Eletrnica de Potncia II Captulo 4: Inversor meia-ponte
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IntroduoE1Retificador Conversor indireto de freqncia
(v1, f1)
Conversor CC-CC
Conversor indireto de tenso
Conversor direto de freqncia
Inversor
E2
(v2, f2)
Inversores so conversores estticos que convertem uma fonte de
energia CC (tenso ou corrente) em uma fonte de energia CA simtrica,
de valor mdio nulo e com amplitude e freqncia controlveisProf.
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IntroduoE1Conversor CC-CA
(v2, f2)
As formas de onda na sada dos inversores muitas vezes so no
senoidais (retangulares), apresentando elevado contedo harmnico Com
o desenvolvimento dos dispositivos semicondutores, o contedo
harmnico das formas de onda de sada dos inversores pode ser
minimizado utilizando tcnicas especficas de modulao e filtragem Os
inversores tm sido usados em diversas aplicaes, entre elas:
acionamento de motores de induo, fontes ininterruptas de energia,
etc. Podem ser alimentados em tenso (VSI) ou corrente (CSI),
monofsicos ou trifsicos, dois nveis ou multinveis, baixa ou alta
freqncia.3
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Inversores alimentados em tenso Inversores monofsicosMeia-ponte
(half-bridge) Ponte-completa (full-bridge) Push-pull
Inversores trifsicos
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estrutura bsica Possui apenas
um brao inversor, contendo um nico par de interruptores (que devem
operar de forma complementar) conectados em anti-paralelo com
diodos Necessita de uma fonte de alimentao CC com ponto mdio
recomendado para aplicaes em baixa potncia, pois o nvel de tenso na
carga duas vezes menor que a topologia inversora em ponte completa
(com mesma tenso do barramento) ou, de outra forma, os
interruptores tem que suportar o dobro da tenso (com os mesmos
nveis de tenso de sada)
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estados de comutaoEstado 1
2Estado 1 io > 0
S1 ON OFF
S2 OFF ON
Tenso E/2 -E/2io < 0
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estados de comutaoEstado 1
2Estado 2 io > 0
S1 ON OFF
S2 OFF ON
Tenso E/2 -E/2io < 0
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Etapas de operao (Carga RL)1
etapa: O interruptor S1 acionado, enquanto S2 permanece bloqueado.
A tenso nos terminais da carga RL E/2. Durante esta etapa a fonte
CC entrega energia carga. A corrente de sada io cresce
exponencialmente.
di o ( t ) E = Ri o ( t ) + L 2 dtT E 1 e 2 E io ( t ) = 1 e T
2R 2R 1 + e 2 t
t e
onde:
=Prof. Cassiano Rech
L R8
Inversor meia-ponte (half-bridge): Etapas de operao (Carga RL)2
etapa: Em t = T/2, o interruptor S1 bloqueado e o interruptor S2
acionado. A indutncia da carga no permite variaes bruscas na
corrente io, ento a polaridade da tenso na indutncia inverte-se
para manter a corrente no mesmo sentido. A inverso da polaridade da
tenso na indutncia polariza diretamente o diodo D2, transferindo a
energia armazenada no indutor para a fonte CC. A tenso nos
terminais da carga RL -E/2. A corrente de sada io decresce
exponencialmente.
di o ( t ) E = Ri o ( t ) + L 2 dtT E 1 e 2 E io ( t ) = 1 e + T
2R 2R 1+ e 2 t
t e
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Etapas de operao (Carga RL)3
etapa: Esta etapa inicia quando a corrente io se anula, provocando
a entrada em conduo do interruptor S2. A partir deste instante, a
corrente io inverte de sentido e continua sua variao exponencial. A
tenso nos terminais da carga RL permanece igual a -E/2. Nesta etapa
a carga recebe energia da fonte de alimentao CC.
di o ( t ) E = Ri o ( t ) + L 2 dtT E 1 e 2 E io ( t ) = 1 e + T
2R 2R 1+ e 2 t
t e
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Etapas de operao (Carga RL)4
etapa: Em t = T, o interruptor S2 bloqueado e o interruptor S1
acionado. O diodo D1 entra em conduo devido presena da indutncia na
carga. Durante esta etapa a carga transfere energia para a fonte de
alimentao CC. A corrente de carga decresce exponencialmente,
mantendo o mesmo sentido da etapa anterior. A tenso na carga agora
igual E/2. Esta etapa finaliza com a anulao da corrente na carga e
a entrada em conduo do interruptor S1, iniciando um novo ciclo.
dio ( t ) E = Rio ( t ) + L 2 dtT E 1 e 2 E io ( t ) = 1 e T 2R
2R 1 + e 2 t
t e
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Formas de onda (Carga RL)
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulaoONDA
QUADRADA0 < t < T/2 S1 est ligada, e S2 est desligada (vo =
E/2) T/2 < t < T S1 est desligada, e S2 est ligada (vo =
-E/2)
Razo cclica (D) de todas os interruptores igual 0,5; Operao em
baixa freqncia; Harmnicos em baixa freqncia; Amplitude da
componente fundamental da tenso:
(v o )1 =( v o )h =Prof. Cassiano Rech
4E = 0,6366E 2
(v o )1h
THDv (%) = 48,34%13
Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulaoPWM
SENOIDAL DOIS NVEIS vref > vtri vo = E/2 (S1 ON) vref < vtri
vo = -E/2 (S2 ON)
E (v o )1 = ma 2(para ma 1)vref vtri
onde:
ma =
Vref Vtri
fs mf = f
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1/fs
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulaovref
vtri
(vo)1E/2
0
-E/2
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulao REGIO
LINEAR DE OPERAO (ma 1) Os harmnicos da tenso de sada concentram-se
em bandas laterais em torno da freqncia de comutao e seus mltiplos
As amplitudes dos harmnicos so independentes do ndice de modulao de
freqncia (mf), se mf for de valor elevado (mf > 10) O ndice de
modulao de freqncia deve ser um nmero inteiro para evitar o
surgimento de subharmnicos (sinais senoidais com freqncia menor que
a freqncia fundamental) Mxima amplitude da componente fundamental
de tenso limitada Aumentar a amplitude da fundamental de tenso
Fundamental de tenso no varia linearmente com o ndice de modulao de
amplitude Tenso de sada apresenta uma maior quantidade de
harmnicos16
SOBREMODULAO (ma > 1)
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulao (v o
)1E 2
Fonte: Mohan, Undeland, Robbins, Power Electronics, Second
edition.Prof. Cassiano Rech 17
Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulao
ma = 0,95 mf = 20 fs = 1200 Hz
Harmnicas dominantes da tenso de sada esto concentradas em torno
da freqncia de comutao
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Inversor meia-ponte (half-bridge): Estratgias de modulaoma = 2
mf = 20 fs = 1200 Hz
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Harmnicas dominantes em baixa freqncia (difcil filtragem)
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Bibliografia D. C. Martins, I. Barbi, Introduo ao Estudo dos
Conversores CC-CA M. H. Rashid, Eletrnica de Potncia: Circuitos,
Dispositivos e Aplicaes Mohan et. all., Power Electronics:
Converters, applications and design, Second edition A. Ahmed,
Eletrnica de Potncia
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