Capítulo 10 Inversores PWM Conversor CC-CA

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1 Capíul 10 Cnverr CC-CA Inrduçã Inverr(cnverr CC-CA) Carga Alimenaçã: enã CC Carga: enã e freqüência CA ajuável Aumirem enã de alimenaçã fixa (regulada u nã) ariaçã da enã de aída erá ajuada pr mdulaçã PWM (ajua-e ganh d inverr) Ganh d inverr: razã enre a enã de aída CA e a enã de enrada CC. enã de aída: idealmene deveria er uma enóide, ma i nã é pível. enã de aída: Nã enidal, cnend harmônica (dirçã) indeejávei A écnica de chaveamen pdem auar bre a dirçã harmônica na aída Pdem er: mnfáic u rifáic O chaveamen pder er fei pr: BJ, MOFE, IGB, GO, irire cm cmuaçã frçada, ec.

2 Inverr meia-pne: Cada ranir cnduz pr mei cicl. Para ranir crad: v CE ã neceária fne imérica a Princípi de peraçã Deve-e eviar que Q 1 e Q cnduzam a mem emp (cauaria curcircui da fne) Crrigir: /(8fL) Fig Para carga puramene induiva Princípi de peraçã enã eficaz de aída: / d 4 0 1/ v ( ) in nω enã inanânea de aída: ω π/ πf n 1,,5,. 0 fr n,4,.. Para n1, valr eficaz da cmpnene fundamenal vale: 1 0, 45 π Ob. Quand D 1 u D cnduzem, energia é devlvida à fne. Quand a carga é puramene induiva cada ranir ó pde cnduzir pr 90. Dependend d far de pência da carga um ranir cnduzirá de 90 a 180.

3 Princípi de peraçã Para impedância de carga induiva (Z+jnωL), a crrene inanânea de carga, i (), vale: i ( ) n 1,,5,... + ( nωl) en n 1 ( ω an ( nωl ) alr eficaz da crrene fundamenal: I 1 π + ( ωl) Pência de aída fundamenal (n1): P O1 O1 I O1 cθ 1, nde cθ 1 /( +ω L ) 1/ : P O1 π + ( ωl) Parâmer de deempenh (em funçã da harmônica preene na aída) Farharmônicdan-éima harmônica HF n : HF n On / O1, para n>1 nde O1 é valr eficaz da cmpnene fundamenal e On valr eficaz da n- éima cmpnene harmônica. Dirçã harmônica al HD: 1 HD O 1 On n,,... 1 Medida da prximidade enre a nda e ua cmpnene fundamenal

4 Parâmer de deempenh (em funçã da harmônica preene na aída) Far de dirçã DF: Medida da eficiência de reduçã de harmônica indeejávei pr um filr de egunda rdem(dividprn ): 1 DF O 1 n,,... n O far de dirçã de uma cmpnene harmônica individual é dad pr: n 1 n DFn para n > 1 n 1 Harmônica de mai baixa rdem LOH: Cmpnene harmônica cm freqüência mai próxima da fundamenal e ampliude mairuiguala%daampliude dacmpnenefundamenal (%x 1 ). Inverre mnfáic em pne cmplea Q 1 e Q cnduzem imulaneamene Q e Q 4 cnduzem imulaneamene b enã eficaz de aída: / 0 d 1/ Ob. Nã ã neceária fne imérica de enã. Baa uma fne de enã. Fig. 10. Para carga puramene induiva

5 enã inanânea de aída: ω π/ πf Inverre mnfáic em pne cmplea 4 v ( ) in nω n 1,,5,. 0 fr n, 4,.. Para n1, valr eficaz da cmpnene fundamenal vale: 4 1 0, 9 π Para impedância de carga induiva (Z+jnωL), a crrene inanânea de carga, i (), vale: i ( ) 4 n 1,,5,... + ( nωl) en n 1 ( ω an ( nωl ) Ob. Quand D 1 u D cnduzem, energia é devlvida à fne. A máxima enã revera em cada ranir cninua end a mema verificada na cnfiguraçã meia-pne. Inverre rifáic inai de cmand d inverre devem ear defaad em 10º. rê inverre mnfáic em pne 1 chave (IGB) 1 did raf mnfáic ecundári em erela e carga em erela. Fig. 10.4

6 Inverre rifáic cnduçã pr 180 c Fne imple 6 chave (IGB) 6 did cnduçã: 45 Cada chave cnduz pr 180º O ara para dipar da chave (em equência) ã de 60º Em qualquer inane chave eã cnduzind urgem 6 md de peraçã (cm duraçã de 60º ) equência de cnduçã: 1, 4, 45, 456, 561,61 Fig Inverre rifáic cnduçã pr 180 Carga em riângul u erela: Fig. 10.6

7 Inverre rifáic cnduçã pr 180 Carga em erela: Fig (561) (61) (1) Crrigir n livr Md 1: ( 0 ω < π ) eq + v v an bn v cn i 1 i1 i 1 eq Inverre rifáic cnduçã pr 180 Carga em erela: Fig (561) (61) (1) Crrigir n livr Md : ( π ω < π ) v v eq + an bn i v cn i i eq

8 Inverre rifáic cnduçã pr 180 Carga em erela: Fig (561) (61) (1) Crrigir n livr Md : ( π ω < π ) eq + v v an cn v bn i i i eq E aim da mema frma para md d próxim emicicl Inverre rifáic cnduçã pr 180 enõe de linha (expanã em érie de Furier): 4 n π π vab ( ) in( c )in n( ω + ) 6 6 n 1,,5,. 4 π π vbc ( ) in( c )in n( ω ) 6 n 1,,5,. 4 π 7π vca ( ) in( c )in n( ω ) 6 6 n 1,,5,. Ob. Harmônica pare ã nula e harmônica impare múlipla de (n, 9, 15,...) ambém ã nula. enã eficaz de linha: enõe eficaze para a cmpnene: 1 d( ) 0 L 0, 8165 π ω π 4 4 in( ) c in( π ) π 6 Ln( rm) c L1( rm)

9 Inverre rifáic cnduçã pr 180 alr eficaz da enã de fae: L p 0, 4714 N ca de carga induiva: Fig Para carga em erela i ( ) a v an v ab 4 n 1,,5,... + ( nωl) cm ara de 0º, aim c ( 1 ) en( nω an ( nωl ) 6 Inverre rifáic cnduçã pr 10 Cada chave cnduz pr 10º mene dua chave cnduzem em qualquer inane de emp equência de cnduçã: 61, 1,, 4, 45, 56, 61,... rê md de peraçã em um emicicl Md 1: 0 ω < π/ Md : π/ ω < π/ Md : π/ ω < π/ c

10 Inverre rifáic cnduçã pr 10 Crrigir para / π Fig π Inverre rifáic cnduçã pr 10 (6,1) (1,) (,) Fig

11 Inverre rifáic cnduçã pr 10 (6,1) (1,) (,) Fig Md 1: (0 ω < π/) v an / v bn - / v cn 0 Md : (π/ ω < π/) v an / v bn 0 v cn - / Md 1: (π/ ω < π) v an 0 v bn / v cn - / Inverre rifáic cnduçã pr 10 Em érie de Furier: v ab v an π π O cm fae adianada de 0 v v v an bn cn n 1,, n 1,, n 1,, π c en n ω π c en n ω 6 7π c en n ω 6 6 OB: Exie ara de π/ rad enre cre de Q1 e auraçã de Q 4. ranire ã men uilizad.

12 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM Circui báic para cnrle da enã de aída: Inverr em pne cmplea Q 1 e Q cnduzem imulaneamene b Q e Q 4 cnduzem imulaneamene écnica de mdulaçã: Mdulaçã pr largura de pul únic Mdulaçã pr largura de pul cm múlip pul Mdulaçã pr largura de pul enidal Mdulaçã pr largura de pul enidal mdificada Cnrle pr delcamen de fae Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM Geraçã d inal PWM Cmparadr A C p() A r () v D () v D () ejam inai: p()nda riangular (pradra) A r ()uma enã cm cer valr (inal mduladr) ( 0 A r () A C ) n Ar A C f p 1/ A r () p() v O () Derivadr p() dp ( ) d v D () v O () A C v D () n p() 1 v C () eificaçã de meia-nda v C () Flip-flp ip CLK v O () Q 1 e Q v M () Q v M () v C () v M () 0 / Q e Q 4 0

13 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM v O () 1 v M () 1 n g e Q n Ar A C n δ π Ar δ π A C 0 / 0 g e Q v O () Q 1 e Q freq. f 0 1/ 0 1/() f p / v M () Q e Q 4 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM pr pul únic Inverr em pne cmplea Um pul pr emicicl Freq. Fundamenal freq. Pradra A r varia de 0 a A c δ varia de 0 a π Indice de mdulaçã: MA r /A c (0 M 1) g g δ Mπ Fig ( π+ π + δ)/ δ / ) dθ π ( π π δ)/ δ / ) ( ) δ π 4 nδ v ( ) in in nω n 1,,5,.

14 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM pr pul únic Far harmônic: HF n On / O1, para n>1 Far de dirçã: 1 DF O 1 n,,... n n 1 erceira harmnica é a dminane. Fig Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM pr pul múlipl Inverr em pne cmplea. p pul pr emicicl. Freq. Fundamenal freq. de referência. p f c /(f ) m f /, nde m f f c /f Indice de mdulaçã: MA r /A c Para M de 0 a 1 largura d pul (δ) varia de 0 a π/p e (rm) varia de 0 a ( rm) p π pδ π ( π / p+ δ )/ ( π / p δ )/ dθ Fig. 10.1

15 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM pr pul múlipl Menr far de dirçã Mai chaveamen maire perda de energia n ranire. v ( ) Bn in nω n 1,,5,. B n p nδ δ δ en en n α m + en n π + α m + m 1 Fig Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM enidal Inverr em pne cmplea. p pul pr emicicl. Freq. Fundamenal freq. de referência (enide). p f c /(f ) m f /, nde m f f c /f Indice de mdulaçã: MA r /A c Deve-e garanir que Q 1 e Q 4 nã cnduzam a mem emp. ( rm) δ m p π m 1 Fig

16 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM enidal Menr far de dirçã ã eliminada a harmônica menre que p-1. Para p5, a harmônica de mai baixa rdem é a nna. v ( ) Bn in nω n 1,,5,. B n p nδ en δ m δ m en n α m + en n π + α m + m m 1 Fig Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM enidal mdificada Pradra auene enre 60º e 10º d primeir emicicl. Menr númer de chaveamen

17 Cnrle de enã de inverre mnfáic PWM cm cnrle pr delcamen de fae v Inverr em pne cmplea (di inverre em meia pne) eja b0 defaad de um ângul α em relaçã a a0 ab 4 α π nα α en c n ω n 1,,5,... 4 α 1 en π OBEAÇÃO: A mema écnica pdem er uilizada em inverre rifáic.