Modulação por Largura de Pulso - UDESC - ?· Modulação por Largura de Pulso Definições: •A modulação…

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  • 1

    Modulao por Largura de Pulso

    Definies:

    A modulao determina: A frequncia dos pulsos de comando A durao dos pulsos de comando A sequncia dos pulsos de comando O sincronismo dos pulsos de comando

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

  • 2

    Modulao por Largura de Pulso

    Elementos que compe um modulador:

    Sinal de Referncia;

    Sinal de Portadora;

    Modulador

    Gerao de Sinal Complementar

    Tempo Morto

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

  • 3

    Modulao por Largura de Pulso

    Sinal de Referncia: O sinal de referncia o sinal desejado na sada do conversor esttico, exemplo:

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

    Referncia cc Referncia Senoidal

    Referncia Trifsica

  • 4

    Modulao por Largura de Pulso

    Sinal de Portadora: o sinal que define a frequncia de comutao dos semicondutores e o padro dos pulsos de comando, exemplo:

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

    Portadora dente de serra

    Portadora Triangular

  • 5

    Modulao por Largura de Pulso

    Modulador (Comparador): o circuito responsvel em comparar o sinal de referncia com a portadora.

    A largura do pulso na sada do modulador varia de acordo com a amplitude do sinal de referncia em comparao com o sinal portador.

    Tem-se assim a modulao por largura de pulso PWM, do ingls Pulse Width Modulation

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

  • 6

    Modulao por Largura de Pulso

    Modulador (Comparador):

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

    0-1

    12345

    Vref V2

    0 0.0002 0.0004 0.0006Time (s)

    0

    0.4

    0.8

    Vout

  • 7

    Modulao por Largura de Pulso

    Gerao de sinal complementar: O sinal complementar necessrio quando existem dois interruptores configurados em brao. O acionamento dos interruptores realizado de forma complementar, ou seja, quando Q1 conduz, Q2 est bloqueado e quando Q2 est conduzindo, Q1 fica bloqueado e assim sucessivamente

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

  • 8

    Modulao por Largura de Pulso

    Gerao de sinal complementar: Na configurao de interruptores em brao necessrio assegurar que dois interruptores de um mesmo brao no sejam acionados ao mesmo tempo, evitando a queima dos mesmos. Para evitar um efeito de curto-circuito no brao do acionamento, um tempo morto deve ser introduzido.

    Fonte: Pgina professor Marcello Mezaroba, relatrio interno

    VQ1

    VQ2

  • 0.0

    -0.50

    -1.00

    0.50

    1.00

    Port_dente_serra Ref

    285.00 290.00 295.00 300.00Time (ms)

    0.0

    0.20

    0.40

    0.60

    0.80

    1.00

    S1_4

    9

    Portadora tipo Dente de Serra

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    Caractersticas: Entrada em conduo dependente da moduladora Bloqueio fixo

    Emprego: Circuitos onde necessrio sincronizar interruptores auxiliares com o bloqueio dos interruptores principais.

  • 0.0

    -0.50

    -1.00

    0.50

    1.00

    Port_dente_serra_inv Ref

    285.00 290.00 295.00 300.00Time (ms)

    0.0

    0.20

    0.40

    0.60

    0.80

    1.00

    S1_4_c2

    10

    Portadora tipo Dente de Serra Invertida

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    Caractersticas: Entrada em conduo fixa Bloqueio dependente da moduladora

    Emprego: Circuitos onde necessrio sincronizar interruptores auxiliares com a entrada em conduo dos interruptores principais.

  • 0.0

    -0.50

    -1.00

    0.50

    1.00

    Port_triang Ref

    285.00 290.00 295.00 300.00Time (ms)

    0.0

    0.20

    0.40

    0.60

    0.80

    1.00

    S1_4_c3

    11

    Portadora tipo Triangular

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    Caractersticas: Entrada em conduo e bloqueio dependente da moduladora

    Emprego: Circuitos em geral.

  • 0.0

    -50.00

    -100.00

    50.00

    100.00

    Vo

    0.0

    -50.00

    -100.00

    50.00

    100.00

    Vo_c2

    285.00 290.00 295.00 300.00Time (ms)

    0.0

    -50.00

    -100.00

    50.00

    100.00

    Vo_c3

    12

    Inversor Monofsico Ponte completa

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    Modulaes a 2 nveis com portadoras: Triangular, Dente de Serra e Dente de Serra Invertida

  • 0.0

    20.00

    40.00

    60.00

    80.00

    100.00

    Vo

    0.0

    20.00

    40.00

    60.00

    80.00

    100.00

    Vo_c2

    0.0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00Frequency (KHz)

    0.0

    20.00

    40.00

    60.00

    80.00

    100.00

    Vo_c3

    13

    Inversor Monofsico Ponte completa

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    Modulaes a 2 nveis com portadoras: Triangular, Dente de Serra e Dente de Serra Invertida

  • 14

    Conceito DHT e WTHD

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    2 2

    0

    21 1

    2 nn

    V VDHT

    V V

    =

    = +

    Os conversores comutados introduzem componentes de alta frequncia no sinal sada desejado. A distoro harmnica total um ndice bsico de performance da tenso sintetizada por um conversor, envolvendo a topologia e o desempenho do controle.

    n

    0VnV 1, 2,...,n =

    onde,

    representa a ordem da harmnica

    representa a amplitude da componente harmnica de tenso de ordem

    representa o nvel mdio presente na tenso ca

  • 15

    Conceito DHT e WTHD

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    A Distoro Harmnica Total no contempla em seu clculo a ordem das componentes harmnicas. Para suprir esta deficincia, apresenta-se o conceito de distoro harmnica total de primeira ordem (ou distoro harmnica de corrente), a qual contempla em seu clculo a amplitude de cada harmnica e a ordem da harmnica, onde as harmnicas de ordem mais elevada tm menor impacto no resultado do clculo. Esta figura de mrito importante nos conversores comutados, pois apresenta uma correlao com a distoro harmnica de corrente em um motor e, a dificuldade de realizar uma filtragem de primeira ordem de um determinado sinal.

    2

    2

    1

    n

    n

    V

    nWTHD

    V

    =

    =

  • 16

    Conceito DHT e WTHD

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    1.10

    1.15

    1.20

    1.25

    1.30THD_c1

    1.10

    1.15

    1.20

    1.25

    1.30THD_c2

    0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30Time (s)

    1.10

    1.15

    1.20

    1.25

    1.30THD_c3

  • 17

    Conceito DHT e WTHD

    Fonte: Livro Pulse With Modulation or Power Converters

    20.00m

    22.00m

    24.00m

    26.00m

    28.00m

    30.00mTHD1_c1

    20.00m

    22.00m

    24.00m

    26.00m

    28.00m

    30.00mTHD1_c2

    0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00Time (s)

    20.00m

    22.00m

    24.00m

    26.00m

    28.00m

    30.00mTHD1_c3

  • 18

    Modulaes de 3 ou mais nveis

    Fonte: Tese Doutorado Alessandro Luiz Batschauer

    RefA

    VPort1

    VPort2

    VPort3

    VPort4

    V

    Modulao com as portadoras dispostas em fase (PD ou IPD - In Phase Disposition)

  • 19

    Modulaes de 3 ou mais nveis

    Modulao com as Portadoras Dispostas em Oposio de Fase (Phase Opposition Disposition POD)

    RefA

    VPort1

    VPort2

    VPort3

    VPort4

    V

    Fonte: Tese Doutorado Alessandro Luiz Batschauer

  • 20

    Modulaes de 3 ou mais nveis

    Modulao com as Portadoras Dispostas em Oposio Alternada de Fase (Alternative Opposition Disposition APOD)

    RefA

    VPort1

    VPort2

    VPort3

    VPort4

    V

    Fonte: Tese Doutorado Alessandro Luiz Batschauer

  • 21

    Modulaes de 3 ou mais nveis

    Modulao com as Portadoras com Deslocamento de Fase (Phase Shifted PS)

    RefAV

    VPort2 VPort3 VPort4VPort1

    Fonte: Tese Doutorado Alessandro Luiz Batschauer

  • 22

    Comparao entre as Modulaes

    DN 1A

    DN 1A'

    DN 2A

    DN 2A'

    +Vx

    SN 1A

    SN 1A'

    S N 2A

    S N 2A'

    DN-1 1A

    DN-1 1A'

    DN-1 2A

    DN-1 2A'

    +Vx

    SN-1 1A

    SN-1 1A'

    S N-1 2A

    S N-1 2A'

    D1 1A

    DN1A'

    D1 2A

    D1 2A'

    +Vx

    S 1 1A

    S 1 1A'

    S 1 2A

    S 1 2A'

    iAA

    DN 1C

    DN 1C'

    DN 2C

    DN 2C'

    +Vx

    SN 1C

    SN 1C'

    S N 2C

    S N 2C'

    DN-1 1C

    DN-1 1C'

    DN-1 2C

    DN-1 2C'

    +Vx

    SN-1 1C

    SN-1 1C'

    S N-1 2C

    S N-1 2C'

    D1 1C

    DN1C'

    D1 2C

    D1 2C'

    +Vx

    S 1 1C

    S 1 1C'

    S 1 2C

    S 1 2C'

    iCC

    DN 1B

    DN 1B'

    DN 2B

    DN 2B'

    +Vx

    S N 1B

    S N 1B'

    SN 2B

    SN 2B'

    DN-1 1B

    DN-1 1B'

    DN-1 2B

    DN-1 2B'

    +Vx

    S N-1 1B

    S N-1 1B'

    SN-1 2B

    SN-1 2B'

    D1 1B

    DN1B'

    D1 2B

    D1 2B'

    +Vx

    S 1 1B

    S 1 1B'

    S 1 2B

    S 1 2B'

    iBB

    Fonte: Tese Doutorado Alessandro Luiz Batschauer

  • 23

    Comparao entre as Modulaes

    0,8am =750 HzCf =

    20 kHzCf =

    Tabela Comparao das distores harmnicas e das perdas de comutao entre as modulaes PD, POD, APO