Conversores_CC_CA

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Escola de Engenharia 
Departamento de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação bipolar (D = 90%) 
2 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação bipolar (D = 75%) 
3 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação bipolar (D = 50%) 
4 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação bipolar (D = 25%) 
5 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação bipolar (D = 10%) 
6 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação unipolar (D = 90%) 
7 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação unipolar (D = 75%) 
8 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação unipolar (D = 50%) 
9 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação unipolar (D = 25%) 
10 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CC, modulação unipolar (D = 10%) 
11 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
Vo/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CA, monofásicos, modulação bipolar 
12 
Vtriang
Vcontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
vo1/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Ponte Completa 
 Conversores CC-CA monofásicos, modulação unipolar 
13 
Vtriang
Vcontrol
-Vvontrol
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250
vo(t)/Vd
vo1/Vd
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA (Inversores Comutados) 
 
 
 
 
 
 Principais aplicações 
 Fontes de alimentação sem interrupção (UPS´s) 
 Accionamento de motores eléctricos de corrente alternada 
 Tipos de inversores fonte de tensão (VSI) 
 Inversores PWM 
 Inversores de Onda Quadrada 
 Inversores (monofásicos) com cancelamento de tensão 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 14 
fluxo de potência unidireccional fluxo de potência bidireccional 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA (ou Inversores) 
 Conceitos básicos 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 15 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Modulação de largura de impulso (PWM – “Pulse-Width Modulation”) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 16 
1
 ligado, 
2
1
 ligado, 
2
control tri A Ao d
control tri A Ao d
v v T v V
v v T v V


 
  
1
ˆ
razão da modulação de amplitudeˆ
razão da modulação de frequência
control
a
tri
s
f
V
m
V
f
m
f
 
 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Modulação de largura de impulso – espectro da tensão 
 Os harmónicos aprecem concentrados em torno da frequência de 
comutação e seus múltiplos 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 17 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Modulação de largura de impulso sinusoidal 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 18 
1 1 1
ˆ(para )ˆ 2
ˆˆPara ( ) ( ) ( ) (para 1)ˆ 2
control d
Ao control tri
tri
control d
control control Ao a
tri
v V
V v V
V
V V
v V sen t v sen t m
V
 
 
   
1
ˆ( ) (para 1)
2
d
Ao a a
V
V m m  
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Modulação de largura de impulso sinusoidal – harmónicos de tensão 
para mf elevado 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 19 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Modulação de largura de impulso sinusoidal: selecção da frequência 
de comutação 
 Se possível (desde que as perdas devidas à comutação sejam 
aceitáveis) deve fazer-se fs  20kHz (para que a freq. dos harmónicos 
esteja para além das frequências audíveis) 
 Valores pequenos de mf (mf  21) 
 A referência sinusoidal deve estar sincronizada com a portadora triangular 
(para que não sejam produzidos subharmónicos) – PWM sincronizado 
 mf deve ser um número inteiro ímpar (excepto para inversores monofásicos 
e PWM unipolar), para que não resultem harmónicos pares 
 Valores elevados de mf (mf >21) 
 Pode utilizar-se modulação assíncrona (a amplitude dos subharmónicos é 
pequena não causando, normalmente, problemas) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 20 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Sobremodulação (ma > 1) 
 Pode ser utilizada para maximizar a amplitude da tensão de saída 
 A distorção da onda de saída agrava-se rapidamente 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 21 
Dep. de Electrónica Industrial 
Conversores CC-CA 
 Inversores de onda quadrada 
 Utilizados para potências muito elevadas (na versão trifásica) ou 
quando a qualidade da forma de onda de saída não é relevante 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 22 
1
1
ˆ( )4ˆ ˆ( ) 1.273 , ( )
2 2
d d Ao
Ao Ao h
V V V
V V
h
     
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 ½ Ponte 
 Os condensadores asseguram a tensão no ponto médio 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 23 
,,T d T o picoV V I i 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Ponte Completa 
 Inclui 2 braços 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 24 
,,T d T o picoV V I i 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Ponte completa, modulação bipolar 
 Forma de onda de saída 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 25 
1
1
( ) ( ) ( ) 2 ( )
ˆ ( 1)
4ˆ ( 1)
o Ao Bo Ao
o a d a
d o d a
v t v t v t v t
V m V m
V V V m
  
  
   
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Corrente no lado CC (modulação bipolar) assumindo filtros LC ideais 
à entradae saída do conversor 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 26 
0
*
2 2 1
2
Assumindo cos( )
2 (2 )
1
cos( ),
2
d d d o o
d d d d
o o o o
d d
d d
P V I P V I
i I i I I sen t
V I V I
I I
V V

 

  
     
 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Modulação bipolar – corrente de entrada ( ) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 27 
*
2d di I i 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Modulação bipolar – corrente de entrada (PSIM, situação mais próxima 
do real) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 28 
id, io, Id 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Ponte completa, modulação unipolar 
 Forma de onda de saída 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 29 
1
1
( ) ( ) ( )
( ) 2 ( )
ˆ ( 1)
4ˆ ( 1)
o Ao Bo
o Ao
o a d a
d o d a
v t v t v t
v t v t
V m V m
V V V m
 

  
   
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Ponte completa, modulação unipolar 
 (Note-se que não existem harmónicos em torno da frequência de 
comutação) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 30 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Corrente no lado CC (modulação unipolar), assumindo filtros ideais 
à entrada e saída do conversor 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 31 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Modulação unipolar – corrente de entrada (PSIM, situação mais 
próxima do real) 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 32 
id, io, Id 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos 
 Controlo da tensão de saída por cancelamento de tensão 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 33 
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Push-Pull 
 Pode funcionar no modo PWM ou de onda quadrada 
 É interessante para tensões de entrada de baixo valor (baterias) uma 
vez que permite maximizar o rendimento (só um interruptor) 
 É difícil evitar que o transformador sature 
 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 34 
1
1
,
ˆ ( 1)
4ˆ ( 1)
2 , /
d
o a a
d d
o a
T d T o pico
V
V m m
n
V V
V m
n n
V V I i n

  
   
 
Dep. de Electrónica Industrial 
 Factor de utilização dos interruptores 
 Onda quadrada 
 Inversor Push-Pull 
 
 
 
 
 Inversor em ½ Ponte  Inversor em Ponte Completa 
Inversores Monofásicos 
Júlio Martins, Junho 2011 Electrónica de Potência - Conversores CC-CA 35 
,max
,max ,max
1,max
max
2, 2 ,
4
2 ,
2
1
0.16
2
T d
o d
T o
o
T
q V V
I V
I V
n n
Q
P


 
 
     
1 ,max
( é o nº de interruptores do inversor)
o oo
T T T
V IQ
P qV I
q

,max
,max 1,max ,max
max
4, ,
4
2 ,
2
1
0.16
2
T d
T o o d
o
T
q V V
I I V V
Q
P


 
 
     
,max
,max
,max 1,max
max
2, ,
4
2 ,
22
1
0.16
2
T d
d
T o o
o
T
q V V
V
I I V
Q
P


 
 
     
Dep. de Electrónica Industrial 
Inversores Monofásicos – Comparativo 
 Factor de utilização dos interruptores 
 Inversor PWM (para ma