Conversores CC-CA e CA-CA
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- Nicholas de Figueiredo Brás
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1 Departamento Acadêmico de Eletrônica Pós-Graduação em Desen. de Produtos Eletrônicos Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas Conversores CC-CA e CA-CA Prof. Clóvis Antônio Petry. Florianópolis, março de 2011.
2 Bibliografia para esta aula
3 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.
4 Antes de iniciar
5 Conversores CC-CA Conversor CC-CC E 1 Conversor indireto de tensão Retificador Conversor indireto de freqüência v,f 1 1 E v,f 2 Inversor 2 2
6 Conversores CC-CA Princípio geral: Controla o fluxo de potência entre uma fonte de tensão contínua e outra alternada. V f 0 t v out 0 t V f v out
7 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.
8 Conversores CC-CA Número de Fases Monofásico Trifásico
9 Conversores CC-CA - Bidirecionalidade Unidirecional? Bidirecional
10 Conversores CC-CA - Comando PWM alta freqüência
11 Conversores CC-CA - Modulação Vetorial PWM Senoidal
12 Conversores CC-CA - Isolamento Não-isolado Isolado
13 Conversores CC-CA Número de Níveis Dois níveis Três níveis
14 Conversores CC-CA Número de Níveis Multiníveis
15 Conversores CC-CA Controle de V ou I
16 Conversores CC-CA - Comutação Hard x soft
17 Conversores CC-CA Tensão ou Corrente Tensão - VSI Corrente - CSI
18 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.
19 Inversor Monofásico Meia Ponte
20 Inversor Monofásico Meia Ponte
21 Inversor Monofásico Ponte Completa Estrutura do conversor: Dissertação de Fernando H. Gerente
22 Inversor Monofásico Ponte Completa Modulação empregada: Bipolar ou dois níveis
23 Inversor Monofásico Ponte Completa Modulação empregada: Unipolar ou três níveis
24 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM bipolar):
25 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM bipolar): Primeira etapa de operação
26 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM bipolar): Segunda etapa de operação
27 Inversor Monofásico Ponte Completa Principais formas de onda (modulação SPWM bipolar):
28 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
29 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM unipolar): Primeira etapa de operação
30 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM unipolar): Segunda etapa de operação
31 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM unipolar): Terceira etapa de operação
32 Inversor Monofásico Ponte Completa Etapas de operação (modulação SPWM unipolar): Quarta etapa de operação
33 Inversor Monofásico Ponte Completa Principais formas de onda (modulação SPWM unipolar):
34 Inversor Monofásico Ponte Completa Tensão de saída (modulação SPWM bipolar): D Ts Ts 1 Vab Vf dt V f dt T s 0 DT s V V 2 D 1 ab f 1 1 V d t sen t 2 2 V ab _ pk f Índice de modulação: MI V V ab _ pk f
35 Inversor Monofásico Ponte Completa Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar): Vf L 2 IL F omax s
36 Inversor Monofásico Ponte Completa Tensão de saída (modulação SPWM bipolar): D T s 2 1 Vab Vf dt T s 0 2 V V D ab f Índice de modulação: V MI V ab _ pk f V d t sen t V ab _ pk f
37 Inversor Monofásico Ponte Completa Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar): L Vf 4 IL F omax s
38 Inversor Monofásico Ponte Completa Indutor (modulação SPWM bipolar x SPWM unipolar): 2 níveis 3 níveis
39 Inversor Monofásico Push-Pull
40 Inversor Monofásico Acionando Motor DC
41 Inversor Trifásico
42 Inversor Trifásico
43 Inversor Trifásico Bidirecional
44 Inversor Trifásico Aplicado em Filtros Ativos
45 Inversor/Retificador de Corrente Trifásico
46 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM bipolar):
47 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM bipolar):
48 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM bipolar):
49 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM bipolar):
50 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM unipolar):
51 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM unipolar):
52 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM unipolar):
53 Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação Simulação (modulação SPWM unipolar):
54 Conversores CA-CA Conversor CC-CC E 1 Conversor indireto de tensão Retificador Conversor indireto de freqüência v,f 1 1 E v,f 2 Inversor 2 2
55 Conversores CA-CA Princípio geral: Controla o fluxo de potência entre uma fonte duas fontes de tensão alternada. v f 0 t v o 0 t v f v o
56 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.
57 Conversores CA-CA - Funções Alterar forma Alterar amplitude Alterar freqüência
58 Gradadores Gradador usando triac Gradador usando tiristores
59 Gradadores Controle por Ângulo de Condução Retificador com carga resistiva pura:
60 Gradadores Controle por Ângulo de Condução Gradador com carga resistiva pura:
61 Gradadores Controle por Ângulo de Condução Harmônicas da corrente de carga, exemplo: Vo Po 220V 4800W 2 2 Vo 220 R 10 P 4800 I m o 2 Vo ,1 A R I1 1 Im 31,1 A I3 0,3 Im 9,33 A I5 0,15 Im 4,66 A 0 5 I1 I2 I3
62 Gradadores Controle por Ângulo de Condução
63 Gradadores Controle por Ciclos Inteiros 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:
64 Gradadores Controle por Ciclos Inteiros W R I T 2 1 o 1 2 W2 R I T W W 1 2 R I T R I T 2 2 o 1 m = número de ciclos aplicados à carga; M = número de ciclos da rede. T T m M 1 I Io Io
65 Gradadores Aplicação na Partida de Cargas Controle da tensão de saída do retificador pelo gradador
66 Gradadores Aplicação na Partida de Cargas Controle da corrente de partida de motores usando gradadores
67 Estabilizador de Tensão de Tap Variável
68 Estabilizador de Tensão de Tap Variável
69 Estabilizador de Tensão de Tap Variável Echavarría et al, Principal Auxiliar
70 Conversor CA-CA PWM - Comutação V S1 D1 Lo 1 2 Co 1 2 Ro Conversor CC-CC
71 Conversor CA-CA PWM - Comutação Conversor CA-CA
72 Conversor CA-CA PWM - Comutação Sobreposição Tempo morto
73 Conversor CA-CA PWM - Comutação v i v i S1 S3 S 2 S 4 L o Co Zo v o L o S 1 S1, S2 S3, S4 vi 0 vi 0 s1 pwm on s2 pwm on s3 on pwm s on pwm 4 v i S 2 S 4 Co Zo v o 0 2 S 3
74 Conversor CA-CA PWM - Simulação
75 Conversor CA-CA PWM - Simulação Dados da simulação: F s = 1 khz; C o = 100 uf; L o = 10 mh.
76 Conversor CA-CA PWM - Simulação Dados da simulação: F s = 1 khz; C o = 100 uf; L o = 10 mh.
77 Conversor CA-CA PWM - Simulação Dados da simulação: F s = 20 khz; C o = 10 uf; L o = 1 mh.
78 Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação
79 Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação Dados da simulação: C ret =1 uf.
80 Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação Dados da simulação: C ret =0,1 uf.
81 Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação Dados da simulação: C ret = 100 uf.
82 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
83 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
84 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
85 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
86 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
87 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores Drive Para acionamento de motores Driver Para acionamento semicondutores
88 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
89 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
90 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores Problema Princípio do Bootstrap
91 Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
92 Próxima aula Projeto de elementos magnéticos: Revisão de eletromagnetismo; Projeto de indutores e transformadores.
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