GERADOR A RELUTÂNCIA VARIÁVEL EM CONEXÃO COM A REDE ELÉTRICA MONOFÁSICA

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1 GERDOR REUTÂNI VRIÁVE EM ONEXÃO OM REDE EÉTRI MONOFÁSI *G.P.Vaate D..dade..Goes *M...Fetas E...oeho. W. F. V. Svea e V. R. eade Uvesdade Fedea de Ubeâda *Isttuto Fedea de Educação êca e Tecooga de Goás ghutep@ga.co dazo@ufu.b Resuo - Este atgo apeseta u estudo do copotaeto dâco do Geado à Reutâca Vaáve e coexão co a e-de eétca oofásca. Popõe-se ua técca paa o cotoe da tesão geada paa eguação do k. técca poposta utza u copesado PI paa vaa o âguo de agetzação das fases do geado atuado o âguo de abetua das chaves supeoes do coveso haf-bdge. estatéga é utzada e couto co ua etapa teedáa de oda ve ete as etapas de agetzação e desagetzação das fases. eção de potêca atva a ede é eazada atavés do cotoe de coete de saída de u veso PWM po eo de u copesado PI. O so co a ede é acaçado atavés de u agoto de Phase-ocked oop. No setdo de vada o sstea poposto desevoveu-se u odeo ão ea do geado o qua a dutâca é odeada atavés de sées de Foue. O sstea copeto fo suado o abete Matab/Suk. Os esutados de suação vada a poposta apesetada e dão supote à futua peetação expeeta Paavas-have - Geado à Reutâca otoe de Tesão e oexão co a Rede SWITHED REUTNE GENERTOR IN ONNETION WITH THE POWER SUPPY SINGE PHSE bstact - Ths pape pesets a study of the Swtched Reuctace Geeato dyacs whe t s coected a sge-phase powe gd. coto stategy fo cotog the geeated D votage was poposed. Ths techque utzes a PI copesato fo vayg the agetzg age of the geeato phases actg the opeg age of the haf-bdge covete uppe swtches. s a esut of ths stategy a fee whee stage s added as a teedate stage betwee the agetzato ad deagetzato phase stages. The ecto of actve powe the powe etwok s pefoed by cotog the output cuet of a PWM vete by a PI copesato. The sychozato wth the powe etwok s acheved by a agoth of Phase- ocked oop. The ode of geeato uses Foue sees to epesets the ceeta ductace what pefos a o-ea odeg of ths geeato. The copete syste s suated usg Matab/Suk. The suato esuts vadate ths poposa ad suppot the futue expeeta peetato. Keywods - Swtched Reuctace Geeato Votage oto Geeated ad Gd oecto. I. INTRODUÇÃO O Geado à Reutâca Vaáve GRV te sdo gaduaete epegado e apcações de veocdade vaáve devdo à sua tíseca vatages de estutua ígda toeâca a fahas e fác efgeação. Ete as apcações cue o foeceto de ssteas de eega aeoespaca [] ateadoes paa veícuos híbdos e as possíves apcação do GRV e ssteas de covesão de eega eóca []. Neste caso pesqusas tê sdo eazadas paa adequação do GRV a faxa de otação baxa e éda e veocdade vaáve. O obetvo do cotoe esta apcação é otza a eega captada paa poduz potêca áxa de saída []. utzação de ua fote de eega dstbuída coo a eóca e íves sgfcatvos a atz eegétca pode taze beefí à opeação do sstea eétco. Nos ssteas de potêca tadcoas a geação é baseada e gades udades geadoas cetazadas ode a eega é tasfeda po u sstea de has de tasssão até os udoes. Po outo ado as fotes dstbuídas pode se coocadas e potos estatég auetado à cofabdade e a ofeta de eega do sstea de potêca. Etetato covesoes de potêca deve se utzados paa faze o tefaceaeto ete a geação dstbuída e a ede eétca. E [] os covesoes co topooga utíve possue ao edeto quado copaado co os covesoes co topooga cássca devdo eo pedas e coutação feqüêcas de coutação supeoes e edução de tefeêcas eetoagétcas. Isso detea sua extesva utzação e ssteas de eega eóca de ata potêca. No etato coveso utíve pode ão se adequado paa GRV e sstea de geação de eega eóca. Ua vez que o aueto dos íves do veso toa o sstea de cotoe as copexo e dfíc peetação devedo ada se essatado que a ao pate das apcações de GRV é e baxa e éda potêca e a utzação de covesoes co topooga utíve pode taze custos desecessáos.

2 Do aca exposto é possíve cocu que há ua ecessdade de coveso paa utzação co GRV co u cotoe de fác peetação e étodo de baxo custo capaz de eta a ede eétca foas de oda co baxo coteúdo haôco. ss date destas foações este atgo apeseta ua poposta paa utzação do GRV e coexão co a ede eétca baseado e u veso PWM seoda. estatéga basea-se peaete o cotoe de tesão geada do GRV paa ate u k eguado atavés da vaação do âguo de agetzação off atuado apeas as chaves supeoes do coveso Haf dge H. Ua etapa de oda ve teedáa é acescetada à estatéga de cotoe paa du a quatdade de eega foecda pea fote de exctação e obte eho apovetaeto da eega ecâca. eção de potêca atva a ede é eazada atavés do cotoe de coete de saída de u veso PWM po eo de u copesado PI. O so co a ede é acaçado atavés de u agoto de P Phase-ocked oop. O odeo e a estatéga de cotoe foa vadados atavés suação coputacoa. O sstea copeto poposto este tabaho paa o GRV coectado à ede oofásca é apesetado a Fgua. Ua descção detahada de cada pate do sstea seá abodada as seções segutes. Icaete seá apesetado u odeo ão ea paa a suação dâca do GRV baseado a Sée de Foue. Q Q Q Q a Q c v a D D D R f a ω T D D D 6 k V k Q b Q d f R f Q Q Q 6 Vk Q Q Q Q Q Q6 Qa Qb Qc Qd V k * V v a ε efa v ef v a a * Q Q Q Q Q Q6 Fgua. Sstea opeto do GRV oectado à Rede Moofásca II. MODEO NÃO-INER PR NÁISE DINÂMI DO GRV odeage ateátca paa aáse dâca do GRV é descta tedo-se po efeêca ua fase da áqua de odo que a esa é descta coo λ v R dt ua veocdade tate a equação de tesão da fase é dada po d v R e dt Ode v é a tesão apcada é a coete da fase R é a esstêca da fase e ω λ é a foça cotaeetootz λ é a dutâca ceeta da fase é a posção do oto. Os efetos de satuação são deados o odeo atavés da epesetação da vaação da dutâca de fase e fução da coete e posção do oto usado ua apoxação po See de Foue [6]. epesetação do pef de dutâca paa dfeetes vaoes de coetes e posções do oto é baseada e ua apoxação utzado segetos de has etas cofoe as Fguas e. Na Fgua fo utzada esta epesetação po coveêca ateátca. ss a fução de dutâca paa o potótpo testado este tabaho fo deteada coo

3 P G Ode: N P P P π s s N P P P π é o úeo de segetos de etas é a ode haôca P é o úeo de póos do oto G π/p é o passo poa do oto é a posção do oto é a dutâca paa o éso segeto é a posção assocada a esta dutâca. U auste pooa fo utzado paa epeseta a fução. expessão paa é dada coo expessão de fuxo pode se escta a pat de coo λ P G s expessões de co-eega e cougado pode se esctas coo ' λ P G d W 6 potâca de se expessa aatcaete as eações ão eaes de fuxo coete e posção a áqua a eutâca vaáve é que atavés da dutâca ceeta pode-se expessa aatcaete a co-eega e tabé o cougado abdo caho cusve paa peetação de obsevadoes de fuxo e cougado. 7 s ' e ag P P W T Neste oeto é opotuo obseva que as expessões até 7 são e fução da posção e da coete. Paa quaque vao de coete deto da faxa opeacoa e quaque posção dada os vaoes statâeos da dutâca de fase co-eega e cougado são obtdos toado o odeo ateátco uto adequado paa cácuos dâ. b a b a a b Fgua. Repesetação apoxada do pef de dutâca usado "" segetos de has etas. Fgua. Segetos de ha de dutâca vesus posção do oto. evado-se e cota as pedas po atto vsco D e o oeto de éca J o cougado ecâco poduzdo pea áqua fo cacuado coo eag d T T J D dt ω ω 8 pat das equações apesetadas o odeo ateátco que desceve a dâca do GRV pode se apesetado a foa de atz de estados po eo de [ ] [ ][ ] [ ] Y X v 9 Ode X e Y são atzes que depede de paâetos tutvos da áqua. soução do sstea pete ass ua aáse copeta do GRV[6][8][].

4 III. ONTROE D TENSÃO GERD DO GRV Paa obte o cotoe da tesão de saída do GRV vsado ate tate a tesão do k fo desevovda ua etodooga que ste a vaação da agua do peíodo de agetzação das fases atedo o fxo e - o e eação à posção de ahaeto e ateado o vao de off atavés de u copesado PI. estatéga utza o coveso cássco haf-bdge cofoe Fgua. Ua fote de tesão extea e couto co etfcado é utzada paa excta o geado. O dfeeca da estatéga é que a atuação do cotoado paa cada cco e ua fase se faz apeas a chave supeo do coveso. chave feo é atda e codução até que os sea copetados paa pet que a etapa teedáa de oda ve ocoa ete as etapas de agetzação e desagetzação da fase. E seguda a chave feo do coveso é abeta fazedo que a eega aazeada o eoaeto da fase sea etegue à caga. Neste caso o pocesso de fucoaeto do GRV passa a se eazado e tês etapas: egão de exctação egão de oda ve teedáa e egão de oda ve de geação. Estas etapas estão e destaque a Fgua. adção da etapa teedáa de oda ve teedáa pete u eho apovetaeto da eega ecâca e utza eos a eega eétca da fote de exctação ua vez que a coete de fase esta etapa é acescda devdo apeas à atuação da foça cota-eetootz cofoe Fgua b. D S S D S S D D D 6 Fgua. Dagaa esqueátco do coveso H. vaação da agua dos pusos de gathos das chaves supeoes ocoe co a copaação do sa de saída do cotoado PI co tês apas geadas a pat da posção agua do oto e eação a cada fase e. s chaves feoes tê tevao de codução fxo e º e ão sofe atuação do cotoado. Fgua usta a estatéga utzada S D D S S 6 D D Fgua. - Estatéga paa vaação do âguo de agetzação das chaves supeoes IV. ESTRTÉGI DE OPMENTO À REDE No sstea copeto da poposta paa coexão do GRV à ede oofásca apesetado a fgua o veso ecebe tesão e coete do GRV e etega potêca atva paa a ede co coete seoda. saída de coete a é stetzada peo cotoado de coete que atua sobe o eo ete a coete a o duto de acopaeto f e a coete de efeêca efa. efeêca de coete é geada pea utpcação de * que epeseta o pco da coete a se etada e a seode utáa de so ouda do P. No k a tesão V k do capacto é atda eguada peo cotoado de tesão apesetado a secção. O pocesso de odeage do coveso coectado à ede e coete de saída cotoada basea-se o ccuto equvaete da Fgua 6. osdeado que o coveso é aetado po u oduado PWM seoda co potadoa tagua sétca ee pode se odeado coo u gaho tate sedo o ídce de oduação.ss a fução de tasfeêca é dada pea expessão [7]. îa Gv Vk G s ˆ s s O cotoado de coete do veso apesetado a Fgua 7 é coposto de u copesado PI que detea o ídce de oduação do oduado PWM seoda. efeêca da coete de saída efa possu foa de oda seoda e oga-se a pat de ua seode utáa advda do P. O vao de pco da coete de efeêca é o que detea o quato de potêca atva seá etada a ede. f f S S G v v a f Fgua - Exctação a Roda ve teedáa b Roda ve de geação c. a v a Fgua. 6. cuto equvaete do veso oofásco e coexão co a ede eétca

5 G efa H ε va ac PI PWM Ivete f a esa stuação a Fgua 9 apeseta a coete e ua das fases do geado. U zoo a coete de fase be coo os sas de gatho das chaves do coveso H são apesetados a Fgua. H ac Fgua 7. otoe da coete de saída do coveso - O so co a ede eétca é eazado co o P oofásco dgta epesetado a Fgua 8. k [V] oete Fase [] Tastóo de aga.... Tepo [s].... Tepo [s] Fgua 9- opotaeto da tesão geada supeo e coete de fase abaxo duate tastóo de caga Fgua 8. Esquea do P [7] Seu pcípo da opeação é baseado o poduto escaa ete o veto de tesão v e o veto otogoa u. Quado o P é scozado co a tesão da ede os dos vetoes são otogoas e o poduto é zeo. O copesado PI atua paa za o eo ε v x u ou sea paa cacea o poduto escaa e gea a copoete ω. tegação da feqüêca agua ω ω ω esuta o âguo. O veto u coespode à seode utáa scozada co a tesão da ede e é utzada paa gea a coete de efeêca do veso PWM. V. RESUTDOS DE SIMUÇÃO Esta seção apeseta os esutados de suação do GRV e do veso PWM. O pcpa obetvo é vefca o copotaeto dâco do GRV acopado a ede eétca oofásca. Todo o sstea apesetado a Fgua fo suado e couto ou sea O GRV foece ua tesão eguada o k e o veso PWM eta a coete stetzada a ede atavés do cotoado de coete. Neste caso os cotoadoes de tesão geada do GRV e de coete de saída do veso tabaha desacopados. Os testes de suação foa eazados co os segutes ctéos: tesão de efeeca do cotoado de tesão e V e veocdade otóca do GRV e p. O pco da coete de efeêca ca-se co e sofe u degau paa o state de dos segudos da suação. O couto fo suado duate segudos. Fgua 9 osta o copotaeto da tesão o k duate o tastóo de caga. Obseva-se que o vao de efeêca V fo devdaete atdo. Este teste deostou que o cotoe de tesão fo capaz de ate co pecsão a tesão geada e too do vao de efeêca eso duate o tastóo de caga. Paa a oete [] e Pusos de Gatho da Fase Tepo [s] Fgua - oete da Fase e Pusos Q e Q E eação à potêca foa eazadas edções a etada do oveso - ou sea o k e a saída do coveso o poto de coexão co a ede eétca. Fgua osta o copotaeto da potêca atva etada a ede be coo a potêca de etada do coveso. Paa ua efeêca de pco da coete de saída do oveso - e a potêca etegue à ede é da apoxadaete 9W. No state de dos segudos quado a efeêca uda paa a potêca etada é de 8W. Potêca [W] Regão da Roda ve Iteedáa o Q e Q off Q off Q Potêca a Saída do oveso - Potêca a Etada do oveso Tepo [s] Fgua. Potêca o k e Potêca etegue à ede duate o tastóo de caga foa da coete etada a ede e a tesão da ede eétca são ostadas a Fgua. Pecebe-se que a coete está e fase co a tesão o que dca que soete potêca atva é etada a ede. Fgua apeseta a coete de efeêca e a coete stetzada peo cotoado paa eção a ede. O so ete a

6 coete de efeêca e a tesão da ede eétca é atgdo pea atuação do agoto de P dgta descto a seção. NEXO Tesao da Rede [V] oete Ietada a Rede[] - Tesão da Rede / Tabea. Dados do Potótpo do GRV aacteístcas Vaoes Potêca de Saída KW tto Vso.6 N..s Idutâca Posção hada.78 H Idutâca Posção Desahada.6 H Moeto de Iéca.86 kg. oete de Refeêca [] oete Ietada a Rede [] Tepo [s] Fgua - Tesão da ede e oete etada a ede oete Ietada a Rede oete de Refeêca Tepo [s] Fgua - Refeêca seoda e oete etada a ede VI. ONUSÃO Ua estatéga paa coexão do Geado à Reutâca Vaáve à ede eétca fo apesetada. Fo poposta ua técca de cotoe de tesão de saída k de u GRV baseada a vaação do âguo de agetzação da fase atavés de u copesado PI. Esta técca vaa apeas o âguo de fechaeto das chaves supeoes do coveso H petdo que a covesão eetoecâca de eega cotue sedo apovetada atavés das chaves feoes que são abetas co âguo fxo. eção de potêca atva a ede fo eazada atavés do cotoe de coete de saída de u veso PWM po eo de u copesado PI. O so co a ede fo acaçado atavés de u agoto de P. Os esutados de suação foa apesetados e dscutdos GRDEIMENTOS Os autoes agadece a FPEMIG peo facaeto deste poeto. REFERÊNIS IIOGRÁFIS [] Powe D.J.; Jewe G.W.; aveey Io oss a odua oto swtched euctace ache fo the "Moe-Eectc" aeo-ege Magetcs IEEE Tasactos o Oct. vo.. [] ao Y.J.; heg K.W.E. Reseach o a ove swtched euctace geeato fo wd powe geeato IEEE PES. [] hag Y. aw.m. O the desg of powe ccut ad coto schee fo swtched euctace geeato Tasactos o Powe Eectocs vo. o. 8. [] Soze Y. ad Toey D.. osed oop oto of Exctato Paaetes fo Hgh Speed Swtched- Reuctace Geeatos IEEE Tasactos O Powe Eectocs Vo. 9 No. Mach. [] gzh Y et a. Reseach o Gd-oected Ivete of SRG Wd Powe Geeato Syste ased o SVPWM Ove-Moduato Schee IEEE. [6] Vaate G.P.et a "Estatéga paa Mehoa da Efcêca da ovesão Eetoecâca de Eega do GRV" Eetôca de Potêca v. 6 p [7] Vava M.G. et a Modeg ad oto of a Thee- Phase Isoated Gd-oected ovete fo Photovotac ppcatos Revsta otoe & utoação Vo. N.. [8] Svea. W. F. V. dade D.. Feuy. Goes.. ssoch.. de Paua H. Geeated Votage oto I Swtched Reuctace Moto/Geeato Eetôca de Potêca v.. p. - u./ago.. [9] he H. Jaso J. G Ipeetato of the Thee- Phase Swtched Reuctace Mache Syste fo Motos ad Geeatos IEEE Tasactos O Mechatocs Vo. No. Jue. [] Feuy. V. S. Sva F. S. aúo W. R. H. dade D.. Svea. W. F. V. Reduced swtch cout covete fo swtched euctace geeatos Eetôca de Potêca Vo. o. gosto 8. 6