Projeto e validação experimental de um inversor trifásico com modulação pwm senoidal operando em baixa frequência de comutação

Abstract

Este trabalho apresenta o projeto e a validação experimental de um inversor trifásico de tensão de dois níveis, modulado por largura de pulso senoidal em malha aberta e operando em baixa frequência de comutação. O sistema foi implementado em uma bancada laboratorial composta por um autotransformador variável para energização controlada, por um módulo de potência integrado, que reúne retificador trifásico passivo, barramento de corrente contínua, estágio inversor a IGBTs e circuitos de acionamento, e por um processador digital de sinais Texas Instruments F28069M, responsável pela geração dos seis sinais de comando. A tensão sintetizada pelo inversor é filtrada por um filtro passivo do tipo LCL com amortecimento RC em derivação, que alimenta uma carga resistiva conectada em estrela. As formas de onda foram adquiridas por osciloscópio e processadas pela transformada rápida de Fourier para o cálculo da distorção harmônica total. Os ensaios validaram a complementaridade dos sinais de comando, com tempo morto de aproximadamente 990 ns. O ganho estático mostrou-se linear em relação ao índice de modulação, com erro inferior a 2% na faixa avaliada (0,4 a 0,95). O filtro atenuou as componentes de comutação da tensão sintetizada pelo inversor, entregando à carga tensões trifásicas equilibradas e de comportamento senoidal, reduziu a distorção da tensão de linha de cerca de 75% antes da filtragem para a faixa de 7,5% após o filtro, com boa concordância em relação à simulação. Os resultados confirmam que a plataforma é adequada para a validação dos modelos teóricos e indicam caminhos para aplicações futuras com conversores conectados à rede elétrica.

This work presents the design and experimental validation of a two-level three-phase voltage inverter, modulated by open-loop sinusoidal pulse width modulation (SPWM) and operating at a low switching frequency. The system was implemented on a laboratory testbed composed of a variable autotransformer for controlled energization; an integrated power module, comprising a passive three-phase rectifier, a DC link, an IGBT inverter stage, and gate drive circuits; and a Texas Instruments F28069M digital signal processor, responsible for generating the six control signals. The voltage synthesized by the inverter is filtered by a passive LCL filter with shunt RC damping, which feeds a star-connected resistive load. Waveforms were acquired using an oscilloscope and processed by the Fast Fourier Transform (FFT) to calculate the total harmonic distortion (THD). The tests validated the complementarity of the control signals, with a dead time of approximately 990 ns. The static gain proved to be linear with respect to the modulation index, with an error of less than 2% across the evaluated range (0.4 to 0.95). The filter attenuated the switching components of the voltage synthesized by the inverter, delivering balanced threephase voltages with sinusoidal behavior to the load, reducing the line voltage distortion from approximately 75% before filtering to around 7.5% after the filter, showing good agreement with the simulation. The results confirm that the platform is suitable for validating theoretical models and indicate paths for future applications with grid-connected converters.