Aplicações de IGBT – Um Inversor de Tensão

III . Aplicações de IGBT – Um Inversor de Tensão.

Uma das aplicações de IGBT que mais são utilizadas em eletrônica de potência é a construção de inversores de tensão, os quais produzem tensão alternada através de tensão contínua. Tal processo é muito utilizado na construção de filtros ativos de potência e em sistemas de transmissão HVDC (High Voltage Direct Current) de energia elétrica. A Usina de Itaipu pertencente ao Brasil e ao Paraguai (que durante muitos anos foi a maior usina hidrelétrica do mundo) produz energia com o sistema de corrente alternada, sendo que metade da produção (pertencente ao Brasil) é gerada em 60Hz e a outra metade (pertencente ao Paraguai) é gerada em 50Hz. No entanto, boa parte da energia produzida pela parte paraguaia é vendida ao Brasil que consome tensão alternada em 60Hz. O problema foi resolvido instalando-se um retificador de potência que transforma a tensão a ser transmitida em tensão contínua e a energia é transmitida em DC até os centros consumidores (o principal é a cidade de São Paulo) onde é novamente alternada, agora em 60Hz para ser enviada aos transformadores que irão abaixar a tensão para a distribuição entre os consumidores de energia. Este inversor de tensão pode geralmente ser construído com o uso de GTO’s (Gate Turn-Off Thyristor) ou IGBT’s. No caso de inversores de tensão que serão aplicados na construção de filtros ativos de potência dá-se preferência ao emprego de IGBT’s devido à sua possibilidade de operar em elevadas freqüências.

O bloco básico de construção de um inversor de tensão usando IGBT’s é apresentado no esquema abaixo:

As tensões de porta de cada um dos IGBT’s são controladas a partir de uma Máquina de Estados Finitos, onde cada estado corresponde ao chaveamento de apenas três IGBT’s (cada um em uma associação em série diferente com um na parte de cima e outro na parte de baixo), a ordem de chaveamento é mostrada nos gráficos apresentados abaixo, onde temos as tensões em cada uma das chaves com o tempo e a tensão total entre a fase C e o neutro da associação em Y na saída do transformador apresentado na figura acima.

Assim, vemos que a forma de onda da tensão na fase C com respeito ao neutro é formada por seis segmentos idealmente retos, como mostrado na figura. Por isso, este bloco funcional é denominado de um inversor de 6 segmentos. As formas de onda nas demais fases apresentam a mesma forma de onda que a da fase C, com apenas uma diferença de fase de 120° de uma em relação à outra.

Esta forma de onda na saída é semelhante a uma forma de onda senoidal, embora ainda possua muita distorção harmônica (possui componentes harmônicos de freqüências mais altas). Para melhorar o desempenho do inversor, geralmente o que se usa é a associação de mais blocos de inversores de 6 segmentos como o mostrado acima em série, da seguinte forma apresentada na figura abaixo: