REO-08 - Guia de Simulaçao

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GAT 107- Eletrôncia Industrial 
Universidade Federal De Lavras 
 
REO-08: Guia de Simulação – Inversores Trifásicos 
Período de Estudo: 05/08 a 12/08 
 
Prof. Sílvia Costa Ferreira, Departamento de Automática, Universidade Federal de Lavras (UFLA) 
1. Inversor Monofásico 
Utilizando o programa PSIM® simule o inversor 
monofásico que possui o circuito abaixo: 
 
 
 
Um inversor trifásico deve alimentar uma carga RL 
conectada em estrela com R = XX Ω e um indutor 
de L=50mH. No estágio do retificador, a fonte de 
alimentação CA é de 220V/60Hz e o capacitor 
utilizado para evitar oscilações na tensão deve ser 
de 1000uF. Do lado do inversor, entende-se que este 
deve acionar a carga com tensão variável e com 
frequência variável conforme solicitado ao longo da 
atividade. O passo da simulação deve ser de 1μs e o 
tempo total de simulação deve ser ajustado cada vez 
que a frequência do sinal de referência for alterado 
para: 6/f. 
 
A lógica de controle abaixo é utilizada para geração 
dos pulsos das quatros chaves do conversor com 
modulação PWM com referência trifásica. 
 
 
Usando a fonte trifásica para gerar a referência é 
preciso ajustar os ganhos dessa fonte para melhor 
representar o índice de modulação. Coloque um 
ganho de 1.225 multiplicando o índice de 
modulação desejado, de forma que: 
 
2. Inversor Trifásico com Retificador 
Pede-se: 
a) Qual valor da tensão no barramento CC? 
 
𝑉𝑜(𝑟𝑒𝑡𝑖𝑓) = 220 ∗ √2 = 311,13 𝑣 
Identificação do aluno 
Nome: Leonardo Monteiro da Se 
Matrícula: 201611244 
 
 
 
 
 
 
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 Valor Teórico 
(Apresentar Cálculo) 
Valor Simulado 
 Vdc 311,13 v 307,85 v 
 
b) Qual a máxima tensão CA de linha pode ser 
obtida na carga com essa tensão de alimentação 
no barramento CC, na região linear de operação 
do inversor? 
 
𝑉𝑙 = 0,612 ∗ 1 ∗ 311,13 = 190,41𝑣 
 
 Valor Teórico 
 ma 1 
VL 190,41 v 
c) Qual a máxima tensão CA de linha pode ser 
obtida na carga com essa tensão de alimentação 
no barramento CC, na região de 
sobremodulação do inversor? 
 
𝑉𝑙 = 0.78 ∗ 311,13 = 242,68𝑣 
 
 Valor Teórico 
 ma 3,24 
VL 242,68 v 
 
 
2.1. Apresentação e Discussão dos Resultados 
Apresente as formas de onda e discuta os principais 
resultados para um índice de modulação da letra b): 
1. Explique o funcionamento da modulação PWM 
trifásica a partir dos seguintes sinais: 
Subgráfico 1: Tensão de referência fases a-b-c 
e tensão triangular; 
 
 
Subgráfico 2: pulso G1 
 
Subgráfico 3: pulso G3 
 
Subgráfico 4: pulso G5 
 
 
Subgráfico 5: Tensão de linha de saída do 
Inversor a sua escolha. 
 
Como já foi visto, o PWM para conversores 
CC/CA monofásico possui sua largura de pulso 
variante com o tempo, no qual é gerado através 
da comparação de um sinal de referência 
senoidal defasado de 120◦ e o sinal triangular 
(portadora). Podemos considerar os inversores 
de frequência trifásicos como a junção de três 
inversores monofásicos com tensões de saída 
defasadas de 120◦. Sendo assim podemos 
observar nas formas de ondas acima três sinais 
de referência (Vrefa, Vrefb, Vrefc) com a 
frequência e amplitude que atendem os critérios 
de controle, defasadas de 120◦ entre si e um sinal 
triangular. Ao fazermos a comparação de cada 
sinal senoidal com o sinal triangular serão 
gerados três PWMs (G1, G3 e G5) no qual serão 
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responsáveis por fazerem o chaveamento dos 
IGBTs (S1, S3 e S5). Afim de garantirmos que 
as chaves (S2, S4 e S6) não sejam chaveadas ao 
mesmo tempo que as chaves anteriores evitando 
o curto circuito da fonte, os sinais (G2, G4 e G5) 
são gerados de forma complementar, ou seja, 
G2 = 𝐺1̅̅̅̅ , G4 = 𝐺3̅̅̅̅ e G6 = 𝐺5̅̅̅̅ . 
Observando o subgráfico 5, podemos ver a 
forma de onda da tensão de saída de uma fase do 
inversor. Cada linha do inversor terá um grupo 
de chaves responsáveis por formar a sua tensão 
de linha. Vejamos as chaves abaixo: 
S1, S2, S3 e S4 são responsáveis pela tensão de 
linha Vab; 
S3, S4, S5 e S6 são responsáveis pela tensão de 
linha Vbc; 
S1, S2, S5, S6 são responsáveis pela tensão de 
linha Vac; 
Vamos analisar o chaveamento a tensão de linha 
Vab. 
No semiciclo positivo da onda de referência, as 
chaves S1 e S4 estão fechadas e dessa forma 
aplicando uma tensão positiva (+Vdc) na carga. 
No próximo intervalo de tempo, as chaves S1 e 
S3 estarão ligadas fazendo com que a tensão 
encima da carga seja igual a zero e que uma 
corrente circule pelo circuito devido a energia 
armazenada pelo indutor. Essa variação de 
tensão de 0 e +Vdc vai ocorrer durante todo o 
intervalo de tempo do semiciclo positivo. 
No semiciclo negativo da onda de referência, as 
chaves S2 e S3 estarão fechadas e dessa formar 
uma tensão negativa (-Vdc) será aplicada na 
carga. No próximo intervalo de tempo, as chaves 
S2 e S4 estarão fechadas fazendo com que a 
tensão aplicada na carga seja zero e que a 
energia armazenada pelo indutor seja dissipada 
pelo circuito. Essa variação de tensão de –Vdc a 
0 vai ocorrer durante todo intervalo de tempo do 
semiciclo negativo. 
 
 
2. Em um mesmo gráfico, apresente: 
Subgráfico 1: tensão de saída do inversor (Vab) 
e corrente (Ia); 
Subgráfico 2: tensão de saída do inversor (Vbc) 
e corrente (Ib); 
Subgráfico 3: tensão de saída do inversor (Vca) 
e corrente (Ic); 
 
 
Comente sobre as formas de onda de tensão e 
corrente de obtidas por um inversor trifásico. 
Os sinais acima são sinais modulados, que possuem 
diversas frequências, incluindo uma componente 
senoidal em 60Hz defasada de 120º. 
Podemos ver a variação de (0 a +Vdc) e (0 a –Vdc) 
ficando mais visível a componente senoidal do 
sinal. Além disso, está visível a defasagem de 120º 
entre os sinais. 
Outra característica que devemos mencionar é a 
qualidade do sinal da corrente, podemos ver que 
devido alta frequência de chaveamento o indutor 
teve uma excelente filtragem dos ruídos do sinal. 
 
 
 
 
 
 
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3. Exiba os três gráficos de corrente e tensão de 
uma das linhas do inversor a sua escolha para as 
seguintes condições: 
1) Frequência de chaveamento 600Hz 
 
2) Frequência de chaveamento 6000Hz 
3) Frequência de chaveamento 12000Hz 
Verifique se os valores rms da componente 
fundamental da corrente teve alterações e 
comente sobre as mudanças observadas no sinal. 
As componentes rms não são influenciadas pela 
variação da frequência de chaveamento. O que 
muda com essa variação é a qualidade do sinal 
(corrente) apresentado. Como já visto 
anteriormente, quanto maior a frequência de 
chaveamento melhor vai ser a filtragem realizada 
pelo indutor da corrente. É importante lembrar que 
existe a perdas de potência por comutação das 
chaves, o que restringem a frequência de 
chaveamento a um valor razoável. 
 
 
 
4. Exiba as formas de onda do retificador e 
relembre comentando um pouco sobre seu 
funcionamento. Qual seria a influência em 
colocar um retificador em ponte H na entrada do 
inversor trifásico ao invés do inversor trifásico? 
 
Retificador 6 pulsos: 
Retificador em ponte H 
Relembrando os retificadores monofásicos em 
especifico o em ponte H, devemos lembrar que 
o sinal de saída desse retificador oscila entre 0 e 
a tensão de pico do sinal CA, pois esse tipo de 
retificador possui apenas dois intervalos de 
condução. Essas oscilações não são muito 
desejáveis em diversas aplicações. Afim de 
reduzir essas oscilações um capacitor e 
conectado em paralelo a saída agindo como um 
filtro de tensão. É importante lembrar que 
quanto maior o capacitor, melhor será a 
filtragem do sinal. 
 
Relembrando os retificadores trifásico, devemos 
lembrar que este retificador possui 6 intervalosde condução o que faz esse tipo de retificador 
ser bem melhor do que os retificadores 
monofásicos para um mesmo nível de tensão de 
alimentação. 
A tensão retificada terá um valor próximo a de 
pico da fonte de alimentação, porém com 
oscilações bem menores ao retificador 
monofásico. 
Afim de reduzir ainda mais as oscilações da 
tensão de saída podemos utilizar o mesmo 
método do capacitor ligado em paralelo na saída 
do retificador, pois assim para um mesmo valor 
de capacitor utilizado nos retificadores 
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monofásico, teremos uma tensão retificada 
muito melhor. 
Relembrado esses conceitos, podemos dizer que 
não haverá influencia no inversor de frequência 
se trocarmos o tipo de retificador. Pois a tensão 
media entregue a ele independente do retificador 
utilizado, terão valores muito próximos da 
tensão de pico da fonte de alimentação. É 
importante lembrar eu os componentes 
utilizados para o retificador em ponte H terão 
que ter valores especificados maiores do que no 
retificador trifásico, ou seja um capacitor maior 
para garantir que as oscilações fiquem pequenas 
em comparação ao retificador trifásico, e os 
diodos do retificador terão que suportar uma 
corrente igual a metade da corrente da carga em 
comparação ao retificador trifásico que terão 
que suportar um terço da corrente da carga. 
 
5. Ajuste o índice de modulação em amplitude para 
a condição em que a maior tensão é encontrada. 
Exiba as formas de onda de tensão e corrente de 
uma das linhas do inversor. Exiba também a 
FFT e comente o resultado obtido. Explique 
porque esta condição de operação pode ser 
utilizada mas não é a mais adequada. 
Nessa região de operação o inversor entrega a 
carga uma tensão de 78% da tensão Vdc, porém 
o fato dessa região ser não-linear não é muito 
adequado pois ao analisarmos a FFT veremos 
mais componentes harmônicas próximas a 
frequência fundamental o que dificulta a 
utilização de filtros.