncia da triangular for fixa

    o chaveamento dos interruptores

    ser tambm numa frequncia fixa.

    O controle da tenso de sada

    realizado pela variao do tempo de

    conduo dos interruptores em

    relao ao perodo de chaveamento

    (PWM).

  • T A +

    A

    D A+

    D A -

    0

    E/2

    E/2

    +

    -

    t

    VControle

    VA0 E/2

    -E/2

    + + +

    - - -

    O valor mdio de VAO positivo

    T A -

    )12(0 DEVA

    Modulao triangular

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • T A +

    A

    D A+

    D A -

    0

    E/2

    E/2 /2

    +

    -

    t

    VControle

    VA0 E/2

    -E/2

    O valor medio de VAO zero

    T A -

    + +

    - - -

    )12(0 DEVA

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao triangular

  • T A +

    A

    D A+

    D A -

    0

    E/2

    E/2

    +

    -

    t

    VControle

    VA0 E/2

    -E/2

    O valor mdio de VAO negativo

    T A -

    - - -

    + + +

    )12(0 DEVA

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao triangular

  • E

    - E

    VAO

    T /2

    T1T2T3

    T

    V C V PT

    tempo

    tempo

    Modulao PWM senoidal a dois nveis

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    E

    - E

    VAO

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor, antes do indutor;

    b) Sinal modulante senoidal e moduladora triangular.

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor e corrente no indutor;

    b) Sinal modulante senoidal e moduladora triangular.

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor e corrente no indutor;

    b) Sinal modulante senoidal e moduladora triangular.

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Modulao PWM senoidal a dois nveis

    Durante o semiciclo positivo (S3 e S4 permanecem bloqueada)

    Se Vseno > Vtri, ento S1 e S2 em conduo => Vo = E

    Se Vseno < Vtri, ento S1 e S2 bloqueado => D3, D4 em conduo Vo = -E

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Modulao PWM senoidal a dois nveis

    Durante o semiciclo negatico (S1 e S2 permanecem bloqueada)

    Se Vseno < Vtri, ento S3 e S4 em conduo => Vo = -E

    Se Vseno > Vtri, ento S3 e S4 bloqueado => D1, D2 em conduo Vo = E

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Modulao PWM senoidal a dois nveis

    As componentes harmnicas presentes na tenso aplicada a carga so

    definidas pela frequncia do sinal modulador (frequncia de comutao).

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal dois nveis

  • Modulao PWM senoidal a trs nveis

    O sinal de comando so obtidos a partir da interseco de duas ondas

    moduladas senoidais de mesma amplitude e frequncia, mas defasada

    de 180o uma em relao a outra. Assim, o comando das chaves S1 e S4

    obtido comparando a onda portadora triangular Vtri com a onda

    moduladora senoidal Vseno1. J o comando das chaves S2 e S3 obtido

    atravs da comparao de Vtri com a onda moduladora senoidal

    complementar Vseno2.

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

  • VA0

    VB0

    VAB

    VCB VCA

    E/2

    -E/2

    tempo

    -

    E

    E

    -E

    Modulao PWM senoidal a trs nveis

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    1 Etapa 2 Etapa

    3 Etapa 4 Etapa

    Etapas de operao do inversor monofsico em ponte completa

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    5 Etapa 6 Etapa

    7 Etapa 8 Etapa

    Etapas dos semiciclo negativo de operao

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Forma de onda da modulao, da corrente no indutor e da corrente no

    capacitor

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Modulao PWM senoidal a trs nveis

    Lgica de controle da modulao a trs nveis

    Se Vseno1 > Vtri, ento S1 em conduo => VAN = E/2;

    Se Vseno1 < Vtri, ento S4 em conduo => VAN = -E/2;

    Se Vseno2 > Vtri, ento S3 em conduo => VBN = E/2;

    Se Vseno2 < Vtri, ento S2 em conduo => VBN = -E/2;

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Durante o semiciclo positivo (S3, S4 permanecem bloqueado)

    VAN = E/2 ; VBN = -E/2 => V0 = E => S1 e S2 em conduo;

    VAN = E/2 ; VBN = E/2 => V0 = 0 => S2 bloqueado e S1, D3 em conduo;

    VAN = -E/2 ; VBN = -E/2 => V0 = 0 => S1 bloqueado e S2, D4 em conduo;

    Durante o semiciclo negativo (S1, S2 permanecem bloqueado)

    VAN = -E/2 ; VBN = E/2 => V0 = -E => S3 e S4 em conduo;

    VAN = -E/2 ; VBN = -E/2 => V0 = 0 => S3 bloqueado e S4 D2 em conduo;

    VAN = E/2 ; VBN = E/2 => V0 = 0 => S4 bloqueado e S3, D1 em conduo.

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Modulao PWM senoidal a trs nveis

    Verifica-se que algumas harmnicas, que estavam presentes no espectro

    de frequncia para a modulao a dois nveis, esto ausentes na

    modulao PWM a trs nveis.

    Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor, antes do indutor;

    b) Sinais modulantes senoidal defasados de 180 e moduladora triangular.

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor e corrente no indutor;

    b) Sinais modulantes senoidal defasados de 180 e moduladora triangular.

    Modulao PWM Senoidal trs nveis

  • Projeto de Inversores e Conversores CC-CC

    a) Forma de onda da tenso na sada do inversor e corrente no indutor;

    b) Sinais modulantes senoidal defasados de 180 e moduladora

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