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    • Gabriel Torres

      Seja um moderador do Clube do Hardware!   12-02-2016

      Prezados membros do Clube do Hardware, Está aberto o processo de seleção de novos moderadores para diversos setores ou áreas do Clube do Hardware. Os requisitos são:   Pelo menos 500 posts e um ano de cadastro; Boa frequência de participação; Ser respeitoso, cordial e educado com os demais membros; Ter bom nível de português; Ter razoável conhecimento da área em que pretende atuar; Saber trabalhar em equipe (com os moderadores, coordenadores e administradores).   Os interessados deverão enviar uma mensagem privada para o usuário @Equipe Clube do Hardware com o título "Candidato a moderador". A mensagem deverá conter respostas às perguntas abaixo:   Qual o seu nome completo? Qual sua data de nascimento? Qual sua formação/profissão? Já atuou como moderador em algo outro fórum, se sim, qual? De forma sucinta, explique o porquê de querer ser moderador do fórum e conte-nos um pouco sobre você.   OBS: Não se trata de função remunerada. Todos que fazem parte do staff são voluntários.
Pask

No-break senoidal

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Amigos, alguém saberia explicar como é o funcionamento de um no-break senoidal, ou seja, como é gerado eletronicamente o sinal senoidal deste tipo de no-break?

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A modulação em PWM da energia aplicada no transformador de saída, numa frequência muito maior que os 60 Hz da rede elétrica, é responsável pela "criação" da forma de onda de saída..

Veja ai como, na prática, esse sinal senoidal é "montado" ou "composto"

PWM_Senide.jpg

- A forma de onda bem de baixo é aquela aplicada ao transformador de saída;

- A forma de onda em vermelho é a resultante da aplicação do trem de pulsos ao transformador de saída;

Veja que do ponto de vista eficiência, a saída vai operar em uma frequência maior que a de 60 Hz e com seus elementos ou em condução, saturados, ou desligados, cortados. Isso aumenta significativamente a eficiência desse sistema. A resultante, essa sim estará na frequência de 60 Hz..

Abraço...

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Bem, eu vejo uma forma de onda retangular (azul) e uma triangular (verde). Então, ambas são aplicadas ao transformador para gerar uma resultante senoidal (vermelha)?

Para que, para a geração de sinais senoidais, os transformadores de no-breaks assim trabalham em configuração full-bridge no inversor (ponte H) de IGBT's ou MOSFET's.

Seria isto?

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Bem, eu vejo uma forma de onda retangular (azul) e uma triangular (verde). Então, ambas são aplicadas ao transformador para gerar uma resultante senoidal (vermelha)?

Para que, para a geração de sinais senoidais, os transformadores de no-breaks assim trabalham em configuração full-bridge no inversor (ponte H) de IGBT's ou MOSFET's.

Seria isto?

Vamos lá...

O modo de montar a forma de onda senoidal..

A forma de onda de cor verde é uma triangular de frequência fixa que visa ser comparada com um sinal senoidal de baixo nível, gerado dentro do no-break. Dessa comparação nasce a forma de onda retangular que pode ser vista abaixo, na cor azul...

Repara bem as duas formas de onda, ambas de baixo nível, sinais portanto, que entram no comparador.

- Forma de onda senoidal, na cor vermelha, na entrada positiva do comparador;

- Forma de onda verde, triangular, na entrada negativa do comparador.

A saída do comparador se estabelecerá a forma de onda de cor azul vista bem abaixo, pois se a entrada positiva tiver uma tensão maior que a negativa, a saída do comparador vai para +VCC e se a entrada negativa desse comparador for maior, a saída do mesmo irá para zero volts. Essa então é a forma de onda de saída do comparador, a de cor azul...

Essa forma de onda azul, constituída por um trem de pulsos digitais, contendo zeros e ums, de largura variável, é a forma de onda que vai excitar os elementos de potência, sejam eles transistores bipolares, transistores mosfet, em ponte ou qualquer outra topologia que possa imprimir alta potência a esse sinal ai mostrado em cor azul...

A carga dessa etapa de potência será um transformador com primário adaptado para as tensões de bateria e secundário adaptado parav as tensões de saída AC do no-break..

A integração do sinal se dá pela média como em qualquer circuito alimentado por PWM. Se a largura de pulso for estreita a tensão média de saída será baixa e se a largura de pulso for grande ou larga a tensão média se elevará...

Veja ai como funciona uma modulação PWM após integrada..

Na teoria pura e simples de uma modulação PWM: http://www.ipes.ethz.ch/ipes/PWMsimpel/e_pwmsimpel.html

Na teoria o funcionamento da modulação PWM na geração de senoide.: http://www.ipes.ethz.ch/ipes/Inverter/e_H_Bruecke.html

Espero ter esclarecido..

Abraço...

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Gostei muito do material enviado por você. Muito educativo e elucidativo. Valeu.

Pelo que observei, a forma de onda triangular, tem freq. bem maior do que a forma de onda senoidal. Qual seria a razão de freq. entre elas?

Então, pelo que observei também, a composição ou soma analógica das ondas senoidal e triangular - ambas geradas pelos circuitos do no-break - criam uma forma de onda retangular com picos que vão do zero até o máximo Vcc possível, variando lentamente, subindo e descendo.

Essa forma de onda, ao passar pela bobina do transformador, tem seus pulsos integrados e forma-se ali uma perfeita senoide que induz no secundário as tensões necessárias ao perfeito funcionamento da carga.

Estou correto?

Vejo que a forma de onda retangular (verde) tem seus pulsos variáveis no tempo.

Mas, como se dá a formação da onda senoidal (envoltória vermelha) no final do processo?

Editado por Bcpetronzio
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Se você vê algumas coisas ai também por aqui vejo..

A primeira delas: Vejo que não entendeste ou não foste lá no site aonde explica, de modo completamente interativo, o PWM. Esse dai: http://www.ipes.ethz.ch/ipes/PWMsimpel/e_pwmsimpel.html

Tome a figura de baixo, cujo eixo varia desde +U2 até -U2

Mecha no ponto vermelho da figura, com auxílio do mouse, de tal modo a conseguir deixar o duty cycle D, ou ciclo ativo, em 50%. Na tela terás exatamente uma onda quadrada de relação 50%/50% correto...

Veja Figura 1

Verás que nessa hora a tensão equivalente, o Uavg, dessa forma de onda vai estar em +0,0 x U2, ou seja zero volts (qualquer valor multiplicado por zero = zero)

Essa é a tensão de saída nessa condição de aplicação de um trem de pulsos quadrado simétrico, via ponte, mosfets o que valha, na saída..

Experimente agora alterar a relação de ciclo, o duty cycle D de modo a mantê-lo em 60% . Significa que a largura de pulso em ON será de 60% e a largura do tempo em OFF será de 40%. Nessa hora a tensão de saída Uavg subirá para um valor igual a +0,19 x U2

Veja figura 2

Se alterares mais uma vez essa largura de pulso para digamos 80% (80-20, na relação on-off) notarás que a tensão Uavg assumirá um valor de +0,60 x U2

Veja figura 3

Se alterares mais uma vez essa largura de pulso para digamos 98% (98-2, na relação on-off) notarás que a tensão Uavg assumirá um valor de +0,97 x U2, chegando desse modo praticamente ao valor +U2...

Veja figura 4

Agora, se fizeres o mesmo exercício, porém com as relações de duty cycle abaixo do 50%, verás que as tensões de saída passarão a variar desde os zero volts, correspondentes a relação de 50 - 50 no duty cycle, até os -U2 praticamente quando a relação atingir os 2-98 de relação entre OFF e ON

Veja uma sequência de figuras (5,6,7 e 8) mostrando isso:

Figura 1:

PWM01.jpg

Figura 2

PWM02.jpg

Figura 3

PWM03.jpg

Figura 4

PWM04.jpg

Figura 5

PWM01.jpg

Figura 6

PWM05.jpg

Figura 7

PWM06.jpg

Figura 8

PWM07.jpg

Penso que não vai faltar imaginação para que saques que a tensão de saída, variando de zero a+U2, voltando a zero, assumindo valores negativos até chegar a -U2, retornando a zero novamente, e assim por diante, sempre sendo produzida essa tensão por uma aplicação de onda On-Off de largura de pulso variável, pode perfeitamente resultar em uma senóide, com frequência de 60 Hz se adequadamente deduzida essa forma de onda pulsante, como o foi aquela da figura lá do outro post, essa dai:

PWMrepresentativadesenide.jpg

Bom, meu amigo, se agora não der para entender então atiro a toalha...

Abraço...

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Amigo, eu sei perfeitamente do que trata o assunto e já "mexi" no pontinho vermelho para ver a animação que você me enviou. Sei também que o duty cicle ou ciclo ativo no sinal retangular determina a tensão média de saída gerada pelo pulso de acordo com seu valor e segundo a fórmula Vm = Vpp*(dc /100). Vamos a um exemplo:

Para uma tensão Vpp = 5V num pulso retangular e um duty cicle de 35%(dc), tem-se um tensão média de saída para este pulso Vm = 5*(35/100) = 1,75V.

Se o duty cicle for 50% para o mesmo pulso, tem-se Vm = 5*(50/100) = 2,50V e assim por diante!

Então, eu sei perfeitamente bem que fazendo o nível lógico alto do pulso variar variando também o nível lógico baixo, conhecidos como (ton e toff), a frequencia se mantém fixa mas a tensão varia desde 0 até o máximo Vpp. Se o pulso for alternado, ou seja, estiver entre +V, 0 e -V, a variação será de +Vp até -Vp passando também por zero.

Não há dúvidas com relação às figuras que você me enviou. Também eu li o texto abaixo delas sim.

Eu lhe fiz uma outra pergunta. Preste atenção:

Na animação java que você me enviou mostrando uma onda triangular de alta freq. chamada também "portadora" e uma senóide de baixa freq. chamada de "sinal modulante", verifica-se (e eu até já simulei no Proteus) que forma-se uma terceira forma de onda retangular que tem seu comprimento continuamente variando desde um mínimo ton até um máximo ton. Isso está certo e a simulação que eu fiz mostrou-me isto sem problemas. Apliquei o sinal senoidal na entrada não inversora do AOP e o sinal triangular na sua entrada inversora. Peguei o sinal na saída com o osciloscópio e observei o comportamento dos 3 sinais gerados. Ficaram de acordo com o que você me passou até agora.

Na animação enviada por você, aparece um sinal em vermelho senoidal (última figura). Também aparece uma configuração em ponte H de mosfets, conhecida como H full bridge. A minha pergunta é simples: aquele sinal retangula de freq. variável resultante da composição dos sinais triangular e senoidal, será aplicado daquela forma à ponte de mosfets para gerar o sinal senoidal? você não se importaria de responder a esta pergunta?

Obrigado por tudo.

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O monte de ondas quadradas vira senoidal na ponte devido a indutância do trafo onde essas ondas são aplicadas.

Ao iniciar o sinal, quando o mosfet libera o 2º pulso, a corrente do 1º pulso ainda está presente no trafo (lei de Faraday ou de Lenz?), de forma que o resultado final é uma 'ligação' entre os 2 pulsos. Se liga 2 num periodo curto de tempo, como não ligaria 2000 deles num periodo ainda menor? (10mS). Essa 'ligação' é o montante de cargas que o trafo converte em força eletromagnética, o montante de cargas varia conforme a largura de cada pulso, a soma dos pulsos se você medir tempo e amplitude, ocupará o mesmo espaço/area que a onda senoidal resultante.

(E a função do diodo paralelo aos mosfets é conduzir os restos de corrente que o trafo tem, e sempre tem porque a indução é sempre demorada, pra não desperdiçar energia essa é uma excelente dica)

O trafo, devido a essas caracteristicas indutivas, noutro modo de descrever, porém menor realista, faz uma filtragem dos pulsos de alta frequencia, por isso na saída do trafo não vemos todos os 2000 e tantos pulsos que vemos saindo dos mosfets.

Um regulador de tensão, chaveado ou não, operando com pwm, steep-down, reduzindo a tensão, é exatamente isso (O inversor apenas varias mais a largura), neles o capacitor se faz necessario pra reduzir ripple, mas como inversor usa trafo, e trafo também atenua sinal em frequencia muito diferente do ideal pra ele, não é preciso filtragem com capacitor.

(Se olhar no osciloscopio as vezes verá umas variações maiores nalguns ciclos, normalmente na crista da onda, em momentos de consumo maior na saída do trafo)

Sobre a relação de frequencias, creio que só há em baixa frequencia, a partir de uns 1KHz o que manda é a largura do pulso mesmo. A partir dos 300Hz dá pra ter um meio termo quadrado-senoidal, acho que nos 800Hz já fica "decente" pra chamarmos de senoidal.

Se entendi bem o tópico todo era só pra dizer que a senoidal se forma a partir de pwm graças a lei de faraday-lenz, isso?

Editado por rubemll

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Na animação enviada por você, aparece um sinal em vermelho senoidal (última figura). Também aparece uma configuração em ponte H de mosfets, conhecida como H full bridge. A minha pergunta é simples: aquele sinal retangula de freq. variável resultante da composição dos sinais triangular e senoidal, será aplicado daquela forma à ponte de mosfets para gerar o sinal senoidal? você não se importaria de responder a esta pergunta?

Obrigado por tudo.

PWMresposta-1.jpg

Desse modo, se bem entendi sua pergunta, continuo pensando que exercitaste pouco o simulador ai...

Abraço...

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Não não. Eu experimentei completamente o simulador sim. Apenas tive uma certa dificuldade para entender a geração da onda vermelha "envoltória senoidal". Eu me perguntava: de onde vem essa ondinha vermelha...rsrsrsr ?

Mas, já ficou elucidado que ela surge da ponte H e, passando pela bobina primária do trafo ligado ao inversor que possui baixa indutância e muito pouca resistência ôhmica, ele se torna um filtro para as freq. maiores, permitindo a passagem da frequência menor que é a de 50 ou 60 Hz conforme o caso. Realmente, é a aplicação da Lei de Lenz ou Faraday mesmo, ou seja, quanto maior a freq. de um sinal sobre uma indutância, maior será a oposição da mesma a este sinal e vice-versa. É por tal razão que não são usadas bobinas na filtragem de fontes lineares comuns e sim capacitores eletrolíticos, pois se se utilizassem bobinas em freqs. de 60 ou mesmo 120 Hz, elas teriam que ser enormes e pesadas com dezenas de henries de indutância para filtrar o sinal retificado pelos diodos.

Mas, como se trata de ponte H, são necessárias que sejam geradas duas formas de onda como estas defasadas no tempo e também possuindo um chamado "tempo morto" (dead time ou off time) entre elas. Duas vão excitar o braço superior esquerdo e o inferior direito e outras duas excitarão o braço superior direito e o inferior esquerdo.

Há que se utilizar portas lógicas AND ou NAND para compor e adequar da melhor forma o sinal para que não aconteçam curtos-circuitos com os mosfets ou igbt's se for o caso.

É isso...

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