ELPOT_1 de 4_Inversores trifasicos

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AULA 10 – INVERSORES TRIFÁSICOS 
 
O circuito do inversor trifásico muda a tensão de entrada DC para uma tensão variável trifásica. A tensão 
contínua E de entrada pode ser obtida a partir de uma tensão AC retificada, por exemplo. 
O circuito retificador trifásico em ponte é mostrado na figura a seguir: 
 
 
 
O inversor consiste de 6 chaves de potência com 6 diodos de retorno associados. As chaves são 
fechadas de maneira periódica, na sequência apropriada para fornecer a forma de onda desejada na 
saída. 
 
A taxa de chaveamento determina a frequência de saída do inversor. 
 
Para operar as chaves de potência, várias sequências são possíveis, mas há dois modos fundamentais 
que contemplam um ciclo com seis chaveamentos. Um deles é conhecido como tipo de condução por 
120º e o outro, como tipo de condução por 180º. 
 
a) Condução por 120º 
 
a1) Condução por 120º CARGA ESTRELA (Y) BALANCEADA 
 
O inversor trifásico com condução por 120º pode ser controlado de modo que cada chave conduza 
durante um período de 120º (ver fig. 10.26). Nessa situação, somente duas chaves estarão conduzindo a 
todo o tempo: uma do grupo (+) e outra do grupo (-). Considerando um mesmo estado de condução das 
chaves, sempre 2 chaves estarão conduzindo a cada 60º. 
As duas chaves ligadas conectam dois dos terminais da carga aos terminais de alimentação DC de 
entrada, enquanto o terceiro terminal está desconectado (flutuando). 
 
As chaves passam para o estado ligado em intervalos de 60º na tensão de saída, em uma sequência 
apropriada para a obtenção das tensões Vab, Vbc e Vca. 
 
Para eliminar a possibilidade de curto na fonte DC, duas chaves de mesmo caminho não podem estar 
ligadas ao mesmo tempo. Portanto, há um intervalo de 60º entre o fim da condução da primeira chave e 
o inicio de condução da segunda chave. 
 
As tensões Van, Vbn e Vcn são tensões de fase na carga, e as tensões Vab, Vbc e Vca são as tensões 
de linha. 
 
 
 
Tabela de Estados das chaves de potência: 
 
 
 
VAB = VAN – VBN 
VBC = VBN – VCN 
VCA = VCN – VAN 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 10.24: 
 
Combinações de carga do 
inversor para os seis 
intervalos. 
 
Pomédia = (E/2)
2 + (E/2)2 = . E2 
. R R 2R 
 __ 
Vph (rms) = E / √6 
 _ 
VL(rms) = √3 . Vph(rms) 
 _ 
VL(rms) = √3 . E = 0,707 . E 
 √6 
I(rms) chave = .___E___ 
 2 .√3 . R 
 __ 
Io(rms) = √2 . I(rms) chave 
 
Is = E / 2R 
 VCB = E � VBC = - E 
 
 Curvas condução por 120º, CARGA ESTRELA (Y) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
Fig. 10.26: 
 
Formas de onda para 
corrente de um inversor 
trifásico em ponte para 
condução por 120º e 
carga resistiva em estrela. 
 
A cada 60º sempre 
existem 2 chaves 
conduzindo, e cada 
chave fica ligada 
durante 120º. 
Fig. 10.25: 
 
Formas de onda de 
tensão no circuito para 
condução por 120º 
VA	 
VC	 
VAB 
VBC 
VCA 
IB 
IC 
IS1 
IS2 
IS3 
IS4 
IS5 
IS6 
VB	 
 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 
 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 
As tensões de linha 
possuem 4 níveis: +E, 
+E/2, -E/2, -E. 
 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 
 1 2 3 4 5 6 
IA 
As tensões de linha 
estão defasadas de 
120º entre si. 
IA , IB e IC são as 
correntes em cada 
fase. Os formatos 
das correntes IA , 
IB e IC seguem os 
das tensões de 
fase VAN , VBN e 
VCN respectiva/
e
. 
a2) Condução por 120º, CARGA DELTA (∆) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VAB = +E – 0 = +E VAB = E – E/2 = +E/2 VAB = +E/2 – E = -E/2 
VBC = 0 – E/2 = -E/2 VBC = E/2 - 0 = +E/2 VBC = +E – 0 = +E 
VCA = +E/2 – E = -E/2 VCA = 0 – E = -E VCA = 0 – E/2 = -E/2 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curvas condução por 120º, CARGA DELTA (∆) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As tensões de linha 
estão defasadas de 
120º entre si. 
b) Condução por 180º 
 
b1) Condução por 180º, CARGA ESTRELA (Y) BALANCEADA 
 
O chaveamento é realizado intervalo desligado, isto é, uma chave estará sempre ligada, seja no terminal 
positivo, seja no terminal negativo. Sempre 3 chaves estarão ligadas a cada 60º, conforme a tabela de 
estados. Mas é preciso evitar que 2 das as 3 chaves liguem simultaneamente entre o positivo e o 
negativo da fonte. Portanto, há um intervalo de 60º entre a condução das chaves para garantir que esse 
evento não ocorra. 
 
 
 
Tabela de Estados das chaves de potência: 
 
 
 
 
 
 
Po(média) = (E/3)
2+(E/3)2+(2E/3)2 = 2.E2 
 R R R 3.R 
 
 
Ichave(rms) = E / 3R 
 
 __ 
Io(rms) = √2 . Ichave(rms) 
 
 __ __ 
VL(rms) = √2 . E / √3 VL = tensão de linha 
 
 __ 
Vph(rms) =√2 . E / 3 Vph = tensão por fase 
 
Pph = PL / 3 = Vph
2 / R 
 
Is = 2E / 3R = E / RT IS = corrente na fonte 
 
Estado 
 1 
 2 
 3 
 4 
 5 
 6 
 
 
 
Estado 
 1 
 2 
 3 
 4 
 5 
 6 
 
A cada 60º sempre existem 
3 chaves conduzindo, e 
cada chave fica ligada 
durante 180º. 
 
 
Curvas condução por 180º, CARGA ESTRELA (Y) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As tensões de linha 
estão defasadas de 
120º entre si. 
b2) Condução por 180º, CARGA DELTA (∆) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curvas condução 180º, CARGA DELTA (∆) BALANCEADA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As tensões de linha 
estão defasadas de 
120º entre si. 
Comparação entre os modos de operação 
 
 
I ) Carga Y 
 
 
a) Tensões de fase 
 
 Condução 120º Condução 180º 
 
 
 
b) Tensões de linha 
 
 Condução 120º Condução 180º 
 
 
 
 
Repare que no intervalo de 0 a π , a curva do inversor condução por 180º possui maior área (maior 
tensão média) que o inversor condução por 120º quando comparamos tanto as tensões de fase quanto 
as tensões de linha. Isto quer dizer que o inversor condução 180º proporciona maior potência à carga. 
 
Conclusão: o inversor 180º é indicado para o acionamento de cargas de maior potência. 
 
Isso é comprovado pelas fórmulas de potência média na carga: 
 
 
 
 
 
 
II ) Carga ∆ 
 
 
Tensões de linhaCondução 120º Condução 180º 
 
 
 
 
 
O mesmo se observa aqui: 
 
No intervalo de 0 a π , a área de tensão do inversor 180º é maior que a área de tensão do inversor 120º. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercicio resolvido 
 
Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga balanceada ligada em Y com 10 ohms de resistência 
por fase. A fonte de tensão DC é de 440V e o inversor opera no modo de condução por 180º. 
Determine: 
 
a) A corrente na fonte 
b) A potência média absorvida pela carga 
c) O valor RMS da tensão de fase na saída 
d) O valor RMS da tensão de linha na saída 
 
Solução: 
 
a) Em qualquer instante, o circuito equivalente do inversor trifásico em ponte é semelhante ao que é 
mostrado na figura a seguir. A resistência total vista pela fonte é igual a: 
 
RT = 5 + 10 = 15Ω 
 
Is = E . = 440 = 29,33A 
 RT 15 
 
Ou 
 
Is = 2E = 2 . 440 = 29,33A 
 3R 3 . 10 
 
b) PL = soma das potências que cada impedância de carga consome 
 
PL = (29,33
2.10) + (14,662.10) + (14,662.10) = 12906W 
 
Ou 
 
Po(média) = 2.E
2 = 2 . 4402 = 12906W 
 3.R 3 . 10 
 
Observe que a potência de entrada da fonte (PS = E.IS = 440 . 29,33 = 12906W) é igual à potência 
absorvida pela carga. 
 
c) Para o ciclo completo (0 a 360º), conforme gráficos das tensões por fase, teremos: 
 _ _ 
Vph(rms) = √2 .E = √2 . 440 / 3 = 207,4V 
 3 
 
VAN = VBN = VCN = 207,4Vrms 
 
Ou 
 
Pph = PL / 3 = 12906 / 3 = 4302W 
 ________ __________ 
Pph = Vph2 / R � Vph = √Pph . R � Vph = √4302 . 10 = 207,4Vrms 
 
 
d) Para o ciclo completo (0 a 360º), conforme gráficos das tensões de linha, teremos: 
 _ 
VL(rms) = √2 . E = 360V 
 √3 
 
VAB = VBC = VCA = 360Vrms 
 _ 
Observe que a relação matemática entre as tensões de linha e de fase permanece igual a √3 : 
 _ 
. 360 . = 1,73 = √3 
 207,4 
 
Configuração da carga Y para o 
estado 5 (período de condução 
de 240º a 300º). 
Exercicios propostos: 
 
 
1. Nos inversores trifásicos, um diodo de retorno é ligado em paralelo com cada uma das chaves. Para 
que serve este diodo? 
 
2. Um inversor trifásico em ponte é alimentado por uma fonte DC de 120V. A carga ligada em Y é 
resistiva e balanceada. Plote as tensões de fase e de linha usando um esquema de condução por 120º. 
Se a resistência de carga é igual a 10Ω por fase, calcule o valor RMS das tensões de linha e de fase na 
carga. 
 
3. Um inversor trifásico em ponte alimenta uma carga balanceada ligada em Y com 10Ω de resistência 
por fase. A fonte de tensão DC é de 440V e o inversor opera no modo de condução por 120º. Determine: 
 
a) A corrente na fonte 
b) A potência média absorvida pela carga 
c) O valor RMS da tensão de fase na saída 
d) O valor RMS da tensão de linha na saída