UNIVERSIDADE FEDERAL DE
SÃO JOÃO DEL-REI
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-CA
Sumário
1. Princípio básico do inversor trifásico VSI em ponte
2. Tipo de condução por 120°
3. Tipo de condução por 180°
4. Exemplos
5. Lista de Exercícios
6. Recomendações Finais
Princípio básico do inversor trifásico VSI em ponte
O circuito do inversor trifásico
muda a tensão de entrada CC
para uma tensão de saída variável trifásica de frequência variável
. A
tensão de
entrada
CC pode ser obtida de uma
fonte CC ou
de uma
tensão CA retificada
. O inversor trifásico em ponte pode ser projetado
com a
combinação de três inversores monofásicos em meia-ponte
.
O
circuito básico
consiste em
seis interruptores de potência
com seis diodos de retorno associados
. Os interruptores abrem e
fecham de maneira periódica, na sequência apropriada, para fornecer
a forma de onda desejada de saída. A taxa de comutação determina a
frequência de saída do inversor. Para operar esses seis interruptores,
várias sequências são possíveis
.
Mas há dois modos fundamentais que completam um ciclo
com seis comutações. Um deles é conhecido como tipo de
condução
por 120°
e o outro, como tipo de
condução por 180°.
Tipo de condução por 120°
O
inversor trifásico básico
em ponte da Figura 9.18 pode
ser controlado de tal modo que
cada interruptor conduza por
um período de 120°.
Tipo de condução por 120°
Nessa
situação,
somente
dois
interruptores
estarão
conduzindo a todo tempo, um do grupo positivo (S
1, S
3e S
5) e outro
do grupo negativo (S
2, S
4e S
6)
. Os dois interruptores ligados
conectam
dois
dos
terminais
da carga aos terminais de
alimentação CC
,
enquanto
o terceiro
terminal permanece
flutuando
. Há seis intervalos
em um ciclo da forma de onda da tensão CA. Os interruptores passam
para o estado ligado em
intervalos de 60°
da forma de onda da tensão
de saída, em uma sequência apropriada para a obtenção das tensões
v
AB, v
BCe v
CA. A
taxa de comutação determina a frequência de saída
.
Para eliminar a possibilidade de curto-circuito na fonte CC, os
dois
interruptores, no mesmo caminho, não podem estar ligados ao mesmo
tempo
. Portanto, há um
intervalo de 60° entre o fim da condução
no
interruptor S
1e o começo
da condução no interruptor S
4, que está no mesmo
caminho de S
1. O mesmo é verdadeiro para os interruptores S
3e S
6, S
5e S
2.
Tipo de condução por 120°
As
tensões de fase na carga, v
AN, v
BNe v
CN, podem ser
determinadas para diversas durações de 60° com uma
carga
resistiva ligada em Y
. É possível obter essas tensões ao
considerar os circuitos equivalentes das diversas combinações de
carga do inversor para os
seis intervalos
, como pode ser visto na
Figura 9.19. Os resultados estão resumidos na Tabela 9.2.
Tipo de condução por 120°
Tipo de condução por 120°
A Figura 9.20 mostra as três tensões de fase, vAN, vBN e vCN. As tensões de linha podem ser determinadas à partir das tensões de fase com o uso de:
As três tensões de linha também são apresentadas na Figura 9.20. As formas de onda da tensão de linha em degrau são idênticas na forma, embora deslocadas, uma em relação à outra, em 120°.
Cada interruptor fica ligado durante 120° na sequência. Quando S1 estiver ligado em ωt = 0, o terminal A se achará ligado do lado positivo da fonte CC. Quando S4 estiver ligado em ωt = π, o terminal A se encontrará ligado do lado negativo da fonte CC.
Quando a carga for indutiva, a forma de onda se tornará diferente
do que é mostrado aqui, porque o terminal da tensão, no período desligado, será afetado pelo comportamento transitório da corrente.
Tipo de condução por 120°
Fig. 9.20 – Formas de onda de tensão no circuito para condução por 120°.
Tipo de condução por 120°
O
valor RMS da tensão de fase
é:
Valor
RMS da tensão de linha
:
Com uma
carga resistiva balanceada
, ligada em Y, a
potência de saída
é dada por:
Tipo de condução por 120°
O
valor RMS da corrente na saída
é:
A
corrente RMS no interruptor
é:
Exemplo
Ex. 1) Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga ligada em Y com
10 Ω de resistência por fase. A fonte de tensão CC é de 440 V e o inversor opera no modo de condução por 120°. Determine:
a) a corrente de entrada;
b) a potência média absorvida pela carga;
c) o valor RMS da tensão de fase na saída;
Exemplo
Tipo de condução por 180°
A
comutação
para esse tipo de condução é realizado
sem
período no estado desligado
. Isto é, um interruptor estará sempre
ligado, seja no terminal positivo, seja no negativo, mas é preciso
evitar
que os três estejam ligados nos terminais positivo ou negativo
simultaneamente
.
Em qualquer instante determinado, os três interruptores —
digamos,
S
1, S
2e S
3— estarão
conduzindo
.
Após um período de 60°,
a
condução ficará por conta de
S
2, S
3e S
4. O período de
condução
para
cada interruptor é de 180°
, de modo que dois interruptores, no
mesmo caminho, nunca estarão conduzindo de modo simultâneo.
Existem
seis intervalos distintos de 60°
para um ciclo de saída.
A taxa de sequenciamento desses intervalos especifica a frequência de
Tipo de condução por 180°
Tipo de condução por 180°
É possível deduzir as formas de onda das três tensões
de saída
ao supor uma carga resistiva R balanceada, ligada em Y.
As tensões de fase para os diversos intervalos de 60° podem ser
obtidas ao considerar-se o circuito equivalente para cada
intervalo, como mostra a Figura 9.21.
Tipo de condução por 180°
As tensões associadas a cada fase da carga podem ser
determinadas a partir desses circuitos equivalentes. Um
resumo
dos resultados
é apresentado na Tabela 9.4.
Tipo de condução por 180°
As formas de onda das tensões de fase mostradas na Figura 9.22 são
idênticas, embora defasadas em 120°.
Não são ondas senoidais puras, mas mostram alguma semelhança com elas. As tensões de fase têm seis descontinuidades por ciclo e correspondem aos seis pontos de comutação por ciclo.
Tipo de condução por 180°
Basicamente, as formas de onda da tensão de linha ou de fase são independentes das características da carga, a qual pode ser qualquer combinação de resistência, indutância e capacitância, balanceada ou desbalanceada. Se a carga for resistiva, a corrente na carga tem a mesma forma de onda da tensão de fase. Para uma carga balanceada ligada em Y, a potência de saída é dada por:
Tipo de condução por 180°
O valor RMS da tensão de linha na saída:
O valor RMS da tensão de fase na saída é:
O valor RMS da corrente na saída é:
Valor nominal de tensão inversa para o interruptor = E
Exemplo
Ex. 10.9) Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga ligada em Y com
10 Ω de resistência por fase. A fonte de tensão CC é de 440 V e o inversor opera no modo de condução por 180°. Determine:
a) a corrente de entrada;
b) a potência média absorvida pela carga;
c) o valor RMS da tensão de fase na saída;
Exemplo
Lista de Exercícios
Capítulo 5 – Ahmed (Eletrônica de Potência)
Conceitos básicos dos retificadores não-controlados e formas de onda características para cada carga;
Problemas sobre retificadores monofásicos não-controlados.
Capítulo 6 – Ahmed (Eletrônica de Potência)
Conceitos básicos dos retificadores controlados e formas de onda características para cada carga;
Problemas sobre retificadores monofásicos controlados (não fazer exercícios de retificadores semi-controlados e conversores duais).
Capítulo 7 – Ahmed (Eletrônica de Potência)
Conceitos básicos dos retificadores trifásicos não-controlados e formas de onda características para cada carga;
Problemas sobre retificadores trifásicos não-controlados de meia-onda e em ponte (não fazer exercícios de retificadores de doze pulsos).
Lista de Exercícios
Capítulo 8 – Ahmed (Eletrônica de Potência)
Conceitos básicos dos retificadores trifásicos controlados e formas de onda características para cada carga;
Problemas sobre retificadores trifásicos controlados de meia-onda e em ponte (não fazer exercícios de retificadores semicontrolados e de doze pulsos).
Capítulo 10 – Ahmed (Eletrônica de Potência)
Conceitos básicos dos inversores e formas de onda características;
Problemas sobre inversores (monofásicos e trifásicos). Capítulo 3 – Rashid (Eletrônica de Potência)
Problemas sobre retificadores monofásicos controlados (não fazer exercícios dos demais retificadores).
Planejamento das aulas
As próximas aulas da disciplina seguirão o seguinte cronograma:
23/10 – AULA 21 – REVISÃO PARA A PROVA 2
25/10 – PROVA 2
29/10 – HORÁRIO LIVRE NO LABORATÓRIO (17h às 19h)
30/10 – 2ª ETAPA TRABALHO FINAL (EM LABORATÓRIO)
01/11 – AULA PRÁTICA 01 – CONVERSOR BUCK (TURMA A)
06/11 – AULA PRÁTICA 01 – CONVERSOR BUCK (TURMA B)
08/11 – AULA PRÁTICA 02 – RETIFICADOR MONOFÁSICO (TURMA A)
13/11 – AULA PRÁTICA 02 – RETIFICADOR MONOFÁSICO (TURMA B)
20/11 – AULA PRÁTICA 03 – INVERSOR MONOFÁSICO (TURMA A)
22/11 – AULA PRÁTICA 03 – INVERSOR MONOFÁSICO (TURMA B) / ENTREGA DO RELATÓRIO
DO TRABALHO FINAL
27/11 – APRESENTAÇÃO TRABALHO FINAL EM LABORATÓRIO
29/11 – APRESENTAÇÃO TRABALHO FINAL (SALA DE AULA)
04/12 – NÃO HAVERÁ AULA
06/12 – PROVA PRÁTICA
11/12 – PROVA PRÁTICA
Divisão de Turmas
TURMA A
1. Albertto da Costa Dias 2. Andre Siqueira Barros
3. Augusto Cesar Santos Sousa 4. Augusto Guimaraes Kozuki 5. Denis Martins Ribeiro 6. Diego Gomes Ferreira 7. Fabio Ricardo de Faria
8. Francisco Moreira da Silva Neto 9. Geraldo Leonel Ribeiro
10. Heitor de Carvalho Barros Terra 11. Ian Brum Assaf
12. Isabella de Paiva Gomes 13. Italo Franco Oliveira
14. Joao Gabriel de Oliveira Gomes 15. Joao Marcos Carvalho Bechir
TURMA B
1. Lucas Diniz Rezende
2. Lucas Henrique Goncalves Michelini 3. Luiz Fernando de Faria
4. Marco Antonio Chaves Soares 5. Marco Aurelio Nascimento 6. Marcos Silverio Paes da Cruz 7. Nayara Pinto Brasilio
8. Otavio Augusto Rodrigues de O. Freitas 9. Raphael Donisete Ferreira Gomes
10. Rizia Amaral Almeida
11. Samuel Carlos Pessoa Oliveira 12. Tarcisio Braz de Melo Junior 13. Thiago Almeida Santos 14. Thiago Boldrini Amaral
Trabalho Final
27/11 e 29/11 – Apresentação do Projeto – Apresentação completa
do
experimento
desenvolvido
com
funcionamento
adequado
comprovado em bancada experimental de testes no laboratório (
em
horário disponibilizado pelo professor, ou agendado previamente
pelo grupo
). O projeto deverá ser implementado
em placa de circuito
impresso
e acondicionado em uma
caixa de material rígido
(metal,
madeira ou plástico), de modo que as ligações sejam realizadas através
de
bornes e/ou conectores
afixados na caixa [
NÃO DEIXE A CARGA
FIXA NA PLACA, POIS SERÁ NECESSÁRIO MEDIR A CORRENTE DE
SAÍDA
]. O recipiente também deverá conter o
logotipo
do grupo e
indicações nos terminais de conexão.
Instruções para o trabalho final
O relatório final deve ser composto dos seguintes elementos e obedecer
às especificações abaixo:
Um
memorial descritivo do projeto
explicando detalhadamente o
funcionamento do sistema. O texto deve
focar no que foi desenvolvido,
sem ficar preso a definições de componentes
e o mesmo deverá conter
uma
explicação sucinta
do funcionamento do projeto;
Deverá conter uma
relação dos materiais e componentes
com as
quantidades necessárias para montagem e custo individual e total;
O projeto deve ser apresentado com
desenhos e textos originais
e
seguindo normas técnicas
(seguir modelo do site);
Apresentar
formas de onda dos resultados
(grandezas de saída)
devidamente
comentadas e identificadas, com
boa qualidade de
Instruções para o trabalho final
O
relatório
final deverá ter
no máximo 10 páginas
,
incluindo anexos
(capa, sumário, lista de figuras e referências bibliográficas não serão
incluídas na contagem).
Páginas além dessa numeração serão
desconsideradas
;
Todos
os integrantes do grupo
deverão estar presentes na
apresentação final em sala de aula
do projeto, sob o risco de ficar
com
nota 0
;
O
sorteio do integrante
para responder uma pergunta sobre o projeto
será feito em sala de aula momentos antes do seu início (
sem
possibilidade de troca e sem a ajuda dos demais integrantes
);
Instruções para o trabalho final
O link dos vídeos de todos os grupos deverão ser enviados para o e-mail:
ufsj.eduardo@gmail.com até as 23:59 do dia 28/11, evitando demoras no
horário da apresentação. Os grupos que não enviarem o link serão penalizados em 10% da nota do relatório. No título do e-mail coloquem o nome da disciplina, turno, número do grupo e o nome do mesmo.
Durante a apresentação será observada a utilização correta da língua portuguesa, bem como dos termos técnicos;
A nota final do trabalho (em percentual), será calculada à partir da equação:
𝑁𝑜𝑡𝑎𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜(%) = 𝑁𝑜𝑡𝑎1ª 𝐸𝑡𝑎𝑝𝑎 + 𝑁𝑜𝑡𝑎2ª 𝐸𝑡𝑎𝑝𝑎 + 𝑁𝑜𝑡𝑎𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡ó𝑟𝑖𝑜 𝐹𝑖𝑛𝑎𝑙 + 𝑁𝑜𝑡𝑎𝐴𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎çã𝑜
