Roteiro Lab 08
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Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores) 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 15 13 12 9 10kΩ 11 P1 16 14 1 2 10 6 7 8 10kΩ 1N4148 10kΩ 100nF 100kΩ 10kΩ Figura 1 – Circuito de geração dos sinais de comando do conversor. Conversores Estáticos (ELP – 20306) 1/4 Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores) 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. 15V 1kΩ 2N2222 P1 P2 15V 10kΩ 1kΩ P3 2N2222 10kΩ 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. 15V 15V MUR160 100nF 10μF 10μF 1 IR2111 P2 1kΩ 100nF IRF460 8 6 Médio 7 2 HO 4 3 39Ω LO Figura 3 – Circuito de comando Bootstrap para o primeiro braço. Conversores Estáticos (ELP – 20306) 2/4 Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores) 15V 15V MUR160 100nF 10μF 10μF 1 IR2111 IRF460 8 6 Médio 7 2 P3 1kΩ 100nF HO 4 3 LO 39Ω 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 HO 20V Médio 2200μF 100nF IRF540 LO 33Ω 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. Conversores Estáticos (ELP – 20306) 3/4 Aula LAB 08 – Laboratório de conversores cc-ca (inversores) IRF540 HO 2200μF 10kΩ 33Ω 10W 20V Médio 100nF IRF540 LO 10kΩ 2200μF 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 IRF540 HO HO 33Ω 20V A 10W Médio 2200μF B Médio 100nF IRF540 IRF540 LO LO Meia ponte 1 Bootstrap 1 Meia ponte 2 Bootstrap 2 Figura 7 – Inversor ponte completa. Conversores Estáticos (ELP – 20306) 4/4
