Inversor Monofásico com Carga RL: Funcionamento e Etapas

Eletrônica de Potência Eng Elétrica Contagem Prof Francisco Garcia Unidade 2 Conversores CC CA Inversores Aula 3 Inversor monofásico com carga RL rev B 180522 Para uma carga que tem um componente indutivo quando a chave é desligada é necessário um caminho para a continuidade da corrente no indutor Devemos lembrar que em um indutor Quando a corrente aumenta a tensão é positiva Quando a corrente diminui a polaridade da tensão sobre o indutor se inverte Se não houver um caminho para a corrente continuar a circular quando a chave transistor é desligada o valor da tensão aumentaria teoricamente até o infinito Esse caminho é feito com diodos conectados em paralelo com cada chave Podemos dividir o funcionamento de um inversor com carga RL em quatro etapas L L di v L dt E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO T4 T2 t T3 T1 T2 T 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Inversor monofásico com carga RL Comando 1ª etapa acionamento de T1 e T4 A corrente iO que circula pela carga tem comportamento exponencial crescente a uma taxa dada pela constante de tempo da carga LR Nesta etapa a tensão de saída é igual a E Cortando T1 e T4 e em seguida acionando T2 e T3 iniciase a 2ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E Inversor monofásico com carga RL 2ª etapa condução de D2 e D3 Mesmo com o acionamento de T2 e T3 eles não irão conduzir imediatamente porque a corrente na carga não pode se inverter instantaneamente presença de indutância Este fato leva os diodos D2 e D3 a ficarem polarizados diretamente e consequentemente a entrarem em condução A corrente na carga decresce exponencialmente mas continua circulando no mesmo sentido porém agora fluirá em direção a fonte E Este ciclo é denominado de recuperação de energia pois o fluxo de energia não é mais da fonte para a carga e sim da carga para a fonte Os diodos são denominados de diodos de recuperação Quando a corrente na carga zerar D2 e D3 cortarão e T2 e T3 conduzirão iniciando a 3ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO vO iO t t E E Inversor monofásico com carga RL 3ª etapa condução de T2 e T3 A corrente iO circula pela carga agora em sentido contrário em relação a 1ª etapa e também tem comportamento exponencial crescente a uma taxa dada pela constante de tempo da carga LR Nesta etapa a tensão de saída é igual a E Cortando T2 e T3 e em seguida acionando novamente T1 e T4 iniciase a 4ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E Inversor monofásico com carga RL 4ª etapa condução de D1 e D4 Mesmo com o novo acionamento de T1 e T4 eles não irão conduzir imediatamente porque a corrente na carga não pode se inverter instantaneamente presença de indutância Este fato leva os diodos D1 e D4 a ficarem polarizados diretamente e consequentemente a entrarem em condução A corrente na carga decresce exponencialmente mas continua circulando no mesmo sentido porém agora fluirá em direção a fonte E Este ciclo também é denominado de recuperação de energia pois o fluxo de energia não é mais da fonte para a carga e sim da carga para a fonte Quando a corrente na carga zerar D1 e D4 cortarão e T1 e T4 conduzirão reiniciando o ciclo de funcionamento 1ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E Inversor monofásico com carga RL Inversor monofásico com carga RL iT4 iT2 t iT3 iT1 iD4 iD2 t iD3 iD1 T2 T 0 iO t vO E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO Inversor monofásico Controle do valor eficaz Foi visto anteriormente que é possível variar o valor eficaz da tensão de saída de um inversor operando com carga resistiva variandose a largura dos pulso PWM com pulso único Controle para S1 e S4 vC vP1 Controle para S2 e S3 vP2 Comparadores E Carga T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO v E E 2 0 4 3 t Esse controle de tensão não funciona adequadamente com carga RL pois a indutância faz com que a corrente continue a circular pelos diodos quando os transistores são desligados mantendo dessa forma o valor da tensão de saída até que a corrente seja zero ou até que os outros transistores sejam ligados Inversor monofásico Simulação f 60Hz 30 6 radianos Carga resistiva R 100 E 100 V Vef 8165 V ef 2 V E 1 Inversor monofásico Simulação f 60 Hz 30 Carga RL R 100 L 75 mH 750 s Inversor monofásico Simulação f 60 Hz 30 Carga RL R 100 L 150 mH 15 ms Inversor monofásico Simulação f 60 Hz 30 Carga RL R 100 L 300 mH 3 ms Inversor monofásico Simulação f 60 Hz 30 Carga RL R 100 L 600 mH 6 ms Inversor monofásico Controle do valor eficaz E R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO Para permitir o controle do valor da tensão eficaz com carga RL é usado um controle onde todos os transistores são comandados para conduzir durante metade do período mas com um defasamento entre os os períodos de condução T4 T2 t T3 T1 T2 T 0 1 0 1 0 1 0 1 0 Comando CLK vG1 vG2 vG3 e vG4 com VC 025V CLK CLK vG1 vG2 vG3 e vG4 com VC 05V CLK CLK vG1 vG2 vG3 e vG4 com VC 075V CLK 1ª etapa acionamento de T1 e T4 A corrente iO que circula pela carga tem comportamento exponencial crescente a uma taxa dada pela constante de tempo da carga LR Nesta etapa a tensão de saída é igual a E Cortando T4 e acionando T3 mantendo T1 acionado iniciase a 2ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E vG1 vG2 vG3 vG4 2ª etapa condução de T1 e D3 Mesmo com o acionamento de T3 ele não irá conduzir imediatamente porque a corrente na carga não pode se inverter instantaneamente presença de indutância Este fato leva o diodo D3 a ficar polarizado diretamente e consequentemente a entrar em condução A tensão na carga nessa etapa é zero A malha formada pela carga em série com T1 e D3 descarrega a energia armazenada na indutância A corrente na carga decresce exponencialmente resposta natural mas continua circulando no mesmo sentidoDependendo da constante de tempo da carga LR a corrente pode ou não chegar a zero até o fim desse etapa A 3ª etapa inicia com o corte de T1 e o acionamento de T2 mantendo T3 acionado iO t t vO E E vG1 vG2 vG3 vG4 E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO 3ª etapa condução de T2 e T3 Se a corrente na carga é igual a zero ao fim da 2ª etapa agora a corrente iO circula pela carga em sentido contrário em relação a 1ª etapa e também tem comportamento exponencial crescente a uma taxa dada pela constante de tempo da carga LR Nesta etapa a tensão de saída é igual a E Cortando T3 e acionando T4 mantendo T2 acionado iniciase a 4ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E vG1 vG2 vG3 vG4 4ª etapa condução de D1 e D4 Mesmo com o acionamento de T4 ele não irá conduzir imediatamente porque a corrente na carga não pode se inverter instantaneamente presença de indutância Este fato leva o diodo D4 a ficar polarizado diretamente e consequentemente a entrar em condução A tensão na carga nessa etapa é zero A malha formada pela carga em série com T2 e D4 descarrega a energia armazenada na indutância A corrente na carga decresce exponencialmente resposta natural mas continua circulando no mesmo sentido Com o corte de T2 e o acionamento de T1 mantendo T3 acionado reiniciase o ciclo de funcionamento 1ª etapa E L R T1 T2 T3 T4 D1 D2 D3 D4 iO vO iO t t vO E E vG1 vG2 vG3 vG4 0 0 vO iO I1 e i2 e i3 e i4 com VC 075V e 500 s D3 conduz T3 conduz D4 conduz T4 conduz