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IST-DEEC
Profª Beatriz Vieira Borges
CONVERSORES CC-CA
Inversores
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
CONVERSORES CC-^ CONVERSORES CC
-CA
CA
Conversores CC-CAde frequência variável
Inversor monofásico emmeia ponte
Aplicações:Aplicações:
controlo de velocidade de motores de indução
fontes de alimentação ininterruptíveis (UPS)
variadores de frequência
fontes de alimentação móveis
aquecimento por indução
iO
v
O
carga
v
I
+ -^
S
S
3^ S
S
iO
v
O
carga
-^
S
1 S
v
/2I^
v
/2I^
Inversor monofásico em ponte
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
iO
v
O
carga
v
I
+ -^
S
S
3 S
S
2^ 0<t<T/
v O
=V
I
i^ O
=V
/RI
T/2 <t<T
v O
=-V
I
i^ O
=-V
/RI
Carga RL^ Carga
RL
0<t<T/
v O
=V
I
iO
=Ae
(-R/L)t
+V
/RI
T/2 <t<T
v O
=-V
I
iO
= Be
(-R/L)(t-T/2)
-V
/RI
Carga R^ Carga
R
Inversor monofásico em ponte – princípio básico
v
O
t
T
T/
V iO
I^
S
1 S
S
1 S
S
2 S
iO
iO
iO
iO
T
T/
T
T/
t t
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
v
O
t
T
T/
V
I
S
1 S
S
1 S
S
2 S
iO
iO
iO
iO
T
T/
T
T/
Outros tipos de carga^ Outros tipos de carga
iO
iO
t
t
iO v
O
v
I
S
S
3 S^4
S
R
L
C
Carga RLC^ Carga
RLC
0<t<T/
v O
=V
I
iO
=e
(-R/2L)t
(Acos
ω
t+Bcos
ω
t)
v C
=e
(-R/2L)t
(C cos
ω
t+D cos
ω
t)+ V
I
T/2 <t<T
v O
=-V
I
iO
= e
(-R/2L)(t-T/2)
[(-A)cos
ω
t+(-B)cos
ω
t]
v C
=e
(-R/2L)(t-T/2)
[(-C) cos
ω
t+(-D) cos
ω
t)]- V
I
0 ω
ω
0 ω
ω
<
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
iO
v
O
t
t
T
T
T/
T/
δ
Depende da carga
V
I
v
O
V
I
π−δ
π
2π
S
1 S
S
1 S
S
2 S
S
2 S
S
1 S
S
1 S
D
S
D
S
Não há controlo de potênciana carga
∞ =
∞ =
=
1
1
cos
sin
n
n
n
n
O
t n b t n a v ω
ω (^
)^
(^
) t n n V t d t n v a
I
o
n
π
sin 1
4
sin
(^22)
2 ∫^0
=
=
n
b
sin
n
I
o
t
n
n
V
v
I
Orms
V
v
iO
v
O
carga
v
I
+ -^
S
S
S
S
Modulação por um impulso^ Modulação por um impulso
Plena onda (^ Plena onda (
dois níveis)dois níveis)
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
iO
v
O
carga
v
I
+ -^
+^
S
S
S
S
iO
v
O
t
T
Depende da carga
V
I^
1
T/
I
Orms
V
v
=
1
Não há controlo de potência na carga –Variação do conteúdo harmónico
∑
∑
∞ =
∞ =
=
1
1
sin
cos
n
n
n
n
O
t n b t n a v ω
ω
Modulação por vários impulsos^ Modulação por vários impulsos
Dois níveisDois níveis
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Carga RL
iO
v
O
v
I
+ -^
S
S
S
S
v
O
T
T/
V
I
S
1 S
S
2 S
1
D
2 D
D
1 D
iO
v
O(1ªh)
∑
∑
∞ =
∞ =
=
1
1
sin
cos
n
n
n
n
O
t n b t n a v ω
ω (^
)^
(^
)
∑
∑
∞ =
∞ =
=
1
1
sin
cos
n
n
n n
n
n
n n
O
t
n
b Z
t
n
a Z
i
φ
ω
φ
ω
(
(^2) )
L
n
R
Z
n
ω
=
R
L n
n
ω
φ
1
tan
−
=
Modulação por um impulso^ Modulação por um impulso
t
v
O
2
iO
Modulação por vários impulsos^ Modulação por vários impulsos
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Filtragem
iO
v
O
v
I
+ -^
S
S
S
S
iO
v
O
v
I
+ -^
S
S
S
S
L=3mHC=
L=3mHC=
μ
F
Formas de onda de tensão e de corrente na carga
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA Controlo de potência numa carga contendo uma fonte detensão alternada
iO
v
O
v
I
+ -^
S
S
S
S
v ac
Controlo de potência efectua-se controlando, o ângulo entre v
O
e v
ac
( θ
) ou o
ângulo
δ
existindo dois graus de liberdade para o controlo de potência.
Exemplo: Determinar
θ
e
δ
por forma que a potência entregue à fonte
ac seja 10kW. Considere que
a fonte ac opera com factor de potência unitário (v
ac
em fase com i
O1h
).
(V
ac
=400V; V
=350V; L=10mH)I
t
2δ
V
I
π^
2π
v
ac
θ
π+θ
v
O1h
v
O
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
Inversor alimentado em corrente
iO
v
O
II
S
S
S
S
v ac
t
2δ
II
π^
2π
v
ac
θ
π+θ
i^ O1h
iO
S1S
S3S
S1S
S2S
Potência média na fonte ac é:
θ cos
2
.
1
1
0
ac h O
T
O ac
V I i v T P
=
=
∫
(^
) (
)
δ
π
ω
ω
π
δ π δ
cos
4
sin
2
1
I
I
h O
I t d t I I
− ∫
=
=
θ
δ
π
cos
cos
2
ac VI I
P
=
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
MODULAÇÃO SINUSOIDAL DE LARGURA DE IMPULSO^ MODULAÇÃO SINUSOIDAL DE LARGURA DE IMPULSO
Tensão de controloTensão de controlo
PortadoraPortadora
V controlo
V tri
V
I
-V
I^
v
O
Tensão de saídaTensão de saída
1 f^ S
t t
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
tri
control
a
V V
m
ˆ ˆ
=
indíce de modulação de amplitude
f^ f
m
S
f^
=
indíce de modulação de frequência
Harmónica fundamental
Harmónica à frequência da comutação
V
Ao
(h)/V
I
V
Ao
=m
a
V
I
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
MODULAÇÃO SINUSOIDAL DE LARGURA DE IMPULSO Modulação a três níveisModulação a três níveis
Tensão de controloTensão de controlo
PortadoraPortadora
Conteúdo harmónico é metade do conseguido para amodulação a 2 níveis para a mesma frequência decomutação.
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
iO
v
O
v
I
+ -^
S
S
S
S
MODULAÇÃO SINUSOIDAL DE LARGURA DE IMPULSO
Exemplo:^ Exemplo:
V
=200VI V
Oef
=120V (60 Hz)
f^ tri
=720Hz
3 - Determinar a função de comandode S1 (q
11
(t))?
3 - Determinar a função de comandode S1 (q4 - Determinar o índice de modulação?5 - Trace os diagramas da tensão e dacorrente na carga considerandoL/R=2ms?
11
(t))?
4 - Determinar o índice de modulação?5 - Trace os diagramas da tensão e dacorrente na carga considerandoL/R=2ms?
3. Construção da função de comando3. Construção da função de comando
Comparar uma onda triangular a 720Hzcom a função de modulação para produzir afunção de comando
(q
11
(t)).
Comparar uma onda triangular a 720Hzcom a função de modulação para produzir afunção de comando
(q
11
(t)).
q
11
(t)=q
22
(t) e q
21
(t)=1-q
11
(t)
q
11
(t)=q
22
(t) e q
21
(t)=1-q
11
(t)
Oef I
V V
4. O índice de modulação é:4. O índice de modulação é: m
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ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
5. A tensão de saída será V
O
= (2q
11
(t)-1).V
(t)I
5. A tensão de saída será V
O
= (2q
11
(t)-1).V
(t)I
A corrente na carga seráA corrente na carga será
720
1
2
=
<
=
S T
ms
L R A corrente na carga cresceráexponencialmente quando V
O
=V
I^
e
decrescerá exponencialmentequando V
O
=-V
I
A corrente na carga cresceráexponencialmente quando V
O
=V
I^
e
decrescerá exponencialmentequando V
O
=-V
I
