ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
AULA 22
INVERSORES
PROF. FABIO D. ROCHA
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Eletrônica de Potência - INVERSORES
Inversores possuem a função de transformar uma fonte CC em CA. A classificação quanto ao tipo de fonte utilizada:
Inversor CSI (Current Source Inverter): utiliza fonte de corrente.
Inversor VSI (Voltage Source Inverter): utiliza fonte de tensão, bateria (mais comum).
Quanto a fase podem ser monofásicos ou trifásicos. Esquema de conversão de Potencia
ASD – Adjustable Speed Driver – faz o acoplamento entre saída retificador e entrada do inversor, mantendo a tensão media estável.
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Entrada AC ideal e saída
Entrada AC real e saída * *exemplo de Modulação em 3 níveis
A saída e obtida utilizando-se de algumas técnicas de modulação como modulação senoidal (SPWM), modulação por espaço vetorial (SV) e outros.
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Aplicações
• UPS
• Compensador de tensão • Filtros ativos
• Gerador AC em sistemas híbridos de geração de energia.
Observações gerais
• Saídas discretas impõe certas restrições na aplicação dos Inversores
• Topologias VSI geram saídas com alto dv/dt, portanto cargas indutivas favorecem a produção de corrente de saída mais suave.
• Topologias VSI com cargas capacitivas produzem saída com picos de corrente elevadas (spikes), sendo necessário filtro indutivo entre o inversor e a carga.
• Toplologias CSI produzem saída discreta com alto di/dt , portanto cargas capacitivas favorecem a produção de tensão de saída mais suave.
• Topologias CSI com cargas indutivas produzem saída com picos de tensão elevadas (spikes), sendo necessário filtro capacitivo entre o inversor e a carga.
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• Formas de onda de 3 níveis não são indicadas para aplicações em média tensão , devido ao alto dv/dt produzido na carga, neste caso, motor.
• Indicação seria uso da topologia VSI multiestagio – multinivel e multicelulas.
1) Inversor Monofásico Meia-Ponte: Half-Bridge
Acionamento
1.1) Modulação com portadora quadrada 1.1) Modulação por largura de pulso (MLP) • Não isolado
• Potencia até 1000W
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1.1) Modulação com portadora quadrada
Cada chave conduz alternadamente meio ciclo, respeitando o tempo morto entre os acionamentos.
• A saída segue uma onda quadrada.
• Os harmônicos podem ser retirados por filtragem posterior, afim de reproduzir uma onda senoidal fundamental.
• Baixa eficiência. Filtros passivos consomem muita potência... saída
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V V
Ciclo positivo Ciclo Negativo
cuidados: transição de condução das chaves deve elevar em conta o “deadtime” de acionamento, caso contrário a fonte pode entrar me curto.
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0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Vg1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Vg2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 T i m e (s) 0 -5 -10 5 10 I(R1) Carga R
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Carga RL produz a mesma tensão quadrada na saída, mas com corrente em dente de serra. Inversor Push-Pull – inversor half-bridge isolado, como ao lado
• Um dos primeiros empregados industrialmente.
• Bem adaptado para baixas frequências e baixas potencias ( até 500W) • Carga isolada (Trafo center trap)
• Fonte e Interruptores na mesma massa. • 2 interruptores.
• Necessário apenas 1 fonte CC (bateria). • 2 Níveis de tensão na carga.
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1.2) Modulação por largura de pulso (MLP)
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• Os harmônicos podem ser retirados por filtragem posterior, afim de reproduzir uma onda senoidal fundamental (filtro seletivo de harmônicos).
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2) Inversor Ponte completa: Full-Bridge
2.1) PWM Bipolar – usa estágios 1 e 2 apenas 2.2) PWM Unipolar - usa estágios 1,2,3 e 4
• Isolado ou não.
• Potencia media, até 5000W
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2.1) PWM Bipolar – usa estágios 1 e 2 apenas
Gráfico similar ao half-bridge…
Dois níveis de tensão na carga (modulação em 2 níveis) Menor volume do filtro
Mais fácil de filtrar
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2.2) PWM Unipolar – com modulação MLP (3 niveis)
Filtragem seletiva
de harmônicos na saída e necessário. Mais fácil de filtar
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3) Inversor Multinivel
• Potencias medias
• Tensão de entrada elevadas.
• Necessário várias fontes Vi/2 – normalmente 2 ou 4...para 3,5 níveis na saída. • Ex.: Três níveis de tensão na saída, Vi/2, -Vi/2, 0 para 2 fontes Vi/2
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5 níveis, Cascata simétrica
