conversores cc-ca e ca-ca - professorpetry.com.br · inversor/retificador de corrente trifásico....
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Conversores CC-CA e CA-CA
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina
Departamento Acadêmico de Eletrônica
Pós-Graduação em Desen. de Produtos Eletrônicos
Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas
Florianópolis, março de 2011.
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Bibliografia para esta aula
http://www.florianopolis.ifsc.edu.br/~petry
Institu
to F
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e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
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ento
Acad
êmico
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letrônica –
Cam
pus F
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Conteúdo desta aula
Conversores CC-CA:
1. Introdução;
2. Principais características;
3. Inversor monofásico meia ponte;
4. Inversor monofásico ponte completa;
5. Outras topologias de inversores de tensão;
6. Semicondutores.
Conversores CA-CA:
1. Introdução;
2. Principais características;
3. Gradadores;
4. Estabilizador de tap variável;
5. Conversores CA-CA PWM;
6. Semicondutores.
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, Ciên
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ópolis
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Antes de iniciar
http://www.institutoideal.org
Conversores CC-CA
1E 1 1v ,f
2E 2 2v ,f
ConversorCC-CC
Retificador
Inversor
Conversorindireto de
tensão
Conversorindireto defreqüência
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, Ciên
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Princípio geral:
Controla o fluxo de potência entre uma fonte de tensão contínua e outra
alternada.
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, Ciên
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Conversores CC-CA
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Cam
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Conversores CC-CA
Conversores CC-CA:
• Denominados de inversores: convertem tensão contínua em
tensões alternadas;
• Podem ser monofásicos, trifásicos ou n-fásicos;
• Unidirecionais ou bidirecionais;
• Comandados em alta freqüência
• Modulação simples ou complexa;
• Dois níveis ou multiníveis;
• Podem ser isolados ou não-isolados;
• Podem operar em condução contínua ou descontínua;
• Controlados no modo tensão ou corrente;
• Comutação normal ou suave;
• Inversores de tensão ou corrente;
• Aplicações dos conversores CC-CA.
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, Ciên
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Conversores CC-CA – Número de Fases
Trifásico
Monofásico
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Conversores CC-CA - Bidirecionalidade
Bidirecional
Unidirecional?
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PWM alta freqüência
Conversores CC-CA - Comando
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Conversores CC-CA - Modulação
Vetorial
PWM Senoidal
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Conversores CC-CA - Isolamento
Isolado
Não-isolado
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Conversores CC-CA – Número de Níveis
Dois níveis
Três níveis
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Conversores CC-CA – Número de Níveis
Multiníveis
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Conversores CC-CA – Controle de V ou I
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Conversores CC-CA - Comutação
Hard x soft
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Conversores CC-CA – Tensão ou Corrente
Tensão - VSI
Corrente - CSI
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, Ciên
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Conversores CC-CA - Aplicações
Algumas aplicações:
• Acionamento de motores de corrente contínua;
• Acionamento de motores de corrente alternada;
• Energias alternativas;
• Isolamento em alta freqüência;
• Filtros ativos;
• Estabilizadores de tensão;
• UPS;
• Aplicações espaciais, aeronáuticas e veiculares
• Entre outras.
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, Ciên
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Inversor Monofásico Meia Ponte
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Inversor Monofásico Meia Ponte
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Estrutura do conversor:
Dissertação de Fernando H. Gerente
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Modulação empregada:
Bipolar ou dois níveis
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Modulação empregada:
Unipolar ou três níveis
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM bipolar):
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM bipolar):
Primeira etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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, Ciên
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Etapas de operação (modulação SPWM bipolar):
Segunda etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Principais formas de onda (modulação SPWM bipolar):
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
Primeira etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
Segunda etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
Terceira etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Etapas de operação (modulação SPWM unipolar):
Quarta etapa de operação
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Principais formas de onda (modulação SPWM unipolar):
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Tensão de saída (modulação SPWM bipolar):
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1 s s
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f
VMI
V
Índice de modulação:
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V
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar):
max2
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Tensão de saída (modulação SPWM bipolar):
2
0
1
2
sTD
ab fs
V V dtT
ab fV V D
_ab pk
f
Vd t sen t
V
_ab pk
f
VMI
V
Índice de modulação:
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Determinando o indutor (modulação SPWM bipolar):
max4
f
o s
VL
IL F
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Indutor (modulação SPWM bipolar x SPWM unipolar):
2 níveis 3 níveis
Inversor Monofásico Ponte Completa
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Inversor Monofásico Push-Pull
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Inversor Monofásico Acionando Motor DC
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Inversor Trifásico
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Inversor Trifásico
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Inversor Trifásico Bidirecional
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Inversor Trifásico Aplicado em Filtros Ativos
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Inversor/Retificador de Corrente Trifásico
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM bipolar):
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, Ciên
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM bipolar):
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM bipolar):
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, Ciên
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM bipolar):
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, Ciên
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM unipolar):
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, Ciên
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM unipolar):
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, Ciên
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Inversor Monofásico Ponte Completa - Simulação
Simulação (modulação SPWM unipolar):
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, Ciên
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Simulação (modulação SPWM unipolar):
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Cam
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1E 1 1v ,f
2E 2 2v ,f
ConversorCC-CC
Retificador
Inversor
Conversorindireto de
tensão
Conversorindireto defreqüência
Conversores CA-CA
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, Ciên
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fv
fv
t
0
ov
t
0
ov
Conversores CA-CA
Princípio geral:
Controla o fluxo de potência entre uma fonte duas fontes de tensão
alternada.
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, Ciên
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Conversores CA-CA - Aplicações
Algumas aplicações:
• Controle de intensidade luminosa;
• Controle de temperatura;
• Controle de velocidade de motores de indução;
• Limitação da corrente de partida de motores de indução;
• Estabilizadores de tensão;
• Filtros ativos;
• Pré-estabilização em fontes de alimentação e UPS;
• Economia de energia;
• Sistemas de potência;
• Entre outras.
Alterar forma
Alterar amplitude
Alterar freqüência
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, Ciên
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Conversores CA-CA - Funções
Institu
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, Ciên
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Gradador usando triac
Gradador usando tiristores
Gradadores
Institu
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Retificador com carga resistiva pura:
Gradadores – Controle por Ângulo de Condução
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Gradador com carga resistiva pura:
Gradadores – Controle por Ângulo de Condução
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, Ciên
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Harmônicas da corrente de carga, exemplo:
220
4800
oV V
Po W
2 222010
4800
o
o
VR
P
2 31131,1
10
om
VI A
R
1 1 31,1mI I A
3 0,3 9,33mI I A
5 0,15 4,66mI I A 0
5
10
15
20
25
30
35
I1 I2 I3
Gradadores – Controle por Ângulo de Condução
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ópolis
Gradadores – Controle por Ângulo de Condução
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, Ciên
cia e Tecn
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e San
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Cam
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ópolis
Deficiências dos gradadores:
1. Introduzem harmônicas significativas de corrente na rede;
2. Para ângulos de disparo (α) elevados o fator de potência
é baixo.
Controle por ciclos inteiros:
Gradadores – Controle por Ciclos Inteiros
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Gradadores – Controle por Ciclos Inteiros
2
1 1oW R I T
2
2W R I T 1 2W W
2 2
1oR I T R I T
1o o
T mI I I
T M
m = número de ciclos aplicados à carga;
M = número de ciclos da rede.
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, Ciên
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de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Controle da tensão de saída do retificador pelo gradador
Gradadores – Aplicação na Partida de Cargas
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Controle da corrente de partida de motores usando gradadores
www.weg.com.br
Gradadores – Aplicação na Partida de Cargas
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Estabilizador de Tensão de Tap Variável
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
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Estabilizador de Tensão de Tap Variável
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
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ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Estabilizador de Tensão de Tap Variável
Principal Auxiliar
Echavarría et al, 2007.
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
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ópolis
Conversor CA-CA PWM - Comutação
V
S1
D1
1 2Lo
Co
2
1
Ro
Conversor CC-CC
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
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ento
Acad
êmico
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letrônica –
Cam
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Conversor CA-CA PWM - Comutação
Conversor CA-CA
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e Educação
, Ciên
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ento
Acad
êmico
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letrônica –
Cam
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ópolis
Conversor CA-CA PWM - Comutação
Sobreposição
Tempo morto
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e Educação
, Ciên
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olo
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ento
Acad
êmico
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letrônica –
Cam
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ópolis
1S 3S
2S
4S
oL
oC oZov
iv
1S
3S
2S
4S
oL
oC oZov
iv
0 2
iv
1 2,S S
3 4,S S
1s pwm on
2s pwm on
3s on pwm
4s on pwm
0iv 0iv
Conversor CA-CA PWM - Comutação
Institu
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e Educação
, Ciên
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olo
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a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Conversor CA-CA PWM - Simulação
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Dados da simulação:
• Fs = 1 kHz;
• Co = 100 uF;
• Lo = 10 mH.
Conversor CA-CA PWM - Simulação
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Dados da simulação:
• Fs = 1 kHz;
• Co = 100 uF;
• Lo = 10 mH.
Conversor CA-CA PWM - Simulação
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
gia d
e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Dados da simulação:
• Fs = 20 kHz;
• Co = 10 uF;
• Lo = 1 mH.
Conversor CA-CA PWM - Simulação
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
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ta Catarin
a D
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ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
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ópolis
Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação
Institu
to F
ederal d
e Educação
, Ciên
cia e Tecn
olo
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e San
ta Catarin
a D
epartam
ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
pus F
lorian
ópolis
Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação
Dados da simulação:
• Cret =1 uF.
Institu
to F
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e Educação
, Ciên
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ento
Acad
êmico
de E
letrônica –
Cam
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ópolis
Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação
Dados da simulação:
• Cret =0,1 uF.
Dados da simulação:
• Cret = 100 uF.
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to F
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, Ciên
cia e Tecn
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Acad
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Conversor CA-CC-CA PWM - Simulação
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Acad
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Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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www.irf.com
Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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, Ciên
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www.irf.com
Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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, Ciên
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www.fairchildsemi.com
Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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, Ciên
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Drive Driver
Para acionamento
de motores
Para acionamento
semicondutores
Conversores CC-CA e CA-CA - Semicondutores
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Princípio do Bootstrap
Problema
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Próxima aula
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Projeto de elementos magnéticos:
• Revisão de eletromagnetismo;
• Projeto de indutores e transformadores.
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