Mecatrônica Atual 50

automação
F5. Representação de uma fase de um
estágio conversor CC-CA com BJTs.
Controle PWM do Inversor
Cada dispositivo de chaveamento no
conversor CC-CA do inversor receberá
um trem de pulsos PWM, seja na forma de
tensão ou corrente, dependendo do tipo de
dispositivo de chaveamento. Para o IGBT,
por exemplo, necessita-se de uma tensão
aplicada ao terminal de porta (gate) para
que haja o chaveamento.
Como exemplo, será mostrado o controle
PWM em um ramo do estágio conversor
CC-CA, ou seja, em uma fase da alimentação
do motor. Será utilizado como elemento de
chaveamento o transistor BJT (do inglês Bipolar
Junction Transistor). A montagem deste
circuito está mostrada na figura 5, com os
transistores representados por Q 1 e Q 4 .
De acordo com o funcionamento do BJT,
na ausência de pulsos, o transistor se comporta
como uma chave aberta. A injeção de uma
corrente no terminal de base (B), com tensão
tipicamente superior a 0,7 volts, faz com que o
dispositivo conduza uma corrente do terminal
coletor (C) ao emissor (E). Com uma corrente
de base elevada ocorre a saturação do BJT,
fazendo a tensão entre os terminais coletor
e emissor chegar a valores próximos a zero,
e, neste caso, o dispositivo funciona como
uma chave fechada. A resistência R presente
na base serve para controlar a intensidade
da corrente injetada.
A aplicação do sinal PWM sobre o
transistor fará com que ele opere abrindo
e fechando alternadamente, com tempo de
operação limitado pela largura de cada pulso.
Como os dois transistores estão ligados em
série, a condição fundamental para operação
é manter Q 1 aberto enquanto Q 4 estiver
fechado, e vice-versa. Se os dois transistores
estiverem fechados ao mesmo tempo, haverá
uma ligação direta entre as tensões +V CC e
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F6. Funcionamento de uma fase do conversor. Observa-se que os pulsos de Q4 são invertidos
em relação a Q1 para evitar a condução simultânea dos transistores.
–V CC do link CC, provocando uma corrente
de sobrecarga no circuito e danificando os
dispositivos.
A figura 6 ilustra o funcionamento de
um ramo conversor, mediante a injeção de
sinal modulado nos transistores Q 1 e Q 4 .
Aplica-se o trem de pulsos modulado em
Q 1 e o mesmo sinal comentado é invertido e
aplicado a Q 4 , de modo a manter a condição
de funcionamento alternado dos transistores.
Nota-se que, quando Q 1 é excitado pelo
nível positivo do pulso, comporta-se como
chave fechada e deixa a saída do ramo igual
à +V CC , enquanto Q 4 permanece aberto.
Analogamente, quando excitado positivamente,
Q 4 entra no estado fechado, gerando
–V CC na saída, com Q 1 aberto. Vale observar
que a forma de onda da tensão de saída é
modulada, com níveis positivos devido a
Q 1 e níveis negativos devido aQ 4 .
Para os demais ramos do estágio conversor
CC-CA, valem as mesmas características
de funcionamento, sendo o detalhe de que
devem estar defasadas de um ângulo de
120º, por se tratar de um sistema trifásico.
A saída em cada ramo do sistema corresponde
à tensão de fase. A tensão de linha
da saída corresponde à diferença entre duas
das tensões de fase, exibida pela figura 7.
Observa-se que a forma de onda obtida
fica caracterizada por cada semiciclo da
senoide, ou seja, para o semiciclo positivo os
valores alternam entre 0 e +V CC , enquanto
que para o semiciclo negativo há alternância
entre 0 e –V CC .
Efeito Sobre o MIT
Nesta parte, será analisado o comportamento
da corrente elétrica devida à tensão
modulada sobre uma fase da alimentação
do MIT, considerando-se uma ligação tipo
estrela para os terminais do motor. Este
estudo será auxiliado por computador,
através de simulação do circuito no antigo
software EWB, versão 4.1.
Basicamente, um MIT, ou motor de
indução trifásico, é composto por uma parte
fixa em forma de anel, o estator, que recebe
a alimentação da rede elétrica, e por outra
parte móvel em formato cilíndrico, o rotor,
posicionado interno ao anel do estator.
Quando o estator é alimentado, um campo
magnético girante é gerado e, da mesma forma
que um ímã atrai um material metálico,
o campo girante do estator atrai o rotor,
fazendo-o girar no mesmo sentido.
O modelo elétrico por fase do MIT é
representado por uma impedância estatórica,
com uma resistência R 1 e uma indutância L 1 ,
uma impedância rotórica, com uma resistência
R 2 e uma indutância L 2 , e um ramo magnetizante,
expresso por uma indutância L m . A
figura 8-a destaca este modelo, observando
que R 2 é dividido pela grandeza s, chamada
escorregamento, que expressa o percentual da
diferença entre as velocidades angulares do
estator e rotor. Se for desprezada Lm, pode-se
representar o motor como uma resistência
total R T em série com uma indutância total
L T , ou seja, um circuito R-L série, conforme
a figura 8-b.
Baseado nesta situação, é possível obter a
curva da corrente no motor devida à tensão
modulada, por fase. A figura 9 mostra as
formas de onda de corrente para três tipos de
modulação em tensão. Para todos os casos,
a tensão de pico modulada vale 200 V e o
índice de modulação utilizado no controle
foi M=0,85. A resistência total tem valor
de 10 Ω a indutância 5 mH, valores típicos
de um motor de 7,5 HP. Em 9-a, tem-se
a curva de corrente gerada por uma tensão