Guia de Inversores de Potência: Topologias e Modulação PWM

Inversores de Potência: Tipos e Funcionamento

Os inversores não autônomos utilizam tiristores e operam ligados à rede elétrica CA (frequência = f rede), a qual é responsável pela comutação dos dispositivos.

• Controle: O controle do fluxo de energia do lado CC para o lado CA pode ser efetuado através da variação do ângulo de disparo dos tiristores, que deve ser maior que 90º para funcionamento no modo inversor.
• Aplicação: Restrita a aplicações de potência muito elevadas, como nos sistemas HVDC.

Inversores Autônomos

Os inversores autônomos utilizam chaves com disparo e bloqueio comandáveis, ou seja, a comutação das chaves é determinada pelo circuito de comando. Possuem frequência ajustável.

Aplicação: Inversores comerciais utilizam transistores IGBT (são comandados por tensão), ficando os tiristores reservados às aplicações de altíssimas potências.

Quadrantes de Operação:

• 1 e 3: V e i com mesma polaridade: energia do inversor para a carga (CC para CA).
• 2 e 4: O contrário (energia da carga para o inversor).

Inversores Monofásicos

Onda Quadrada

• Desvantagens: O conteúdo harmônico da forma de onda da tensão possui harmônicos de grande amplitude em baixa frequência, o que exige o emprego de filtros grandes e caros.
• Vantagens: As chaves somente mudam de estado duas vezes por ciclo, o que reduz as potências perdidas devido à comutação.
• Equação: Vo = (4/π) * Vd * cos(α)

Deslocamento de Fase

A tensão de saída possui componentes harmônicas de baixa frequência e grande amplitude, o que dificulta e encarece a filtragem.

Modulação PWM (Pulse Width Modulation)

A amplitude da componente fundamental da tensão é variada através da largura dos pulsos, as quais, por sua vez, dependem do valor da tensão de controle. A tensão de saída possui componentes harmônicas de alta frequência e pequena amplitude que são múltiplos da frequência de chaveamento. A forma de onda é menos distorcida (mais senoidal), sendo melhor para cargas como um motor AC.

Deslocamento de Fase (Continuação)

O inversor meia ponte somente opera sob o esquema de onda quadrada e PWM de dois níveis porque não é possível impor tensão nula na carga e manter a continuidade da corrente ao mesmo tempo.

Inversor Push-Pull

Com carga indutiva, esta configuração somente pode operar sob o esquema de onda quadrada e PWM de dois níveis porque não é possível impor tensão nula na carga.

Inversores Trifásicos

Nos inversores trifásicos, o esquema de operação normalmente utilizado é o PWM, pois a operação em onda quadrada permite o ajuste da amplitude da componente fundamental da tensão de saída.

Filtros Ativos

1. Filtro Ativo Paralelo: O conversor funciona com malha de controle de corrente e tem a função básica de curto-circuitar as correntes indesejadas.
2. Filtro Ativo Série: O filtro ativo série não permite que as parcelas não desejadas da tensão sejam aplicadas sobre a carga.

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