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Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores) Conversores Estáticos (ELP – 20306) 1/4 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA Conversores Estáticos (ELP - 20306) AULA LAB 08 LABORATÓRIO DE CONVERSORES CC-CA (INVERSORES) 1 INTRODUÇÃO Esta aula de laboratório tem por objetivo consolidar os conhecimentos obtidos nas aulas teóricas referentes ao estudo de conversores CC-CA, ou inversores de tensão, quanto a seu funcionamento e sua modulação. Para tanto, o conversor com seu circuito de comando e controle será montado em matriz de contatos no laboratório de eletrônica de potência do laboratório. Em síntese, objetiva-se: • Entender o funcionamento da modulação PWM dois níveis; • Montar e ensaiar o circuito de comando de um inversor; • Entender o funcionamento de circuitos de comando empregando o conceito de Bootstrap; • Montar e ensaiar circuitos de comando utilizando o conceito de Bootstrap; • Montar e ensaiar um conversor cc-cc bidirecional; • Entender o funcionamento de inversores de tensão; • Montar e ensaiar inversores de tensão meia ponte e ponte completa. 2 CIRCUITO DE COMANDO Estágio de geração dos sinais Monte o circuito mostrado na figura 1 e verifique seu correto funcionamento. Verifique também a variação da razão cíclica conforme o ajuste do potenciômetro. 15V 10kΩ 10kΩ 100kΩ 10kΩ 100nF 1 2 6 7 8 9 16 15 13 12 11 14 1N4148 10kΩ 10 P1 Figura 1 – Circuito de geração dos sinais de comando do conversor.
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Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores)
Conversores Estáticos (ELP – 20306) 1/4
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ELETRÔNICA
Conversores Estáticos (ELP - 20306)
AULA LAB 08 LABORATÓRIO DE CONVERSORES CC-CA (INVERSORES)
1 INTRODUÇÃO Esta aula de laboratório tem por objetivo consolidar os conhecimentos obtidos nas
aulas teóricas referentes ao estudo de conversores CC-CA, ou inversores de tensão, quanto a seu funcionamento e sua modulação. Para tanto, o conversor com seu circuito de comando e controle será montado em matriz de contatos no laboratório de eletrônica de potência do laboratório.
Em síntese, objetiva-se: • Entender o funcionamento da modulação PWM dois níveis; • Montar e ensaiar o circuito de comando de um inversor; • Entender o funcionamento de circuitos de comando empregando o conceito
de Bootstrap; • Montar e ensaiar circuitos de comando utilizando o conceito de Bootstrap; • Montar e ensaiar um conversor cc-cc bidirecional; • Entender o funcionamento de inversores de tensão; • Montar e ensaiar inversores de tensão meia ponte e ponte completa.
2 CIRCUITO DE COMANDO
Estágio de geração dos sinais Monte o circuito mostrado na figura 1 e verifique seu correto funcionamento.
Verifique também a variação da razão cíclica conforme o ajuste do potenciômetro.
15V
10kΩ
10kΩ
100kΩ 10kΩ100nF
1 2 6 7 8
9
16
15 13 12
11
14
1N4148
10kΩ
10
P1
Figura 1 – Circuito de geração dos sinais de comando do conversor.
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Estágio de lógica, inversão dos sinais gerados
Monte o circuito mostrado na figura 2 e verifique seu correto funcionamento. Verifique se conforme a razão cíclica é ajustada no primeiro circuito, os sinais gerados pelos transistores possuem amplitude e fase corretas.
2N2222
1kΩ
15V
10kΩP1
2N2222
1kΩ
15V
10kΩ
P2
P3
Figura 2 – Circuito de inversão dos sinais gerados.
Estágio acionamento (Bootstrap) Monte o circuito de acionamento mostrado na figura 3. Para verificar o funcionamento do mesmo é necessário incorporar o estágio de
potência. Por isso, apenas emule um estágio de potência conforme mostrado na figura em destaque.
Verifique se os sinais nos gatilhos dos interruptores estão corretos e apresentam o tempo morto necessário.
Após os devidos ajustes e acertos realizados no circuito da figura 3, monte e verifique o funcionamento do circuito da figura 4.
IR2111
3
2
1 86
7
4P2
100nF 10μF
15VMUR160
39Ω
HO
LO
Médio
10μF
100nF
IRF460
1kΩ
15V
Figura 3 – Circuito de comando Bootstrap para o primeiro braço.
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IR2111
3
2
1 86
7
4P3
100nF 10μF
15VMUR160
39Ω
HO
LO
Médio
10μF
100nF
IRF460
1kΩ
15V
Figura 4 – Circuito de comando Bootstrap para o segundo braço.
3 ESTÁGIO DE POTÊNCIA
Conversor cc-cc bidirecional simples Altere o estágio de potência do circuito mostrado na figura 3, conforme mostrado na
figura 5. Verifique o funcionamento do mesmo, observando a forma de onda da tensão sobre o
resistor de carga.
IRF540
20V100nF2200μF
IRF540 33Ω
HO
LO
Médio
10W
Figura 5 – Conversor cc-cc bidirecional.
Inversor meia ponte
Modifique o circuito da figura 5, inserindo um divisor capacitivo, conforme mostrado na figura.
Verifique o funcionamento do circuito, observando a forma de onda da tensão sobre o resistor de carga. Note que neste caso a forma de onda apresenta dois níveis.
Os resistores em paralelo com os capacitores têm a finalidade de auxiliar no equilíbrio das tensões nos mesmos, ou seja, permitir que a tensão sobre cada capacitor seja a metade da tensão da fonte de alimentação do estágio de potência.
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IRF540
20V100nF
2200μF
IRF540
33Ω
HO
LO
Médio10W
2200μF
10kΩ
10kΩ
Figura 6 – Inversor meia ponte.
Inversor ponte completa
Novamente, modifique o circuito de potência da figura 6, inserindo mais dois interruptores e conecte os mesmos ao respectivo circuito de acionamento Bootstrap.
Verifique o funcionamento do mesmo, observando a forma de onda da tensão sobre o resistor de carga.
Altere a freqüência de comutação do circuito para um valor próximo de 60 Hz e verifique a forma de onda da tensão na carga. Neste caso se tem a implementação de um inversor denominado de inversor onda quadrada.
IRF540
20V100nF2200μF
IRF540
HO
LO
Médio
33Ω10W
IRF540
IRF540
HO
LO
Médio
Meia ponte 1 Meia ponte 2Bootstrap 1 Bootstrap 2
A B
Figura 7 – Inversor ponte completa.
