Acionamento de motores com inversor - modelo das capacitâncias parasitas

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Artigo – Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - UFMG 2012

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Modelamento do conversor em acionamentos de motores
H. Bianchi e R.S. de Faria

Resumo — O fenômeno das correntes de modo comum nos sistemas de acionamento de motores através de conversores de freqüência tem sido bastante estudado nos últimos anos. Os altos dv/dt ‘s na saída dos conversores que utilizam IGBTs aumentaram agrandeza das correntes de modo comum e interferência eletromagnética conduzida enfatizando a necessidade de um estudo mais detalhado do assunto. Este estudo mais detalhado significa incluir na modelagem do sistema todos os caminhos de corrente alta freqüência para terra que excitados pelos altos dv/dt ‘s, sendo necessário modelar as capacitâncias parasitas mais relevantes do caminho de modo comum dosistema de acionamento. Neste artigo é definido através de revisão bibliográfica um modelo em alta freqüência do conversor para consideração das correntes de modo comum. O intuito é conseguir estabelecer um modelo de conversor de fácil implementação que possa ser simulado para acionamento de motores. São quantificados os valores de capacitâncias parasitas no conversor através de informações dofabricante de semicondutores de potência Semikron, vasta revisão bibliográfica de outros trabalhos e ao final são apresentadas simulações no Matlab do sistema de acionamento completo.

Conforme será visto adiante, as capacitância do coletor das chaves semicondutoras (IGBTs,MOSFETs, etc) ao plano de terra e a capacitância do barramento CC para terra são as capacitâncias relevantes que devem serincluídas no modelo. Portanto, diferentes configurações de inversores (2-níveis, 3-níveis, etc) que utilizam diferentes números de chaves semicondutoras terão também diferentes acoplamentos capacitivos para o plano de terra. Além da modelagem dos caminhos de alta freqüência para terra é preciso ressaltar que a fonte de ruído ou tensão de modo comum que vai excitar esses caminhos vai depender, por exemplo,do tipo de modulação utilizada no inversor, instante do chaveamento e largura do pulso [3]. Em conseqüência, diferentes modulações (SPWM, SVM,etc) vão ter diferentes grandezas nas correntes de modo comum quando sendo utilizadas numa mesma configuração de inversor. O foco deste trabalho é a representação do conversor com inversor de 2 níveis e modulação SPWM.

Palavras-chave — capacitânciaparasita, conversor, modo comum, IGBT, PWM II. MODELOS DE MODO COMUM PARA O CONVERSOR
I.

INTRODUÇÃO

E

STUDOS computacionais das correntes de terra de alta freqüência em sistemas de acionamento de motores requerem utilização de modelos apropriados para a representação do transformador, conversor, cabo e motor. No passado, a maior parte da pesquisa foi focada no impacto do motor e cabo nascorrentes de modo comum, mas devido aos requisitos de EMC cada vez mais rigorosos tem-se começado a estudar com mais detalhamento a modelagem de alta freqüência do conversor o qual é de fato a maior fonte de interferência do sistema de acionamento completo. Nessa linha de estudo podem-se destacar as metodologias apresentadas em [1,2,3], as quais são utilizadas neste trabalho para definir o modelo maisapropriado de inversor. No que diz respeito ao conversor de freqüência, tem-se que normalmente o inversor de tensão utilizado é modelado através de um simples capacitor para terra [1], mas para a sua correta modelagem é necessário a inclusão de varias capacitâncias parasitas para terra localizadas em diferentes pontos do inversor.

A. Modelo “A” Em [3] é apresentado um método para predição doruído de modo comum do inversor no domínio da freqüência. Segundo o método as fontes geradoras das correntes de modo comum podem ser divididas em duas partes, uma parte são as correntes devido as características do chaveamento (dv/dt) e a outra parte são correntes ressonantes devido a indutâncias e capacitâncias parasitas dentro do inversor. O modelo apresentado neste trabalho considera só as...
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