UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 UNIERSIDADE FEDERA DE UERÂNDIA FACUDADE DE ENGENHARIA EÉTRICA PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA EÉTRICA RETIFICADOR HÍRIDO TRIFÁSICO COM FATOR DE POTÊIA UNITÁRIO, ATA DENSIDADE DE POTÊIA E AMPA FAIXA DE REGUAÇÃO DE TENSÃO NO ARRAMENTO EM CORRENTE CONTÍNUA PARA CONEXÃO EM MICRORREDES DANIO ORGES RODRIGUES AGOSTO 6

2 UNIERSIDADE FEDERA DE UERÂNDIA FACUDADE DE ENGENHARIA EÉTRICA PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA EÉTRICA RETIFICADOR HÍRIDO TRIFÁSICO COM FATOR DE POTÊIA UNITÁRIO, ATA DENSIDADE DE POTÊIA E AMPA FAIXA DE REGUAÇÃO DE TENSÃO NO ARRAMENTO EM CORRENTE CONTÍNUA PARA CONEXÃO EM MICRORREDES Danillo orges Rodrigues Tese apresenada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Elérica da Universidade Federal de Uberlândia, como requisio parcial para obenção do íulo de Douor em Ciências. anca Examinadora: uiz Carlos Gomes de Freias, Dr. UFU (Orienador) aldeir José Farias, Dr. UFU (Co-orienador) Admarço ieira da Cosa, Dr. CEFET-MG Gusavo rio de ima, Dr. UFTM Paulo Peixoo Praça, Dr. UFC uiz Carlos de Freias, Dr. UFU A olsa de Esudos para esa pesquisa foi concedida pelo CNPQ, rasil.

3 Dados Inernacionais de Caalogação na Publicação (CIP) Sisema de iblioecas da UFU, MG, rasil. R696r 6 Rodrigues, Danillo orges, 986- Reificador híbrido rifásico com faor de poência uniário, ala densidade de poência e ampla faixa de regulação de ensão no barrameno em correne conínua para conexão em microrredes / Danillo orges Rodrigues f. : il. Orienador: uiz Carlos Gomes de Freias. Coorienador: aldeir José Farias. Tese (douorado) - Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elérica. Inclui bibliografia.. Engenharia elérica - Teses.. Reificadores de correne elérica - Teses. 3. Disorção elérica - Teses. 4. Faor de poência - Teses. I. Freias, uiz Carlos Gomes de, 976- II. Farias, aldeir José, 947- III. Universidade Federal de Uberlândia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elérica. I. Tíulo. CDU: 6.3

4 Mas graças a Deus, que nos dá a viória por meio de nosso Senhor Jesus Criso Corínios 5:57

5 Aos meus pais Nivaldo e Adma, À minha esposa Jeissiele, Ao meu irmão Daniel, Às minhas avós audelina e Maria, À oda minha família por sempre acrediar em minha capacidade.

6 Agradecimenos Primeiramene agradeço a Deus por iluminar o meu caminho durane esa jornada e por esar sempre ao meu lado, me proegendo e cuidando dos meus ineresses. Aos meus pais, Nivaldo e Adma, pelos sacrifícios em favor da minha boa educação e por odos os momenos dedicados a mim, pelas palavras, pelos conselhos, pelo amor, pela honesidade, pelo afeo e pela amizade. À minha esposa Jeissiele, pelo amor, carinho e cuidado que em demonsrado a cada dia e por me fazer o homem mais feliz e realizado do mundo. Ao meu irmão Daniel, pelo apoio e amizade. Às minhas avós audelina e Maria, pelo carinho e afeo que demonsram para comigo a odo insane. Ao professor orienador e amigo uiz Carlos Gomes de Freias, que nos anos de convivência, muio me ensinou, conribuindo para meu crescimeno cienífico e inelecual. Aos meus amigos Gusavo, Admarço, Paulo, árbara, Paulo Henrique, Fabrício, Welker, eandro ilefor, Fernando, ucas, Cláudio, Carol, Anônio, Rodrigo e odos os ouros amigos de laboraório. Enfim, agradeço a odos aqueles que de forma direa ou indirea conribuíram o desenvolvimeno dese rabalho.

7 Resumo Ese rabalho apresena a análise e o desenvolvimeno experimenal de uma esruura opológica de reificador híbrido rifásico que oferece as caracerísicas operacionais de imposição de correnes de linha de enrada senoidais, de alo faor de poência, de reduzida disorção harmônica oal de correne e de fornecimeno de um barrameno CC com ensão regulada uilizando a inovadora écnica de Compensação Série de Tensão no arrameno CC ano para condições normais de suprimeno da rede elérica como para condições de afundamenos emporários de ensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para corroborar com a eoria exposa e com as análises de simulação compuacional, um proóipo de 5 kw foi consruído e ensaios experimenais realizados em laboraório permiiram demonsrar que para condições normais de suprimeno da rede CA a solução proposa assegura disorções harmônicas de correne na ordem de % e um faor de poência por fase próximo do valor uniário (,996), além de ser capaz de regular e maner a ensão no barrameno CC consane mesmo durane o ransiório provocado por um degrau de carga de ala poência. Durane a ocorrência de afundamenos de ensão, a esruura é capaz de regular a ensão do barrameno CC no valor de referência esabelecido, assegurando elevado faor de poência mesmo duranes eses disúrbios da rede CA de alimenação. Desaca-se que esas caracerísicas operacionais, além de serem alcançadas com os conversores chaveados que compõem a esruura processando apenas uma parcela da poência oal de saída, ornando o conjuno mais eficiene e robuso, fazem da esruura proposa uma excelene alernaiva para aplicações com elevados níveis de poência envolvendo a alimenação de cargas CC sensíveis aos disúrbios provocados pela rede CA e para aplicações que compreendem a compensação de oscilações de ensão devido às inermiências dos sisemas de microgeração que compõem as redes de disribuição em correne conínua das microrredes. Palavras-chave: Reificadores Híbridos, Afundamenos de Tensão; Disorção Harmônica; Faor de Poência; Oscilações de Tensão; Microrredes.

8 Absrac This work presens he analysis and he experimenal developmen of a opological srucure of hree-phase hybrid recifier, which provides operaional characerisics for imposing sinusoidal inpu line currens, wih high power facor, low curren oal harmonic disorion and providing a DC bus wih regulaed volage using he innovaive echnique of Series olage Compensaion in he DC us for boh normal condiions of mains power supply and for emporary sags for balanced and unbalanced volage ac power supply condiions. In order o corroborae he exposed heory and wih compuaional simulaion analysis, a 5 kw prooype was assembled and experimenal ess were conduced in laboraory. The resuls demonsraed ha under normal condiions of AC mains supply he proposed soluion ensures harmonic disorions abou % for he inpu AC currens and a power facor per phase approximaely uniary (.996). Moreover, he prooype can regulae and mainain he DC bus volage in a consan value even during he ransien caused by a high-power load sep. During he occurrence of volage sags, he srucure can regulae he DC bus volage in he esablished reference value, ensuring high power facor even during AC mains power supply disurbances. One can emphasize ha hese operaional characerisics, in addiion of being achieved wih he swiched converers ha comprise he srucure processing only an amoun of he oal oupu power, was observed ha he whole assembly is more efficien and robus. The proposed srucure is an excellen alernaive for supplying high power DC loads sensiive o disurbances caused by AC mains and for applicaions involving volage oscillaions compensaion due o inermiences of microgeneraion sysems ha are conneced o DC disribuion of microgrids. Keywords: Hybrid Recifiers, olage Sags, Harmonic Disorion, Power Facor, olage Oscillaions, Microgrids.

9 Sumário Capíulo Inrodução Geral Considerações Iniciais Conribuições da Tese Esruura da Tese... 3 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho Considerações Iniciais Conversores CC-CC uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene de ouros barramenos CC Conversores CA-CC uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene da rede CA de alimenação Reificadores Híbridos uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene da rede CA de alimenação Reificadores Híbridos desenvolvidos no NUPEP com poencial para aplicações em microrredes Esruura Reificadora Híbrida Proposa Considerações Finais Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Considerações Iniciais Princípio de Funcionameno Imposição de Correnes de inha de Enrada Compensação série de ensão no barrameno CC Dimensionameno dos componenes passivos e semiconduores do RHT proposo Dimensionameno do Reificador Não Conrolado Dimensionameno dos componenes passivos do R Dimensionameno dos semiconduores do R Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do R Dimensionameno do conversor Full-ridge Dimensionameno dos componenes passivos do conversor Full-ridge Dimensionameno dos semiconduores do conversor Full-ridge Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do conversor Full-ridge Dimensionameno do conversor oos Dimensionameno dos componenes passivos do conversor oos Dimensionameno dos semiconduores do conversor oos Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do conversor oos Considerações finais Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Considerações Iniciais Esraégia de Conrole Esraégia de Conrole do Conversor Full-ridge Esraégia de Conrole do Conversor oos Princípio de Funcionameno do P...

10 4.3. Projeo dos Conroladores Projeo do Conrolador de Tensão do Conversor oos Projeo do Conrolador PI da Esruura P Projeo do Conrolador de Tensão do Conversor Full-ridge Considerações finais... 4 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Considerações Iniciais Esquemáico de Simulação Resulados de Simulação do RHT sob Condições Normais de Suprimeno da Rede Elérica Resulados de Simulação do RHT sob Condições de Afundamenos de Tensão Considerações finais Capíulo 6 Resulados Experimenais Considerações Iniciais Proóipo Experimenal Implemenação do Código de Conrole Resulados Experimenais do RHT Operando sob Condições Normais de Suprimeno da Rede Elérica (Poência de 4,5 kw) Resulados Experimenais do RHT Operando Diane de Degrau de Carga Processada (,4 kw para 4,5 kw) Resulados Experimenais do RHT Operando sob Condições de Afundamenos de Tensão (Poência de,3 kw) Afundameno de Tensão do Tipo A Afundameno de Tensão do Tipo Afundameno de Tensão do Tipo C Afundameno de Tensão do Tipo D Afundameno de Tensão do Tipo E Afundameno de Tensão do Tipo F Afundameno de Tensão do Tipo G Análise de Divisão de Processameno de Poência, de Faor de Poência por Fase e de Rendimeno em Função da Poência de Saída e do ipo de Afundameno de Tensão Considerações finais Capíulo 7 Conclusões Gerais Referências ibliográficas... isa de Publicações e Projeos de Pesquisa dos Auores Associadas à Pesquisa. Arigos Compleos Publicados em Periódicos... Trabalhos Compleos Publicados em Anais de Congressos... Projeos de Pesquisa... 4 Apêndice A Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Conversor oos... 5 Apêndice Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Circuio Equivalene para a Composição enre o R e o Conversor Full-ridge... 8

11 Apêndice C Código Maemáico para Deerminação da Disorção Harmônica Toal das Correnes de inha de Enrada... Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F Apêndice E Medições de Rendimeno, Poência Aparene, Faor de Poência e Poência Aiva por Fase Durane Condições de Afundamenos de Tensão... 3

12 isa de Figuras Fig.. (a) Sisema de armazenameno e injeção de energia elérica no barrameno CC e (b) conversor CC-CC bidirecional com isolação galvânica apresenados em [5] Fig.. Esruura de associação de microrredes aravés de conversor CC-CC bidirecional proposa por [8] Fig..3 Conversor CA-CC composo pela associação em cascaa de um conversor do ipo SC e um conversor CC-CC do ipo uck [] Fig..4 Conversores CA-CC proposos por [9]: (a) Associação uckoos e (b) associação oosuck Fig..5 Conversor CA-CC composo por um reificador rifásico do ipo uck inegrado a um conversor Full-ridge ZS com isolação galvânica [3] Fig..6 Conversor mulicélulas CA-CC proposo por [3] Fig..7 Conversor CA-CC composo pela associação de dois conversores oos [3] Fig..8 Reificador híbrido rifásico composa pela associação em paralelo de um conversor oos rifásico a uma chave com um reificador rifásico PWM unidirecional [33], [34]... 4 Fig..9 Reificador híbrido rifásico proposo por [35] (a) empregando o conversor CC- CC oos e (b) empregando ransformador ou auoransformador Fig.. Reificador híbrido rifásico composa pela associação em paralelo de um conversor oos rifásico a uma chave com um reificador unidirecional do ipo delaswich [36], [37] Fig.. Reificador híbrido baseado na opologia do ipo ienna [38] Fig.. Esruura reificadora híbrida com conversor oos cascaeado apresenada em [43] Fig..3 Esruura reificadora híbrida com écnica de compensação série de ensão no barrameno CC de saída apresenada em [44] Fig..4 Esruura reificadora híbrida rifásica proposa Fig. 3. Arranjo opológico do reificador híbrido rifásico proposo.... 5

13 Fig. 3. Composição das formas de onda eóricas das correnes ia(re-), ib(re-), ic(re-), ia(re-), ia(in), ib(in) e ic(in) e das ensões de linha Fig. 3.3 Princípio de funcionameno da compensação série de ensão no barrameno CC Fig. 3.4 Arranjos opológicos (a) da composição enre o reificador não conrolado e o conversor Full-ridge e (b) do conversor oos Fig. 3.5 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de aé Fig. 3.6 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de aé Fig. 3.7 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 4 aé Fig. 3.8 isualização dos inervalos de empo de operação do reificador não conrolado aravés da forma de onda eórica da correne inc() Fig. 3.9 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 5 aé Fig. 3. Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 7 aé Fig. 3. Dinâmica eórica dos pulsos de chaveameno dos inerrupores SF, SF, S3F e S4F Fig. 3. Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para a condição de operação Fig. 3.3 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para as condições e 4 de operação Fig. 3.4 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para a condição 3 de operação Fig. 3.5 Arranjo opológico do conversor oos para a condição de operação Fig. 3.6 Arranjo opológico do conversor oos para a condição de operação Fig. 3.7 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 3 de operação Fig. 3.8 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 4 de operação Fig. 3.9 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 5 de operação Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 6 de operação Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 7 de operação Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 8 de operação

14 Fig. 3.3 Circuio simplificado do conversor oos Fig. 3.4 Comporameno das derivadas da correne ia(re-) para cada condição de operação do conversor oos em função da variação de Fig. 3.5 Comporameno das razões cíclicas em função da variação de Fig. 3.6 Possibilidades de pulsos de comando dos inerrupores S, S e S3 para igual a Fig. 3.7 Comporameno das derivadas da ensão vcb para cada condição de operação em função da variação de Fig. 4. Diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor Full-ridge Fig. 4. Sinais de gailho dos inerrupores SF, SF, S3F e S4F do conversor Full- ridge Fig. 4.3 Diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor oos Fig. 4.4 Diagrama esquemáico do P implemenado para a fase A [44].... Fig. 4.5 Relação enre o nível CC da onda dene-de-serra e a fase da senóide de saída do P.... Fig. 4.6 Represenação dos sinais inernos gerados na implemenação do P.... Fig. 4.7 Represenação das malhas inerna e exerna de conrole de conversores CA- CC Fig. 4.8 Diagrama de blocos do sisema equivalene do conversor oos: (a) em malha fechada e (b) em malha abera Fig. 4.9 Execução da solução do modelo maemáico do conversor oos para o degrau nas ampliudes das referências de correne... 6 Fig. 4. Formas de onda (a) das resposas das correnes drenadas por Re- e (b) da resposa de o(oos) ao degrau de ampliude das referências de correne Fig. 4. Sisema do conversor oos em malha fechada sem compensação: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau Fig. 4. Tempo de queda da ensão o(oos) durane a ocorrência de um afundameno de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação... 7 Fig. 4.3 Sisema do conversor oos em malha fechada compensado: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau Fig. 4.4 Diagrama esquemáico para ese da velocidade de resposa da esruura P....

15 Fig. 4.5 Resposa da esruura P diane da variação da consane de empo do conrolador PI.... Fig. 4.6 Diagrama de blocos do sisema do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge: (a) em malha fechada e (b) em malha abera Fig. 4.7 Circuio equivalene para a composição enre o reificador não conrolado e o conversor Full-ridge (a) considerando a ensão Cnc como enrada do sisema e (b) a ensão Cfb como enrada do sisema Fig. 4.8 ógica para a chamada das marizes de sisema e de enrada no algorimo de solução do modelo maemáico do conversor Full-ridge Fig. 4.9 Resposas ransiórias das ensões no barrameno CC e na saída do conversor Full-ridge durane um degrau de razão cíclica Fig. 4. Formas de onda (a) do degrau de razão cíclica e (b) da resposa da ensão no barrameno CC ao degrau de razão cíclica Fig. 4. Sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada sem compensação: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau Fig. 4. Tempo de queda da ensão o durane a ocorrência de uma redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação Fig. 4.3 Sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada compensado: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau Fig. 5. Diagrama esquemáico de simulação do circuio de poência do RHT no sofware PSim Fig. 5. Diagrama esquemáico de simulação no sofware PSim do circuio de conrole do (a) conversor oos; do (b) conversor Full-ridge; e dos (c) Ps Fig. 5.3 Forma dealhada do circuio de conrole do conversor Full-ridge desenvolvido para simulação Fig. 5.4 ógica de variação dos sinais de gailho dos inerrupores SF, SF, S3F e S4F do conversor Full-ridge uilizados na simulação compuacional Fig. 5.5 Fase A: Correnes ia(in), ia(re-) e ia(re-) Fig. 5.6 Fase : Correnes ib(in), ib(re-) e ib(re-) Fig. 5.7 Fase C: Correnes ic(in), ic(re-) e ic(re-)

16 Fig. 5.8 Correnes de linha de alimenação das fases A, e C e demonsração das correnes de linha em fase com as ensões F-N Fig. 5.9 Especros harmônicos das correnes (a) ia(in); (b) ib(in); e (c) ic(in), deerminados pelo sofware Malab Fig. 5. Tensão no barrameno CC (o), ensão de saída do conversor oos (o(oos)), ensão de saída de Re- (Cnc), e ensão de saída de Re- (Cfb) Fig. 5. (a) Poências aivas de saída processadas pelo reificador híbrido rifásico (Po), por Re- (Po(Re-)) e por Re- (Po(Re-)); e (b) percenual de divisão de processameno de poência enre Re- (Po(Re-)%) e Re- (Po(Re-)%)... 5 Fig. 5. Resposa dinâmica durane um degrau de carga de,5 kw para 5 kw: (a) correnes de linha de enrada, ensões e poências de saída do RHT, Re- e Re-; e (b) correnes ia(in), ia(re-) e ia(re-) Fig. 5.3 Afundameno do Tipo A: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.4 Afundameno do Tipo : Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.5 Afundameno do Tipo C: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.6 Afundameno do Tipo D: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.7 Afundameno do Tipo E: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.8 Afundameno do Tipo F: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%) Fig. 5.9 Afundameno do Tipo G: Tensões de fase; correnes ia(in), ib(in) e ic(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (Po(Re-)%) e de Re- (Po(Re-)%)

17 Fig. 6. Arranjo opológico do circuio de poência do RHT Fig. 6. Proóipo do reificador híbrido rifásico desenvolvido em laboraório Fig. 6.3 Aribuições dos pinos de GPIO configurados no algorimo de conrole embarcado no DSP Fig. 6.4 Tempo gaso pelo DSP para geração das amosras e para execução do código da esraégia de conrole do RHT Fig. 6.5 Correnes de linha de enrada drenadas pelo RHT, por Re- e por Re- para (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. 6.6 Correnes de linha de alimenação das fases A, e C Fig. 6.7 Disorção harmônica oal e comparação, em relação à normal IEC 6-3-, das ampliudes harmônicas das correnes (a) ia(in), (b) ib(in) e (c) ic(in) Fig. 6.8 Correnes de linha em fase com as ensões F-N para (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. 6.9 Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. 6. Disoração harmônica oal média e faor de poência médio em função da poência aiva média oal processada Fig. 6. Tensão no barrameno CC (o), ensão de saída do conversor oos (o(oos)), ensão de saída de Re- (Cnc), e ensão de saída de Re- (Cfb) Fig. 6. Poências aivas de saída processadas pelo reificador híbrido rifásico (Po), por Re- (Po(Re-)) e por Re- (Po(Re-)) e percenal de processameno de poência (Po(Re- )% e Po(Re-)%) Fig. 6.3 Resposas dinâmicas das correnes de linha de enrada durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw Fig. 6.4 Resposas dinâmicas das correnes de linha de enrada drenadas pela fase A do RHT, de Re- e de Re- durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw Fig. 6.5 Resposas dinâmicas da ensão no barameno CC e das ensões nos capaciores de saída de Re-, de Re- e do conversor oos durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw Fig. 6.6 Afundameno de ensão do ipo A: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.7 Afundameno de ensão do ipo A: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 8

18 Fig. 6.8 Afundameno de ensão do ipo A: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.9 Afundameno de ensão do ipo A: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 8 Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 8 Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo : Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo C: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.5 Afundameno de ensão do ipo C: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.6 Afundameno de ensão do ipo C: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.7 Afundameno de ensão do ipo C: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig. 6.8 Afundameno de ensão do ipo D: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.9 Afundameno de ensão do ipo D: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo D: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo D: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo E: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig Afundameno de ensão do ipo E: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig Afundameno de ensão do ipo E: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório

19 Fig Afundameno de ensão do ipo E: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig Afundameno de ensão do ipo F: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 9 Fig Afundameno de ensão do ipo F: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 9 Fig Afundameno de ensão do ipo F: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig Afundameno de ensão do ipo F: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Tensões F-N van, vbn e vcn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 9 Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Correnes ia(in), ib(in) e ic(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório... 9 Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório Fig Afundameno de ensão do ipo G: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Fig Divisão de processameno de poência enre Re- e Re- em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão Fig Faor de poência por fase em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão Fig Rendimeno do RHT para a condição de carga de 4,5 kw Fig Rendimeno do RHT em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão Fig. E Rendimeno para a condição de afundameno de ensão: (a) Tipo A, (b) Tipo, (c) Tipo C, (d) Tipo D, (e) Tipo E, (f) Tipo F, (g) Tipo G Fig. E Afundameno de ensão do ipo A: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. E3 Afundameno de ensão do ipo : Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. E4 Afundameno de ensão do ipo C: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C

20 Fig. E5 Afundameno de ensão do ipo D: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. E6 Afundameno de ensão do ipo E: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. E7 Afundameno de ensão do ipo F: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C Fig. E8 Afundameno de ensão do ipo G: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C

21 isa de Tabelas Tab. 3. Especificação de projeo do R Tab. 3. Insanes obidos para a solução do equacionameno do R Tab. 3.3 Resumo do projeo do R Tab. 3.4 Possíveis condições dos inerrupores do conversor Full-ridge Tab. 3.5 Especificação de projeo do conversor Full-ridge Tab. 3.6 Resumo do projeo do conversor Full-ridge Tab. 3.7 Possíveis condições dos inerrupores do conversor oos Tab. 3.8 Especificação de projeo do conversor oos Tab. 3.9 Resumo do projeo do conversor oos Tab. 5. Represenação maemáica dos afundamenos de ensão que não implicam em deslocameno de fase nas ensões fase-neuro Tab. 5. Represenação maemáica para os afundamenos de ensão que implicam em deslocameno de fase nas ensões fase-neuro Tab. 6. Resumo dos parâmeros do proóipo do reificador híbrido rifásico implemenado Tab. 6. Especificações do DSP TMS3F8335 da TEXAS INSTRUMENTS Tab. 6.3 Especificações do módulo para aquisição e condicionameno de sinais de correne e de ensão Tab. 6.4 Especificações do módulo de conversão dos sinais de saída do DSP da faixa de a 3,3 para a faixa de a Tab. 6.5 Especificações do Gae-Driver DROS5A da SUPPIER Tab. 6.6 Especificações do CP SYSMAC CPE da OMRON Tab. 6.7 Especificações da Fone rifásica programável FCATHQ 45-- da SUPPIER... 66

22 Simbologia a - Frequência do polo da função de ransferência de primeira ordem A - Mariz de sisema ADC - Analogic-Digial Converer - Mariz de enrada C - Mariz de saída CA - Correne alernada C CC CF C Cv() - Capacior de saída do conversor oos - Correne conínua - Capacior de saída do conversor Full-ridge - Capacior de saída do reificador não conrolado de seis pulsos - Função de ransferência do conrolador de ensão do conversor oos Cv(F) - Função de ransferência do conrolador de ensão do conversor Full-ridge Cp - Capacior série com o primário do ransformador do conversor Full-ridge CSTCC - Compensação série de ensão no barrameno CC d - Razão cíclica de operação do conversor Full-ridge d d - Razão cíclica de rabalho do inerrupor S - Razão cíclica de rabalho do inerrupor S d3 - Razão cíclica de rabalho do inerrupor S3 D,...,6 - Diodos da pone reificador do reificador não conrolado de seis pulsos D7,8 - Diodos do conversor Full-ridge DHT - Disorção Harmônica Toal DRD DSP - Diodo de roda livre do conversor Full-ridge - Digial Signal Processor ia(re-) - Ondulação de correne no induor ifb dmax - Ondulação de correne no induor F - Razão cíclica máxima de operação do conversor Full-ridge ΔQCb - ariação de carga no capacior C ΔQCfb - ariação de carga no capacior CF ΔQCnc - ariação de carga no capacior C ΔAmp - alor final das ampliudes das correnes do conversor oos após o degrau

23 ΔD Δ ΔTs - alor final da razão cíclica do conversor Full-ridge após o degrau - Inervalo de empo - Tempo de acomodação ΔCb - Ondulação da ensão no capacior C ΔCfb - Ondulação da ensão no capacior CF ΔCnc - Ondulação da ensão no capacior C Δo(rp) - alor em regime permanene da ensão o Δo(oos)(rp) - alor em regime permanene da ensão o(oos) Δθ - Tempo moro ou araso de ranspore E - Mariz de ação avane ev() - Diferença enre a referência de ensão o(oos) * e a ensão o(oos) ev(f) - Diferença enre a referência de ensão o * e a ensão o F-N - Fase-neuro f - Frequência da rede (6 Hz) fch fr Gpi GR-F(eq) - Frequência de chaveameno - Frequência de ressonância - Função de ransferência do conrolador PI do P - Função de ransferência do sisema do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge operando em malha abera Gvi(eq) - Função de ransferência do sisema do conversor oos operando em malha abera ia(re-) - Correne drenada pela fase A de Re- ia(re-) - Correne drenada pela fase A de Re- ia(re-)(pico) ia(in) - alor de pico da correne drenada pela fase A de Re- - Correne de linha de enrada da fase A ib(re-) - Correne drenada pela fase de Re- ib(re-) - Correne drenada pela fase de Re- ib(in) - Correne de linha de enrada da fase ic(re-) - Correne drenada pela fase C de Re- ic(re-) - Correne drenada pela fase C de Re- ic(in) icfb IDfb(médio) - Correne de linha de enrada da fase C - Correne no capacior CF - alor médio das correnes nos diodos do conversor Full-ridge IDfb(pico) - alor de pico das correnes nos diodos do conversor Full-ridge

24 IDnc(médio) IDnc(pico) - alor médio das correnes nos diodos da pone reificadora do R - alor de pico das correnes nos diodos da pone reificadora do R IEC - Inernaional Elecroechnical Commission ifb - Correne no induor F ifb(médio) Io Ip iref-a iref- iref-c IRMS - Correne média no induor F - Correne de carga - alor de pico das correnes de enrada - Referência senoidal de correne da fase A - Referência senoidal de correne da fase - Referência senoidal de correne da fase C - alor eficaz das correnes de enrada isen-a * - Referência senoidal gerada pelo P da fase A isen- * - Referência senoidal gerada pelo P da fase isen-c * - Referência senoidal gerada pelo P da fase C ISb(médio) - alor médio das correnes nos inerrupores do conversor oos ISb(pico) - alor de pico das correnes nos inerrupores do conversor oos ISfb(médio) - alor médio das correnes nos inerrupores do conversor Full-ridge ISfb(pico) - alor de pico das correnes nos inerrupores do conversor Full-ridge K - Ganho da função de ransferência de primeira ordem uv() uv(f) uv(sa) F Fp N N N3 Pin P Po - Saída do conrolador de ensão do conversor oos - Saída do conrolador de ensão do conversor Full-ridge - Saída saurada do conrolador de ensão do conversor Full-ridge - Induor de enrada do conversor oos - Induor do conversor Full-ridge - Induor do conversor Full-ridge refleido para o primário do ransformador - Induor de enrada do R - Número de espiras do primário do ransformador do conversor Full-ridge - Número de espiras do secundário do ransformador do conversor Full-ridge - Número de espiras do erciário do ransformador do conversor Full-ridge - Poência aiva de enrada - Phase ocked oop - Poência aiva oal de saída Po(Re-) - Poência aiva processada pela esruura Re- Po(Re-) - Poência aiva processada pela esruura Re-

25 PWM - Pulse Widh Modulaion RF Ro - Resisência de carga equivalene à operação do conversor Full-ridge - Resisência de carga Re- - Esruura reificadora do RHT Re- - Esruura reificadora do RHT RHT - Reificador híbrido rifásico R - Reificador não conrolador S Inerrupores do conversor oos SF...4F Sin T...8 Tch - Inerrupores do conversor Full-ridge - Poência aparene de enrada - Período para a frequência da rede - Insanes de empo uilizados no princípio de operação do R - Período de chaveameno pico u vab vac van vba vbc vbn vca vcb CC vcfb vcn - Insane de ocorrência do valor de pico da correne ia(re-) - eor de enrada - Tensão enre as fases A e - Tensão enre as fases A e C - Tensão enre a fase A e o neuro - Tensão enre as fases e A - Tensão enre as fases e C - Tensão enre a fase e o neuro - Tensão enre as fases C e A - Tensão enre as fases C e - Nível CC de ensão somada à onda dene de serra para uilização no P - Tensão no capacior de saída CF - Tensão enre a fase C e o neuro vcnc vcoss vcp Dfb(pico) Dnc(pico) - Tensão no capacior de saída C - Sinal em quadraura com a referência senoidal gerada pelo P - Tensão no capacior série Cp do conversor Full-ridge - alor de pico das ensões nos diodos do conversor Full-ridge - alor de pico das ensões nos diodos da pone reificadora do R vdscc - Soma de CC e vds para uilização na implemenação do P vds DS * - Forma de onda dene-de-serra na frequência de 6 Hz usada pelo P - Forma de onda dene-de-serra usada no conrole do conversor Full-ridge

26 GS - Sinal de gailho enviado para a chave S GS - Sinal de gailho enviado para a chave S GS3 - Sinal de gailho enviado para a chave S3 GS4 - Sinal de gailho enviado para a chave S4 GS5 - Sinal de gailho enviado para a chave S5 GS6 - Sinal de gailho enviado para a chave S6 GSF - Sinal de gailho enviado para a chave SF GSF - Sinal de gailho enviado para a chave SF GS3F - Sinal de gailho enviado para a chave S3F GS4F - Sinal de gailho enviado para a chave S4F vb vmul - Queda de ensão no induor - Sinal resulane da muliplicação de um ensão de fase com o sinal vcoss vmul(med) o o * - alor médio do sinal vmul - Tensão no barrameno CC - Referência de ensão para conrole da ensão no barrameno CC o(oos) - Tensão no capacior de saída C o(oos) * p RMS Sb(pico) Sfb(pico) - Referência de ensão para conrole da ensão o(oos) - alor de pico das ensões rifásicas de fase de alimenação - alor eficaz das ensões rifásicas de alimenação - alor de pico das ensões nos inerrupores do conversor oos - alor de pico das ensões nos inerrupores do conversor Full-ridge x - eor de esados ẋ - Derivada do veor de esados y - eor resposa ZOH - Zero-Order Hold ω - Frequência angular

27 Capíulo Inrodução Geral.. Considerações Iniciais É de enendimeno que a disribuição de energia elérica realizada em correne conínua (CC) em crescido de forma considerável nos úlimos anos para aender aos novos consumidores e equipamenos que rabalham direamene com alimenação CC, dando espaço para a expansão da forma descenralizada de geração de energia elérica aravés da uilização de recursos renováveis próximos aos cenros de consumo []-[5]. Enre os faores que moivaram o crescimeno da disribuição de energia elérica em CC, podem-se desacar []-[]: A preocupação com os impacos ambienais causados pela emissão de gases que surgem devido às aividades relacionadas à produção, disribuição e consumo de combusíveis fósseis e que amplificam o efeio esufa; A carência dos recursos energéicos aliada à sobrecarga dos sisemas de ransmissão e ao aumeno da demanda de energia elérica, principalmene em regiões de difícil acesso à rede de alimenação em correne alernada (CA); A ausência de poência reaiva, a qual em sisemas CA é responsável pelo aumeno da magniude de correnes drenadas, e o consequene aumeno das perdas; A possibilidade da eliminação de eságios de conversão de energia CA para CC, uma vez que diversos aparelhos e equipamenos operam direamene com alimenação CC; A necessidade de uma maior confiabilidade, segurança e qualidade no fornecimeno de energia para cargas que são sensíveis às perurbações e inerrupções as quais a disribuição de energia elérica em CA esá sujeia; A viabilidade da uilização de fones alernaivas que geram energia direamene em CC, faciliando a conexão desas ao barrameno de disribuição em correne conínua; 5

28 Capíulo Inrodução Geral A possibilidade do armazenameno do excesso de energia gerada pelas fones alernaivas de energia e a oporunidade da injeção desse excedene de energia elérica na rede CA de alimenação. Eses faores e vanagens que moivam o consane crescimeno da disribuição de energia elérica em CC favorecem ambém para o surgimeno e a ampliação das microrredes, que por sua vez compreendem as redes de geração de energia disribuída em baixa ensão, normalmene insaladas próximas aos cenros consumidores, que são composas por unidades de microgeração uilizando em sua maioria fones renováveis de energia como microurbinas eólicas, painéis foovolaicos e células a combusíveis, em conjuno com unidades de armazenameno de energia como bancos de baerias e supercapaciores. [], [3]-[5], []-[]. Em conjuno com as diversas fones provenienes da microgeração, é comum a uilização de conversores elerônicos de poência responsáveis por promover adequações nas ensões geradas pelas fones renováveis de energia [4], [6], [7]. Conversores CA-CC são comumene uilizados para fazer inerface enre a rede CA de alimenação e o barrameno CC onde esão conecadas as cargas e fones renováveis de energia que compõem a microrrede, sendo uilizados para a injeção de poência no barrameno CC a parir da rede CA em condições onde a energia gerada pelos cenros de microgeração não é suficiene para suprir as cargas da microrrede. Os conversores CA-CC ambém são uilizados para converer a ensão CA gerada pelas microurbinas eólicas (que por sua vez apresena variações de frequência devido às inermiências do veno) em uma ensão CC regulada e compaível com o barrameno CC da microrrede. Em condição de excedene de energia no barrameno CC, parcela dessa energia pode ser injeada na rede CA de alimenação por meio de conversores CC-CA [], [], [7], [], [3], ou confinada em sisemas de armazenameno de energia aravés da uilização de conversores CC-CC, que por sua vez servem ambém para converer a ensão do barrameno CC em diferenes níveis de ensão uilizados pelas disinas cargas presenes na microrrede e para a exração da máxima poência gerada pelos painéis foovolaicos. É imporane desacar que quando há a inerface de conexão enre a rede CA fornecida pela concessionária de energia elérica e a microrrede, perurbações da rede CA de alimenação como afundamenos emporários de ensão e inerrupções de suprimeno da energia elérica podem afear o sisema de disribuição CC presene na microrrede, o que pode provocar a circulação de correnes de ala magniude ao longo dos alimenadores que ligam o serviço público de disribuição CA à microrrede [4]. No caso da ocorrência 6

29 Capíulo Inrodução Geral de ais disúrbios, as microrredes apresenam a caracerísica de poder rabalhar de forma auônoma e isolada da rede CA de alimenação, de maneira que, durane a ocorrência dos disúrbios supraciados, o sisema de microgeração e os recursos de energia disribuída devem ser capazes de suprir a energia requerida pelas cargas conecadas à microrrede, mesmo que o remanejameno de cargas enre barramenos CC seja necessário [], [3], [4], [5], [6], [], [], [5], [6]. Além das vanagens que moivam a uilização da disribuição de energia elérica em CC apresenadas aneriormene, algumas ouras vanagens envolvendo a implemenação de microrredes se ressalam, como: A facilidade na insalação de novos sisemas de microgerações próximos aos cenros de consumo (modelo plug-and-play), promovendo uma uilização mais eficaz da energia gerada [3], [8], []; Um maior rendimeno do sisema de disribuição de energia elérica em CC devido à eliminação de vários eságios de conversão CA-CC que seriam necessários quando da uilização da disribuição de energia elérica em CA para alimenação de cargas CC [7], [], [], [3] []; e devido à redução do número de conduores para disribuição da energia em CC, que vai de cinco conduores necessários em uma disribuição de energia elérica em CA (rês fase, neuro e aerrameno) para apenas rês conduores (polo posiivo, polo negaivo e aerrameno) []; A possibilidade do fornecimeno de vários níveis de ensão a parir de conversões CC-CC para a alimenação de cargas para as mais diversas aplicações, onde os níveis de ensão podem apresenar desde 48 para aplicações na área de elecomunicações aé 4 para aplicações envolvendo a alimenação de disposiivos de acionameno com velocidade variável (As), ais quais os inversores de frequência uilizados no acionameno de moores de indução rifásicos [3], [7]. Insiuos de pesquisa como o ETSI (European Telecommunicaions Sandards Insiue) e o EPRI (Elecric Power Research Insiue) e comissões inernacionais como a IEC (Inernacional Elecroechnical Commission), aliados a esudos envolvendo o aumeno da eficiência em microrredes [3], buscam padronizar a ensão no barrameno CC principal de microrredes em 4 [6]; 7

30 Capíulo Inrodução Geral Os conversores CA-CC isolam as microurbinas eólicas do sisema de disribuição em CC, eliminando assim a necessidade de regulação de frequência e conrole de sincronismo que são imposos quando da conexão de vários geradores em um sisema de disribuição de energia em CA [6], [7]. Apesar do crescimeno da disribuição de energia elérica em CC e do progresso das microrredes, alguns problemas relacionados à uilização de sisemas de microgeração afeam a qualidade da energia que é disribuída ao longo da microrrede. A conexão excessiva de microfones em sisemas com poucas cargas, as inermiências das fones renováveis de energia devido às condições da naureza (sombreameno de painéis foovolaicos e oscilações na velocidade do veno que incide sobre as hélices das microurbinas eólicas), a conexão e desconexão de cargas de ala poência e curoscircuios podem acarrear em oscilações de ensão no barrameno principal de disribuição CC da microrrede, afeando cargas sensíveis que precisam operar com ensão de alimenação exremamene regulada [3]-[5], [8], [], [4], [5]. Enre esses ipos de cargas sensíveis, pode-se desacar os As, que são equipameno elerônicos que apresenam elevada sensibilidade a afundamenos de ensão e a sobreensões que podem levá-los a condições inadequadas de operação e a subsequenes inerrupções pela auação de seus sisemas de proeção, resulando em paradas de processos de produção e, consequenemene, perdas financeiras. Ouros exemplos de cargas sensíveis às oscilações de ensão no barrameno CC são os grandes cenros de dados e os sisemas de elecomunicações, pois são sisemas responsáveis pelo armazenameno e ransferência de grandes quanidades de informações digiais que podem se perder diane de quedas de ensão e/ou inerrupções de fornecimeno da energia elérica [7]. À luz dos problemas supraciados, orna-se necessária a uilização de conversores CA-CC ou conversores CC-CC para a regulação da ensão no barrameno CC responsável pela disribuição de energia elérica para cargas CC sensíveis a perurbações indesejadas na microrrede. Os conversores CC-CC podem ser uilizados para conrolar as oscilações de ensão no barrameno CC a parir da energia proveniene dos sisemas de armazenameno de energia composos por banco de baerias e supercapaciores [5] ou a parir da energia gerada e disribuída em ouros barramenos CC presenes na própria microrrede [8]. 8

31 Capíulo Inrodução Geral Pesquisas em orno de conversores CA-CC e esruuras reificadoras híbridas (inegração enre reificadores passivos e conversores chaveados) êm desperado o ineresse por pare da comunidade cienífica mundial no senido de promover a regulação da ensão no barrameno CC de microrredes em condições das oscilações de ensão provocadas pelos problemas aneriormene mencionados. É imporane salienar que a ideia de promover a suporabilidade da ensão no barrameno CC a parir da rede CA de fornecimeno público de energia elérica somene é possível se eses conversores CA-CC e esruuras reificadoras híbridas forem capazes de drenar correnes com baixo coneúdo harmônico e de apresenar suporabilidade a disúrbios da rede CA como afundamenos emporários de ensão, para que além dos problemas enconrados na microrrede, o problemas da rede CA de alimenação não influenciem ou prejudiquem ainda mais a qualidade da ensão no barrameno CC... Conribuições da Tese No cenário dos problemas relacionados às oscilações de ensão indesejadas no barrameno CC que uma microrrede esá sujeia devido às inermiências das fones alernaivas de energia, à conexão excessiva de microgeradores, à conexão e remoção de cargas CC de grande poência e aos curos-circuios, que a presene ese busca conemplar uma área de pesquisa volada para a melhoria da confiabilidade da disribuição CC de energia e para a regulação da ensão no barrameno CC de microrredes a parir da energia fornecida pela rede CA de alimenação. Nese conexo, a pesquisa proposa apresena as seguines conribuições: Apresenação de uma nova esruura de reificador híbrido rifásico capaz de miigar o coneúdo harmônico das correnes de linha CA de enrada e regular a ensão no barrameno CC (que pode ser disponibilizado para a disribuição de energia elérica em microrredes) mesmo diane de afundamenos emporários de ensão que ocorrem nas ensões rifásicas da rede CA de alimenação e de oscilações de ensão provocadas pelas insabilidades das fones alernaivas de energia. Esas caracerísicas são alcançadas aravés da operação conjuna de grupos reificadores: a esruura Re-, composa por um reificador rifásico não conrolado de seis pulsos responsável por processar a maior parcela de poência enregue à carga viso ao seu alo rendimeno, e a esruura Re-, composa por um 9

32 Capíulo Inrodução Geral conversor CA-CC rifásico elevador de ensão ligado em paralelo com a rede elérica CA de modo a promover a imposição de correnes de linha de enrada senoidais, e cascaeado a um conversor CC-CC isolado abaixador de ensão cuja saída é ligada em série com a saída de Re-, de forma a promover uma compensação série de ensão no barrameno CC, garanindo uma ampla faixa de regulação de ensão; Implemenação digial de uma esraégia de conrole uilizando DSP capaz de impor correnes de linha de enrada senoidais com elevado faor de poência e reduzida disorção harmônica e, ao mesmo empo, promover suporabilidade frene a afundamenos emporários de ensão equilibrados e desequilibrados aravés da regulação da ensão no barrameno CC. Foi desenvolvido uma esraégia de imposição de correnes de linha de enrada senoidais baseada em hiserese, além da uilização de um P (Phase ock oop) para a geração de referência de correne em fase com as ensões rifásicas CA de alimenação. Apresenação de um equacionameno maemáico dealhado uilizando a modelagem no domínio do empo para o dimensionameno das esruuras Re- e Re-, desacando em especial a esruura Re- cujo equacionameno é pouco difundido na lieraura écnica, e demonsração de um méodo de projeo de conroladores de ensão baseado na solução numérica uilizando inegração rapezoidal para a deerminação do comporameno das variáveis de esado conroladas das esruuras reificadoras diane de degraus em suas variáveis manipuladas; Realização de uma análise de simulação compuacional uilizando o sofware PSim para validar ano os projeos dos conroladores de ensão quano a esraégia de conrole digial implemenada para esabelecer a imposição de correnes de linha de enrada senoidais e a regulação da ensão no barrameno CC a parir da esruura reificadora híbrida proposa nesa ese. Demonsração dos principais resulados experimenais da esruura reificadora híbrida proposa envolvendo a miigação do coneúdo harmônico de correne a parir da imposição de correnes de linha de 3

33 Capíulo Inrodução Geral enrada senoidais e regulação da ensão no barrameno CC diane da ocorrência de afundamenos de ensão..3. Esruura da Tese Esa ese esá dividida em see capíulos, incluindo ese inroduório, que apresena um resumo sobre os principais objeivos e conribuições do presene rabalho, além de cinco apêndices. No Capíulo é apresenado o esado da are sobre o ema, onde é realizada uma revisão bibliográfica de alguns dos principais rabalhos que apresenam poencial para a aplicação em microrredes, culminando com a apresenação da solução proposa. Uma sínese de esudos envolvendo ano conversores CC-CC que regulam a ensão no barrameno CC a parir de ouras fones CC de alimenação como conversores CA-CC e esruura reificadoras híbridas que regulam a ensão no barrameno CC a parir da energia elérica proveniene da rede CA de alimenação, é apresenada nese capíulo, onde é esabelecida uma relação de suas poencialidades e funções com aplicações voladas para microrredes. No Capíulo 3 é apresenada a esruura opológica de reificador híbrido em foco, desacando as caracerísicas operacionais para imposição de correnes de linha de enrada senoidais e regulação de ensão no barrameno CC uilizando a compensação série de ensão. Nese capíulo é realizada ambém uma análise maemáica no domínio do empo para o dimensionameno dos elemenos passivos (induores e capaciores) que compõe o circuio de poência, demonsrando ambém as especificações de correne e de ensão para o dimensionameno dos disposiivos semiconduores. No Capíulo 4 são apresenadas as esraégias de conrole adoadas, além do princípio de operação do P para geração de referências de correne senoidais aracadas com as ensões rifásicas de alimenação. Também são apresenados nese capíulo a modelagem maemáica no espaço de esados e o méodo de inegração numérica para solução de variáveis de esado uilizados no projeo dos conroladores de ensão responsáveis pelo conrole da esruura Re-. O Capíulo 5 apresena os principais resulados de simulações compuacionais obidos uilizando a plaaforma PSim a fim de validar o desempenho da esruura reificadora híbrida proposa em ermos de imposição de correnes de linha de enrada senoidais e regulação de ensão no barrameno CC, ano em condição normal de 3

34 Capíulo Inrodução Geral suprimeno da rede CA de alimenação como em condição de afundamenos emporários nas ensões rifásicas de alimenação. Além disso, é realizada uma avaliação sobre a disorção harmônica das correnes drenadas da rede CA em comparação com a norma IEC 6-3- e sobre a divisão de processameno de poência aiva enre os grupos reificadores Re- e Re-. No Capíulo 6 são desacados os principais resulados experimenais obidos com a consrução de um proóipo de laboraório do reificador híbrido proposo, o que permie validar a análise eórica e compuacional realizada, evidenciando, desa forma, a eficácia da solução proposa quano à miigação do coneúdo harmônico das correnes de linha de enrada, à correção de faor de poência, à divisão do processameno de poência enre as unidades reificadoras que compõem o conversor principal e à regulação de ensão no barrameno CC, ano em condição normal de suprimeno da rede CA de alimenação como em condição de afundamenos emporários de ensão. Concluindo esa ese de douorado, no Capíulo 7 é apresenada uma sínese dos principais resulados alcançados, evidenciando as principais quesões areladas à operação e conrole do reificador híbrido desenvolvido, bem como algumas sugesões para rabalhos fuuros. Nos apêndices A e são apresenados os códigos maemáicos desenvolvidos na plaaforma Malab para a solução das variáveis de esado dos conversores que englobam a esruura Re-. Tais soluções são uilizadas no levanameno das funções de ransferências das esruuras que compõem o reificador híbrido proposo e no projeo dos conroladores de ensão uilizados na esraégia de conrole. O apêndice C apresena um código maemáico desenvolvido na plaaforma Malab para deerminação da disorção harmônica oal (DHT) das correnes obidas nos resulados de simulação compuacional e nos resulados experimenais para fins de comparação com a norma IEC O apêndice D desaca o código de conrole embarcado no DSP conendo a implemenação digial da esraégia de conrole desenvolvida. Por fim, o apêndice E ilusra os resulados experimenais de rendimeno, poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase durane condições de afundamenos de ensão, uilizados em discussões apresenadas no capíulo 6. 3

35 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho.. Considerações Iniciais O objeivo dese rabalho é o esudo e a implemenação de uma solução para promover a regulação da ensão em barramenos CC uilizados para a alimenação de cargas sensíveis a oscilações, afundamenos e inerrupções de ensão e/ou em barramenos CC uilizados para a disribuição de energia elérica em correne conínua que compõem as microrredes, que por sua vez esão sempre sujeias a oscilações, afundamenos e elevações de ensão devido às inermiências das fones renováveis de energia, à inserção excessiva de sisemas de microgeração e ao remanejamenos de cargas de ala poência. É imporane desacar que a presene ese propõe uma solução capaz de uilizar a energia elérica fornecida pela rede pública CA de alimenação para promover a regulação de ensão no barrameno CC mesmo diane de disúrbios como afundamenos emporários de ensão equilibrados e desequilibrados, além de ser capaz de promover a miigação do coneúdo harmônico das correnes drenadas da rede CA para suprir a necessidade de poência das cargas conecadas ao barrameno CC. Nese capíulo serão apresenadas resumidamene algumas das principais opologias enconradas na lieraura écnica radicionalmene uilizadas para regulação da ensão do barrameno CC a parir da energia fornecida pela rede CA de alimenação, cujo objeivo é maner a ensão consane em barramenos CC diane da ocorrência de afundamenos de ensão e ainda promover a correção aiva do faor de poência, resulando como benefício a miigação de componenes harmônicos nas correnes CA de alimenação. Para complemenar o rabalho, algumas esruuras que promovem a regulação de ensão no barrameno CC a parir da energia proveniene de ouros barramenos CC uilizando conversores CC-CC bidirecionais ambém serão apresenadas. Essa abordagem é oporuna por reunir informações a respeio do ema, servindo como parâmero de comparação para a esruura opológica apresenada nese rabalho. 33

36 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho.. Conversores CC-CC uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene de ouros barramenos CC Para complemenação dese rabalho e demonsração de ouras alernaivas proposas na lieraura écnica para solução dos problemas aos quais os sisemas de microgeração e disribuição descenralizada de energia elérica em correne conínua esão sujeios, os auores de [5] propõem a uilização de um conversor CC-CC bidirecional isolado capaz de compensar as oscilações de ensão no barrameno CC principal da microrrede a parir da energia proveniene dos sisemas de armazenameno de energia composos por banco de baerias e supercapaciores, conforme evidenciado na Fig... Esse conversor CC-CC bidirecional isolado é capaz de injear a energia armazenada nos sisemas de armazenameno de energia no barrameno CC a fim de dar suporabilidade de ensão em condições onde a energia gerada pelas fones renováveis de energia (painéis foovolaicos, microurbinas eólicas e células a combusível) não é suficiene para suprir as cargas conecadas ao barrameno CC. Ao mesmo empo, o conversor CC-CC proposo por [5] é capaz de promover a injeção do excedene de poências originado da microgeração nos sisemas de armazenameno de energia. ale salienar que nesa proposa, inversores de frequência radicionais são uilizados para a injeção de energia na rede CA de alimenação, o que demonsra que em condições onde ano a energia armazenada nos sisemas de armazenameno como a energia gerada pelas fones renováveis de energia não são suficienes para suprir a energia requerida pelas cargas CC, é necessária uma alernaiva para promover a suporabilidade ao barrameno CC a parir da rede pública CA de alimenação. (a) 34

37 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho (b) Fig.. (a) Sisema de armazenameno e injeção de energia elérica no barrameno CC e (b) conversor CC-CC bidirecional com isolação galvânica apresenados em [5]. Os auores de [8], por sua vez, sugerem a uilização de um conversor CC-CC ambém bidirecional e isolado capaz de regular a ensão em um barrameno CC a parir da energia gerada e disribuída em ouro barrameno CC, e vice-e-versa, principalmene em condições onde um barrameno enconra-se sobrecarregado, sendo necessário a disribuição da energia requerida pelas cargas enres ambos os barramenos. Nesa proposa, odo o conjuno composo pelas fones renováveis de energia e pelos sisemas de armazenameno de energia de ambas microrredes agem em conjuno com o conversor CC-CC bidirecional para dar suporabilidade de ensão aos barramenos, eviando-se assim que oscilações indesejadas de ensão prejudiquem as cargas CC conecados às microrredes. É imporane salienar que na configuração de associação de microrredes proposa por [8], os barramenos CC fazem inerface com a rede CA de alimenação por meio de conversores CA-CC isolados que são uilizados na manuenção do fluxo de poência enre as microrredes, conforme visualizado na Fig... Fig.. Esruura de associação de microrredes aravés de conversor CC-CC bidirecional proposa por [8]. 35

38 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho.3. Conversores CA-CC uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene da rede CA de alimenação Como forma de avaliar o desempenho de conversores CA-CC devido aos seus poenciais para aplicações em microrredes, algumas opologias que uilizam a energia elérica fornecida pela rede CA de alimenação para promover a regulação de ensão em barramenos CC são apresenadas nesa seção. As principais caracerísicas que serão avaliadas são a capacidade de promover a miigação do coneúdo harmônico das correnes drenadas por esses conversores e a regulação da ensão no barrameno CC diane de disúrbios ano da rede CA como da rede de disribuição em CC. A esruura reificadora apresenada na Fig..3 e proposa por [] demonsra um sisema CA-CC para suprir cargas sensíveis e não lineares como compuadores e arcondicionados aravés da associação em cascaa de um conversor elevador a seis chaves do ipo SC (olage Source Converer) e um conversor CC-CC do ipo uck. O objeivo desa esruura é realizar uma inerface enre a rede CA de alimenação e um barrameno CC uilizado em microrredes e sisemas em correne conínua que alimenam cargas CC sensíveis, de maneira a manê-las online durane ransiórios e disúrbios da rede. Desa forma é possível a inegração de fones alernaivas de energia e sisemas de armazenameno de energia para dar supore a ese barrameno, eliminando-se assim a uilização de fones alimenação ininerrupa (em inglês, UPS - Uninerrupible Power Supply) e a dependência oal da rede CA para suprir essas cargas. Essa esruura reificadora apresena as caracerísicas de imposição de correnes com baixo coneúdo harmônico e a regulação de ensão diane de disúrbios como afundamenos de ensão e oscilações de ensão provocados pelas inermiências da microgeração. Fig..3 Conversor CA-CC composo pela associação em cascaa de um conversor do ipo SC e um conversor CC-CC do ipo uck []. 36

39 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho Os auores de [9] apresenam a comparação enre duas opologias de conversores CA-CC rifásicos projeados para uma poência de 6 kw, um composo pela associação em série de um conversor rifásico do ipo uck a rês chaves com um conversor CC-CC do ipo oos, e o ouro composo pela associação em série de um conversor rifásico do ipo oos na configuração ienna com um conversor CC-CC do ipo uck, conforme evidenciado pela Fig..4. Ambas as opologias apresenam as caracerísicas de imposição de correnes de linha de enrada com baixa disorção harmônica e regulação da ensão no barrameno CC em uma faixa de ensão que vai desde aé 6 para ensões rifásicas de alimenação com ampla faixa de frequências, além de apresenarem alo rendimeno e elevada densidade de poência, o que orna essas opologias promissoras para aplicações em redes de disribuição em CC. (a) (b) Fig..4 Conversores CA-CC proposos por [9]: (a) Associação uckoos e (b) associação oosuck. A Fig..5 ilusra uma arquieura de reificador de dois eságios proposa por [3], projeada para uma poência de kw e composa por um reificador rifásico do ipo uck inegrado a um conversor Full-ridge ZS com isolação galvânica que promove redução do ripple de correne no induor que inerliga as duas esruuras. Esa esruura apresena o poencial para aplicações em redes de disribuição em CC voladas para a área de 37

40 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho elecomunicações, sendo capaz de promover a operação do circuio com faor de poência em orno de,95 e a imposição de correnes de linha de enrada com disorção harmônica na ordem dos 3%, além de proporcionar a regulação da ensão no barrameno CC e um rendimeno na casa dos 9%. Fig..5 Conversor CA-CC composo por um reificador rifásico do ipo uck inegrado a um conversor Full-ridge ZS com isolação galvânica [3]. Os auores de [3] propõem um conversor mulicélulas CA-CC isolado para auar como um módulo de alimenação para disposiivos de elecomunicações aravés de um design compaco e de ala eficiência. A abordagem é baseada no conceio de conversores CA-CC conecados em série pela enrada e cascaeados com conversores CC-CC conecados em paralelo pela saída, conforme demonsrado na Fig..6. Essa esruura garane rendimeno na ordem dos 98% e uma elevada densidade de poência, além de promover a correção de faor de poência e a regulação da ensão no barrameno CC em 48. Fig..6 Conversor mulicélulas CA-CC proposo por [3]. Para finalizar esa análise de conversores CA-CC com poencial para aplicações em microrredes, a Fig..7 ilusra uma esruura baseada na associação de dois conversores oos para correção do faor de poência e conversão do sisema de rês fases para um sisema de duas fases. Cada conversor oos é responsável por um eságio de 38

41 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho correção do faor de poência e, para assegurar a independência deses dois conversores, uiliza-se o conrole do ipo EPS (Elecronic Phase Shifer) [3]. As grandes vanagens desa esruura são a possibilidade da operação com ampla faixa de ensões de enrada, elevada densidade de poência, correnes com reduzida disorção harmônica, elevado faor de poência e regulação de ensão no barrameno CC para aplicações com ensões na ordem de 48. Fig..7 Conversor CA-CC composo pela associação de dois conversores oos [3]..4. Reificadores Híbridos uilizados na regulação de ensão em barramenos CC a parir da energia proveniene da rede CA de alimenação Assim como para os conversores CA-CC apresenados aneriormene, uma análise de algumas opologias de reificadores híbridos uilizados para regulação de ensão no barrameno CC a parir da energia elérica fornecida pela rede CA de alimenação são apresenadas nesa seção. O objeivo desa análise é levanar as principais vanagens deses reificadores híbridos em ermos de regulação de ensão no barrameno CC e de imposição de correnes de linha de enrada senoidais. É de enendimeno que os reificadores híbridos são esruuras reificadoras concebidas a parir da inegração enre circuios auo-comuados, uilizando diodos, e circuios com comuação forçada uilizando inerrupores de poência. Nese conexo, os auores de [33], [34] apresenam uma versão de reificador híbrido composa pela associação em paralelo de um conversor oos rifásico a uma chave com um reificador rifásico PWM unidirecional, conforme ilusrado na Fig..8, sendo cada módulo responsável por processar 5% da poência oal de saída. O conversor oos é responsável por regular a ensão no barrameno CC, drenando da rede correnes de linha com aspeco reangular. Considerando que a correne de enrada é composa pela soma das correnes drenadas pelos módulos, o reificador PWM é responsável por drenar uma parcela de correne que, somada à correne drenada pelo conversor oos, resule em uma 39

42 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho correne senoidal. Dessa forma, as correnes de linha de enrada apresenam uma baixíssima disorção harmônica. Fig..8 Reificador híbrido rifásico composa pela associação em paralelo de um conversor oos rifásico a uma chave com um reificador rifásico PWM unidirecional [33], [34]. A Fig..9 desaca duas opologias de reificadores híbridos rifásicos apresenadas por [35] e que são capazes de promover um faor de poência uniário, a bidirecionalidade do fluxo de poência e o conrole das correnes de linha de enrada. A opologia ilusrada na Fig..9 (a) consise de um reificador rifásico híbrido composo pela associação em paralelo de um reificador rifásico PWM do ipo oos bidirecional, responsável pelo esabelecer a imposição de correnes de linha de enrada senoidais, com um reificador rifásico em pone de Graez cascaeado com o conversor oos a uma chave, responsável pela manuenção da ensão de saída, sendo porano uma alernaiva promissora para aplicações envolvendo a regulação da ensão no barrameno CC a parir da energia fornecida pela rede CA de alimenação. A segunda opologia proposa por [35] e apresenada na Fig..9 (b), por sua vez, consise da associação em paralelo de um reificador rifásico não conrolado com um reificador rifásico PWM do ipo oos bidirecional alimenado por um ransformador ou auoransformador abaixador. Apesar desa esruura promover a miigação do coneúdo harmônico das correnes de linha de enrada, a mesma não permie o conrole da ensão de saída, o que orna as cargas CC sensíveis a disúrbios de ensão vulneráveis a afundamenos emporários de ensão que são provenienes da rede CA de alimenação. 4

43 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho (a) (b) Fig..9 Reificador híbrido rifásico proposo por [35] (a) empregando o conversor CC-CC oos e (b) empregando ransformador ou auoransformador. Os auores de [36], [37] propõem ambém uma opologia de reificador híbrido rifásico composo pela associação em paralelo de um reificador unidirecional do ipo dela-swich com um reificador rifásico não conrolado cascaeado a um conversor CC- CC oos a uma chave, conforme evidenciado na Fig... Esa esruura é capaz de esabelecer a imposição de correnes de linha de enrada com aspeco senoidal, garanindo uma reduzida disorção harmônica e um elevado faor de poência, além de proporcionar a regulação da ensão no barrameno CC e um rendimeno enre 95% e 99%, dependendo da frequência de comuação dos inerrupores. Esse alo rendimeno se deve ao baixo percenual de processameno de poência por pare do reificador unidirecional do ipo dela-swich, sendo a maior parcela de poência enregue à carga processada pelo reificador não conrolado cascaeado com o conversor CC-CC oos a uma chave. 4

44 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho Fig.. Reificador híbrido rifásico composa pela associação em paralelo de um conversor oos rifásico a uma chave com um reificador unidirecional do ipo dela-swich [36], [37]. Por fim, a Fig.. ilusra a esruura reificadora rifásica proposa por [38] que represena um reificador híbrido baseado na opologia do ipo ienna, cujo objeivo é aumenar a eficiência da esruura e ser uilizado como uma fone de correne com ala qualidade de energia. Os auores de [38] demonsram os resulados experimenais dessa esruura operando com carga de 3 kw, sendo capaz de promover a regulação da ensão no barrameno CC em 65 e a imposição de correnes com baixo coneúdo harmônico a parir de ensões rifásicas de alimenação com ampliude de 3 e frequências enre 36 Hz e 8 Hz, assegurando um rendimeno superior a 99%. Fig.. Reificador híbrido baseado na opologia do ipo ienna [38]..4.. Reificadores Híbridos desenvolvidos no NUPEP com poencial para aplicações em microrredes O Núcleo de Pesquisas em Elerônica de Poência (NUPEP) da Faculdade de Engenharia Elérica (FEET) da Universidade Federal de Uberlândia (UFU) ambém 4

45 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho conribui com relevanes publicações envolvendo a uilização de reificadores híbridos robusos, de ala poência e elevado rendimeno. Enre esas publicações, duas em especial se desacam devido à apresenação de esruuras reificadoras híbridas rifásicas, por sua vez derivadas e aprimoradas a parir [39]-[4], que são capazes de promover regulação de ensão no barrameno CC e miigação de coneúdo harmônico de correnes drenadas da rede CA de alimenação, apresenando, porano, um poencial para aplicações envolvendo a regulação de ensão em barramenos CC de microrredes a parir da energia elérica de suprimeno da rede CA rifásica. A primeira delas é a esruura apresenada em [43], que represena um reificador híbrido rifásico com conversor oos cascaeado, composa peça associação em paralelo de duas esruuras reificadoras, Re- e Re-, assim como ilusrado na Fig... A esruura reificadora Re- é composa por um reificador não conrolado de seis pulsos com uma variação opológica em relação a [4] obida aravés da inserção de um inerrupor e um diodo enre a pone reificadora do reificador não conrolado e o capacior do barrameno CC; e a esruura Re- é composa pela associação em paralelo de rês conversores SEPIC monofásicos, cada um ligado a um braço da rede CA, sendo porano, responsável pela imposição de correnes de linha de enrada senoidais. Nesa aplicação, o inerrupor do conversor oos é aivado somene quando da ocorrência de afundamenos emporários de ensão, sendo que nesa condição de ensão de suprimeno da rede CA, a divisão de processameno de poência é manida em 6% para Re- e 4% para Re-, assim como em condições normais de suprimeno da rede CA de alimenação, o que evia o superdimensionameno dos conversores SEPIC, proporcionando alo rendimeno, elevado faor de poência e elevada suporabilidade a afundamenos de ensão uilizando apenas quaro inerrupores. A segunda esruura reificadora híbrida em desaque, que por sua vez definiu a ese de douorado apresenada em [44], é composa pelo reificador híbrido rifásico radicional apresenado em [4] cujo capacior de saída é associado em série com o capacior de saída de um conversor Full-ridge isolado, conforme observado na Fig..3. Em condições normais da ensão de alimenação, a esruura é capaz de impor correnes senoidais de alimenação aravés da operação dos conversores SEPIC que compõem o circuio de imposição de correne denominado de CCI. Nesa condição o circuio de regulação de ensão no barrameno CC, denominado de CCT, é reirado de operação e a ensão do barrameno CC disponibilizado à carga é manido pelo reificador não conrolado de seis pulsos, denominado de R. Diane da ocorrência de afundamenos 43

46 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho nas ensões rifásicas de alimenação, o CCT enra em operação regulando a ensão de saída em um valor pré-deerminado por sua esraégia de conrole, sendo que nesa condição o R coninua operando e processando uma parcela da poência de saída. Fig.. Esruura reificadora híbrida com conversor oos cascaeado apresenada em [43]. Fig..3 Esruura reificadora híbrida com écnica de compensação série de ensão no barrameno CC de saída apresenada em [44]. Embora as esruuras apresenadas em [43] e [44] revelem um grande poencial para a regulação da ensão em barramenos CC associados a microrredes de disribuição de energia elérica em correne conínua, ambas foram desenvolvidas com o foco de fornecer uma ensão CC regulada para a conexão de disposiivos As, que por sua vez são muio sensíveis a disúrbios da rede, apresenando a desvanagem de dar 44

47 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho suporabilidade ao barrameno apenas em condições de afundamenos emporários de ensão. Em condições normais de suprimeno da rede CA de alimenação, a ensão no barrameno CC não é conrolada e seu valor é definido pelo valor de pico das ensões rifásicas de alimenação e pelo valor do seno do ângulo em que os diodos da pone reificadora rifásica do reificador não conrolado de seis pulsos são polarizados direamene. Devido a esa desvanagem, porano, esas esruuras não conseguem compensar as oscilações provenienes das inermiências das fones renováveis de energia e do remanejameno de cargas CC de ala poência que compõem as microrredes..5. Esruura Reificadora Híbrida Proposa É no conexo da uilização da energia fornecida pela rede CA rifásica de suprimeno para compensar os problemas de oscilações de ensão que as microrredes esão sujeias, que a presene ese propõe a uilização da esruura de Reificador Híbrido Trifásico (RHT) demonsrada na Fig..4, cuja concepção pariu da necessidade de melhorias nas esruuras reificadoras híbridas apresenadas em [43] e [44] a parir da vanagens proporcionadas pelas ideias de associação em cascaa de duas esruuras reificadoras, uma CA-CC e oura CC-CC, demonsradas pelos rabalhos exposos por [], [9]-[3]. A esruura proposa consise em um reificador não conrolado de seis pulsos com induores do lado CA, denominado de Re-, cuja enrada é conecada em paralelo e a saída é conecada em série com a esruura Re-, que por sua vez é composa por um conversor oos rifásico oalmene conrolado com induores do lado CA responsável pela imposição de correnes de linha de enrada senoidais, cascaeado a um conversor CC- CC Full-ridge isolado responsável por promover a compensação série de ensão no barrameno CC. A isolação galvânica por pare do conversor Full-ridge se faz necessária nesa aplicação pois impede que a correne drenada por uma fase ligada a um braço da esruura Re- reorne por oura fase aravés da pone reificadora da esruura Re-. Desa forma, o RHT proposo é capaz de promover a regulação da ensão no barrameno CC em 4 uilizando compensação série de ensão, e ao mesmo empo, proporcionar a imposição de correnes de linha de enrada senoidais para assegurar alo faor de poência e a miigação do coneúdo harmônico de correne. 45

48 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho Fig..4 Esruura reificadora híbrida rifásica proposa. 46

49 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho As principais melhorias em relação aos rabalhos apresenados em [43] e [44] são: Forma de onda das correnes de linha de enrada com aspeco muio próximo do senoidal, assegurando uma disorção harmônica oal de correne abaixo de % a parir da necessidade de um percenual de processameno de poência reduzido por pare da esruura Re-, o que deermina uma maior eficiência, robusez e densidade de poência para a esruura global, considerando que a esruura Re- é mais eficiene e robusa quando comparada com os conversores chaveados uilizados na esruura Re-; Regulação de ensão no barrameno CC ano em condições normais de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação quano em condições de afundamenos emporários de ensão. Ressala-se ainda que o conversor Full-ridge permie uma ampla faixa de ensão no seu capacior de saída de modo que qualquer oscilação de ensão no barrameno CC proveniene ano de disúrbios na rede CA quano de disúrbios em microrredes de disribuição em CC seja compensada pelo conrole da ensão no barrameno CC a parir do ajuse da ensão de saída do conversor Full- ridge..6. Considerações Finais Ese capíulo eve como objeivo apresenar uma revisão bibliográfica dos principais rabalhos écnicos envolvendo conversores CC-CC, conversores CA-CC e reificadores híbridos com poencial para aplicações em microrredes, principalmene no que ange a capacidade de promover a regulação da ensão do barrameno CC ano a parir da energia proveniene de ouros barramenos CC como a parir da energia fornecida pela rede CA de alimenação, havendo para esa úlima, a preocupação com a imposição de correnes com baixo coneúdo harmônico. Nesse conexo, foram apresenadas algumas soluções de conversores e reificadores híbridos enconradas na lieraura écnica, bem como de alguns reificadores híbridos rifásicos desenvolvidos no NUPEP que apresenam caracerísicas de imposição de correnes de enrada senoidais e de regulação de ensão em barramenos de disribuição de energia em correne conínua, culminando para a solução proposa nesa ese, que é a uilização de um RHT composo por um reificador rifásico não conrolado (Re-) cuja 47

50 Capíulo Esado da Are e Proposa de Trabalho enrada é associada em paralelo com um conversor oos rifásico responsável pela imposição de correnes de linha de enrada senoidais e a saída é associada em série com um conversor Full-ridge isolado responsável pela regulação de ensão no barrameno CC, sendo os conversores oos e Full-ridge conecados em cascaa para compor a esruura Re-. Essa associação em série dos capaciores de saída de Re- e Re- é capaz de promover uma ala compensação de ensão no barrameno CC diane de oscilações de ensão causadas pelos problemas da microgeração relaados no Capíulo e uma ala suporabilidade a afundamenos emporários nas ensões rifásica de alimenação, o que orna a esruura proposa basane araiva ano para aplicações indusriais como para aplicações em sisemas de microgeração e disribuição descenralizada de energia em CC. 48

51 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 3.. Considerações Iniciais Como forma de apresenação da esruura reificadora foco dese rabalho e de sua funcionalidade, ese capíulo expõe o princípio de funcionameno do Reificador Híbrido Trifásico proposo com ênfase na imposição de correnes de linha de enrada com baixo coneúdo harmônico e na regulação de ensão no barrameno CC baseado na écnica de compensação série de ensão. De modo a jusificar a uilização dos componenes passivos e semiconduores no circuio de poência do RHT, uma modelagem maemáica no domínio do empo é realizada e os criérios para o dimensionameno da esruura são apresenados. 3.. Princípio de Funcionameno Conforme mencionado no Capíulo, o RHT é consiuído da combinação de dois grupos reificadores, conforme ilusrado na Fig. 3.. O primeiro é um Reificador Não Conrolado de Seis Pulsos (R) com induores do lado CA, denominado Re-, e o segundo, denominado Re-, é composo por um conversor oos rifásico oalmene conrolado com induores do lado CA ligado em paralelo com a rede elérica, e cascaeado a um conversor CC-CC Full-ridge isolado cuja saída é ligada em série com a saída de Re-, promovendo desa forma uma Compensação Série de Tensão no arrameno CC (CSTCC). A uilização de um diodo de roda livre DRD em paralelo com o capacior CF se faz necessário para eviar uma ensão reversa nese capacior em condição onde os inerrupores dos conversores oos e Full-ridge esão bloqueados. O RHT oferece duas caracerísicas operacionais imporanes: () a imposição de correnes de linha de enrada senoidais de maneira a assegurar alo faor de poência e reduzida disorção hormônica oal de correne; e () o fornecimeno de um barrameno 49

52 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo CC consane de 4 uilizando a compensação série de ensão, ano para condições normais de suprimeno da rede elérica como para condições de afundamenos emporários de ensão equilibrados e desequilibrados na rede CA. Para iso, será implemenada uma écnica de conrole digial uilizando DSP para imposição de correnes senoidais de enrada e conrole de ensão no barrameno CC. Fig. 3. Arranjo opológico do reificador híbrido rifásico proposo. Um faor imporane a ser desacado nesa esruura é o fao de que, para condições normais de suprimeno da rede elérica, cerca de 73% da poência oal de saída é processada por Re-, e 7% é processada por Re-. Ese recurso oferece ala confiabilidade operacional e robusez, o que orna esa esruura opológica muio araene para aplicações em níveis de ala poência. Em ouras palavras, iso significa que o reificador híbrido rifásico é uma esruura que combina a robusez, simplicidade e confiabilidade do reificador rifásico de seis pulsos com a ala frequência de operação dos conversores chaveados, reduzindo o volume, peso e o amanho da esruura proposa. Nesa concepção, será dealhado, de forma separada, o princípio de funcionameno de cada caracerísica do RHT nas subseções que se seguem Imposição de Correnes de inha de Enrada Devido à sua caracerísica de fone de correne na enrada e por ser bidirecional no fluxo em poência, o conversor oos rifásico oalmene conrolado com induores do lado CA é uilizado para impor correnes de linha de enrada senoidais, assegurando alo faor de poência e reduzida DHT. Conforme ilusrado na Fig. 3., as correnes de linha drenadas da rede CA (ia(in), ib(in) e ic(in)) são composas pela soma enre as correnes requeridas pelo reificador não conrolado de seis pulsos (ia(re-), ib(re-) e ic(re-)) e as correnes imposa no conversor oos (ia(re-), ib(re-) e ic(re-)). Nese conexo, pode-se concluir que as formas de onda 5

53 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo das correnes de linha de enrada dependem das correnes imposas pelo conversor oos, as quais deerminam a melhoria da DHT das correnes de linha drenadas da rede CA. Desa forma, em-se que: ia(in) a(re ) a(re ) () = i () i () (3.) ib(in) b(re ) b(re ) () = i () i () (3.) ic(in) c(re ) c(re ) () = i () i () (3.3) A íulo de exemplo, para a fase A, conforme referência exemplo da Fig. 3., a correne ia(re-) é a correne clássica dos reificadores rifásicos não conrolados de seis pulsos com induores de baixa induância posicionados do lado CA, enquano que a correne ia(re-) é aquela imposa de acordo com a referência desejada. Porano, em-se que a composição das correnes ia(re-) e ia(re-) (ia(re-) somada a ia(re-)) assume a forma de onda senoidal (ia(in)), se assim for desejado, cujo especro harmônico deve esar em conformidade com as normas inernacionais IEC 6-3- e IEC [45], [46]. Fig. 3. Composição das formas de onda eóricas das correnes i a(re-), i b(re-), i c(re-), i a(re-), i a(in), i b(in) e i c(in) e das ensões de linha. 5

54 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Percebe-se aravés da Fig. 3. que, para cada semiciclo de onda, o funcionameno do reificador híbrido rifásico segue nove eapas de operação. As eapas para a composição da correne de linha de enrada da fase A são descrias abaixo. ale ressalar que as eapas descrias a seguir são análogas para a composição das correnes de linha de enrada das fases e C. Para o inervalo de a : a fase A do reificador não conrolado de seis pulsos apresena-se fora de operação pois a ensão no capacior C (Cnc) é maior que as ensões de linha de enrada vab e vac, polarizando reversamene o diodo D da pone reificadora rifásica. A fase A do conversor oos, porano, assume a parcela de poência exigida pela carga e a correne ia(re-) cresce seguindo a referência senoidal imposa. Nese inervalo, porano, a correne de linha de enrada da fase A é igual à correne drenada pela fase A do conversor oos; Para o inervalo de a : ocorre um fenômeno conhecido como efeio de comuação, em que, devido à presença dos induores do lado CA em Re-, a ransição de correne de um par de diodos da pone reificadora rifásica para ouro não ocorre insananeamene durane a mudança da auação da nova ensão de linha. Em consequência disso, durane ese inervalo, esão em condução simulânea o diodo que esá enrando em condução (D) devido à auação da ensão de linha vab e aquele que esá sendo desligado (D3), uma vez que o mesmo operou durane a auação da ensão vcb. O efeio da comuação se finaliza no insane, momeno em que a correne de linha da fase C do reificador não conrolado se anula. A fase A do reificador não conrolado de seis pulsos chega a enrar em operação, conribuindo com poência enregue à carga, havendo, porano um pequeno decréscimo na correne ia(re-); Para o inervalo de a 3: a fase A do reificador não conrolado de seis pulsos permanece com a conribuição de poência enregue à carga, pois a ensão de linha vab é maior que a ensão Cnc durane esse inervalo de empo. Porano, a correne ia(re-) coninua crescendo, ao mesmo empo em que decai a correne ia(re-). O crescimeno de ia(re-) e o decréscimo de ia(re-) ocorrem aé o insane em que a ensão de linha vab se orna menor que a ensão Cnc; Para o inervalo de 3 a 4: a ensão de linha vab enconra-se menor que a ensão Cnc, o que faz com que a correne ia(re-) decaia, forçando o conrole a garanir a vola do crescimeno da correne ia(re-) a fim de deerminar uma 5

55 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo correne de linha de enrada senoidal na fase A. No fim dese inervalo, observase um novo efeio de comuação, que se inicia no insane 4; Para o inervalo de 4 a 5: ocorre novamene o efeio da comuação, em que os diodos D5 e D6 conduzem simulaneamene devido ao início da auação da ensão de linha vac. Nese inervalo o crescimeno negaivo da correne da fase C do reificador não conrolado força o decréscimo da correne ia(re-), que se iguala em módulo à ic(re-) no insane 5. Com a queda de ia(re-), a correne ia(re-), por sua vez, cresce seguindo a referência senoidal aé aingir o seu valor máximo no insane 5; Para o inervalo de 5 a 6: dado que a ensão de linha vac se orna maior que a ensão no barrameno CC, a fase A do reificador não conrolado de seis pulsos vola a conribuir com poência enregue à carga, ao mesmo empo em que decai a conribuição de poência por pare da fase A do conversor oos. Esa eapa se finaliza quando a correne ia(re-) decai a zero no insane 6; Para o inervalo de 6 a 7: poso que a correne ia(re-) se orna maior que a referência senoidal de correne, a correne ia(re-) se orna negaiva devido à caracerísica de bidirecionalidade no fluxo de poência do conversor oos. Desa forma o conrole consegue impor uma correne ia(re-) negaiva al que a soma enre ia(re-) e ia(re-) reduza a ampliude de ia(in) para o valor da referência senoidal desejado; Para o inervalo de 7 a 8: ocorre novamene o efeio de comuação, em que os diodos D e D conduzem simulaneamene devido ao início da auação da ensão vbc. Com iso, a correne ia(re-) ende a zero aé o insane 8, onde o diodo D enconra-se reversamene polarizado. Com a redução da conribuição de poência por pare de ia(re-), a correne ia(re-) cresce seguindo a referência senoidal. Observa-se que uma parcela da correne ia(re-) enconra-se negaiva durane ese inervalo pois a correne ia(re-) enconra-se maior que a referência senoidal de correne; Para o inervalo de 8 a T/: mais uma vez a fase A do reificador não conrolado de seis pulsos apresena-se fora de operação pois a ensão Cnc é maior que as ensões de linha vab e vac, polarizando reversamene o diodo D da pone reificadora rifásica. Nese inervalo, a correne de linha de enrada da fase A é 53

56 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo igual à correne ia(re-) pois somene o conversor oos conribui com poência enregue à carga pela fase A Compensação série de ensão no barrameno CC A compensação série de ensão se dá aravés da inserção do conversor Full-ridge isolado com capacior de saída CF ligado em série com o capacior de saída C do grupo reificador Re-, al que, a soma das ensões em ambos os capaciores (Cnc somado a Cfb) consiui a ensão no barrameno CC, que por sua vez, é regulada em 4. iso a iso, eoricamene, caso a ensão Cnc decaia a zero, o conversor Full- ridge deverá suprir com oda a ensão no barrameno CC requerida pela carga. iso que o conversor Full-ridge opera como abaixador de ensão, onde seu ganho esáico, definido por (3.4), esabelece que sua máxima ensão de saída seja igual à sua ensão de enrada, conrola-se o conversor oos para fornecer uma ensão média fixa de 35 na enrada do conversor Full-ridge. o Cfb = = d (3.4) i o(oos) A Fig. 3.3 apresena o princípio de operação da compensação série de ensão para a condição normal de operação e para a condição de afundameno emporário de ensão. N N Fig. 3.3 Princípio de funcionameno da compensação série de ensão no barrameno CC. 54

57 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Para a condição normal de suprimeno da rede elérica, compreendida pelo inervalo de aé sag, o reificador não conrolado fornece uma ensão média fixa aravés do capacior C em orno de 93 (ensão definida pelo valor médio das ensões de linha de enrada reificadas em seis pulsos), resando ao conversor Full-ridge fornecer uma ensão média aravés do capacior CF de aproximadamene 7, garanindo desa forma, uma ensão média fixa de 4 no barrameno CC. Durane uma condição de afundameno emporário de ensão, compreendida pelo inervalo a parir de sag, devido à redução da ensão Cnc em função da queda da ampliude das ensões de alimenação da rede, a ensão de saída do conversor Full-ridge é elevada a fim de compensar uma evenual queda de ensão no barrameno CC, garanindo desa forma, que a ensão média de 4 permaneça fixa no barrameno CC. ale desacar que, assim como o conversor oos rifásico oalmene conrolado com induores do lado CA foi escolhido pela sua vasa aplicabilidade na área de correção de faor de poência e miigação de coneúdo harmônico de correnes para aplicações de elevada poência, o conversor Full-ridge foi adoado para a realização da compensação série de ensão pelo fao de ser o conversor CC-CC isolado mais empregado para aplicações que envolvem maiores processamenos de poência [47] Dimensionameno dos componenes passivos e semiconduores do RHT proposo Como o conversor oos é responsável por fornecer um ensão fixa de 35 para a alimenação do conversor Full-ridge, seguiu-se com os equacionamenos maemáicos necessários para o dimensionameno dos componenes passivos do reificador híbrido rifásico proposo da seguine forma: primeiramene analisou-se o arranjo opológico composo pelo reificador não conrolado e o conversor Full-ridge rabalhando junos para fornecer o barrameno CC à carga, conforme apresenado na Fig. 3.4 (a), e em seguida esabeleceu-se, separadamene, a modelagem do conversor oos seguindo o arranjo da Fig. 3.4 (b), onde RF represena a resisência de carga equivalene à operação do conversor Full-ridge. Para faciliar a análise, o equacionameno e o projeo, considerou-se os inerrupores dos circuios de poência dos conversores oos e Full- ridge como chaves com caracerísica de aberura e fechameno, omiindo-se o papel da presença dos diodos ani-paralelos dos inerrupores. 55

58 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo (a) (b) Fig. 3.4 Arranjos opológicos (a) da composição enre o reificador não conrolado e o conversor Full- ridge e (b) do conversor oos Dimensionameno do Reificador Não Conrolado As subseções que se seguem demonsram a meodologia de dimensionameno dos componenes passivos e dos diodos que compõem o circuio de poência do R Dimensionameno dos componenes passivos do R Para o dimensionameno dos induores de enrada de Re- (), analisa-se primeiramene a forma de onda caracerísica das correnes de linha de enrada de um reificador não conrolado de seis pulsos com induores do lado CA, conforme demonsrado pela Fig. 3.. Para o inervalo de empo de aé, a fase A de Re- não conribui com poência enregue à carga, logo: i () a(re ) = (3.5) De acordo com o mencionado no princípio de funcionameno do Reificador Híbrido Trifásico proposo, para o inervalo de empo de aé, devido ao efeio de comuação, os diodos D, D3 e D5 da pone reificadora rifásica de Re- conduzem 56

59 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo simulaneamene. Para ese inervalo, o circuio equivalene para a associação enre Re- e o conversor Full-ridge é apresenado na Fig Fig. 3.5 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de aé. Por análise de malhas no circuio da Fig. 3.5, duas equações são obidas e represenadas por (3.6) e (3.7). dia(re) () dib(re ) () van () Cnc vbn() = (3.6) d d dia(re ) () dic(re ) () van () vcn() = d d (3.7) Por análise nodal, em-se que a correne ib(re-)() é represenada por: ib(re ) ) () = ia(re ) () ic(re () (3.8) por: Pela propriedade da soma de derivadas, a derivada de ib(re-)() pode ser definida dib(re) ) d () dia(re) () dic(re () = (3.9) d d Isolando-se a derivada de ic(re-)() em (3.7) em-se que: di c(re) d () di = a(re) d () van() vcn() (3.) Subsiuindo (3.9) e (3.) em (3.6) e considerando que o capacior C apresena capaciância suficienemene ala para garanir em seus erminais uma ensão conínua, obêm-se a equação da derivada de ia(re-)(). 57

60 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo di a(re ) d () = 3 Cnc van() = 3 Cnc p sen(ω) (3.) Conforme observado na Fig. 3., no insane, a correne ia(re-)() é zero e, porano, sua derivada em relação ao empo ambém é zero, dado que não havia variação de correne imediaamene anes de. Assim, o insane pode ser calculado a parir de (3.), igualando-se a derivada de ia(re-)() a zero. = sen Cnc 3 p ω (3.) A correne de linha de enrada da fase A do reificador não conrolado de seis pulsos para o inervalo de empo de aé é obida aravés da inegral de (3.). ia(re ) () di a(re p Cnc ) () sen(ω ) d 3 = (3.3) Cnc p a(re ) () = ( ) [ cos(ω ) cos(ω )] (3.4) 3 ω i Para o empo, a correne ia(re-)() é deerminada por: Cnc p a(re ) ( ) = ( ) [ cos(ω ) cos(ω )] (3.5) 3 ω i Para o inervalo de empo de aé 4, apenas os diodos D e D5 da pone reificadora rifásica conduzem, conforme apresenado pela Fig Fig. 3.6 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de aé 4. 58

61 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Por análise de malhas na Fig. 3.6, obém-se (3.6). dia(re) () dib(re ) () van () Cnc vbn() = d d (3.6) Por análise nodal, em-se que a correne ib(re-)() é represenada por: ib(re ) ) A derivada de ib(re-)() pode ser definida por: d () = ia(re () (3.7) dib(re ) ) () dia(re () = (3.8) d Subsiuindo (3.8) em (3.6), obêm-se a equação da derivada de ia(re-)(). di a(re ) d () = Cnc vab() = Cnc 3 p π sen ω 6 (3.9) A correne de linha de enrada da fase A do reificador não conrolado de seis pulsos para o inervalo de empo de aé 4 pode ser obida aravés da inegral de (3.9), onde ia(re-)() é definida por (3.5). i i a(re) () di a(re) a(re ( ) 3 Cnc p π ) () = sen ω d (3.) 6 i a(re ) () = i ( ) a(re ) Cnc ( ) 3 ω p cos ω π 6 cos ω π 6 (3.) Para o insane 4, a correne ia(re-)() é deerminada por: i a(re ) ( ) = 4 i ( ) a(re ) Cnc ( 4 ) 3 ω p cos ω 4 π 6 cos ω π 6 (3.) Para o inervalo de empo de 4 aé 5 ocorre um novo efeio de comuação, e os diodos D, D5 e D6 da pone reificadora rifásica conduzem simulaneamene, conforme apresenado pela Fig Por análise de malhas na Fig. 3.7, dois ipos de equações de malha podem ser obidos, as quais são represenadas por (3.3) e (3.4). dia(re) () dib(re ) () van () Cnc vbn() = (3.3) d d 59

62 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Fig. 3.7 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 4 aé 5. dib(re) () dic(re) () vbn () vcn() = d d (3.4) Por análise nodal, em-se que a correne ic(re-)() é represenada por: ic(re ) ) () = ia(re ) () ib(re () (3.5) Pela regra da soma de derivadas, a derivada de ic(re-)() pode ser definida por: dic(re ) ) d () dia(re) () dib(re () = (3.6) d d Isolando-se a derivada de ib(re-)() em (3.4) em-se que: di b(re) d () di = c(re) d () vbn() vcn() (3.7) )(). Subsiuindo (3.6) e (3.7) em (3.3), obêm-se a equação da derivada de ia(re- di a(re) d () = 3 Cnc van() = 3 Cnc p sen(ω) (3.8) )(). Subsiuindo (3.7) e (3.8) em (3.6), obêm-se a equação da derivada de ic(re- di c(re) d () = 3 Cnc vcn() = 3 Cnc p π sen ω 3 (3.9) Conforme observado na Fig. 3., no insane 4, a correne ic(re-)() é zero e, porano, sua derivada em relação ao empo ambém é zero, viso que não havia variação 6

63 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo de correne imediaamene anes àquele insane. Com base niso, o insane 4 pode ser calculado a parir de (3.9), igualando-se a derivada de ic(re-)() a zero. Assim: sen ω π Cnc = (3.3) 3 3p Por sua vez, pela idenidade rigonomérica em-se que: sen ω π π Cnc = sen π ω = (3.3) 3 3 3p ogo: 4 = π sen Cnc 3 ω p π 3 (3.3) A correne de linha de enrada da fase A do reificador não conrolado de seis pulsos para o inervalo de empo de 4 aé 5 pode ser obida aravés da inegral de (3.8), onde ia(re-)(4) é definida por (3.). i i a(re) () di a(re) 4 a(re ( ) p Cnc ) () sen(ω ) d 3 = (3.33) 4 Cnc p () = ( 4 ) [ cos ( ω) cos ( ω4 )] ia(re ) ( ) (3.34) 3 ω ia(re ) 4 Para o insane 5, a correne ia(re-)() é deerminada por: i a(re) ( ) = 5 i 3 ( ) a(re) 4 Cnc ( 5 ) 4 p ω [ cos( ω ) cos( ω )] 5 4 (3.35) Conforme observado na Fig. 3., no insane 5, a correne ia(re-)(5) se iguala ao valor de ia(re-)(). Cnc ( 3 p ω p ) ω [ cos(ω ) cos(ω )] 3 [ cos( ω ) cos( ω )] i ( ) = 5 4 a(re) Sendo ia(re-)(4) deerminada aravés da muliplicação de (3.) por : 4 Cnc ( 5 4 ) (3.36) 6

64 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo i a(re) (4 ) = Cnc ( i 4 a(re) ) ( ) 3 ω p cos ω 4 π 6 cos ω π 6 (3.37) E ia(re-)() deerminada aravés da muliplicação de (3.5) por : Cnc p ia(re ) ( ) = ( ) [ cos(ω ) cos(ω )] (3.38) 3 ω A Fig. 3.8 ilusra a forma de onda da correne do reificador não conrolado inc(), a qual apresena a forma de onda reificada de seis pulsos. Como é possível observar, o insane pode ser represenado por (3.39). T = (3.39) 6 5 Fig. 3.8 isualização dos inervalos de empo de operação do reificador não conrolado aravés da forma de onda eórica da correne i nc(). Para o inervalo de empo de 5 aé 7, apenas os diodos D e D6 da pone reificadora rifásica conduzem, conforme apresenado pela Fig Fig. 3.9 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 5 aé 7. 6

65 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Por análise de malhas na Fig. 3.9, obém-se (3.4). dia(re) () dic(re) () van () Cnc vcn() = d d (3.4) Por análise nodal, em-se que a correne ib(re-)() é represenada por: ic(re ) ) A derivada de ib(re-)() pode ser definida por: d () = ia(re () (3.4) dic(re) ) () dia(re () = (3.4) d Subsiuindo (3.4) em (3.4), obêm-se a equação da derivada de ia(re-)(). di a(re ) d () = Cnc vac() = Cnc 3 p π sen ω 6 (3.43) A correne de linha de enrada da fase A do reificador não conrolado de seis pulsos para o inervalo de empo de 5 aé 7 pode ser obida aravés da inegral de (3.43), onde ia(re-)(5) é definida por (3.35). i i a(re) () di a(re) 5 a(re ( ) 3 Cnc p π ) () = sen ω d (3.44) 6 5 i a(re ) () = Cnc ( ) 5 3 ω p cos ω π 6 cos ω 5 π 6 (3.45) i a(re ) ( 5 ) Para o insane 7, a correne ia(re-)() é deerminada por: i a(re ) ( ) = 7 i ( ) a(re ) 5 Cnc ( 7 ) 5 3 ω p cos ω 7 π 6 cos ω 5 π 6 (3.46) Sendo que o inervalo de empo enre e 4 é igual ao inervalo de empo enre 5 e 7, e sabendo aravés de (3.39) que um sexo do período para a frequência da rede é igual à diferença enre os insanes 5 e, o insane 7 pode ser definido por (3.47). T = 4 5 = (3.47)

66 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Para o inervalo de empo de 7 aé 8 ocorre um novo efeio de comuação, e os diodos D, D e D6 da pone reificadora rifásica conduzem simulaneamene, conforme apresenado pela Fig. 3.. Fig. 3. Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para o inervalo de empo de 7 aé 8. Por análise de malhas na Fig. 3., dois ipos de equações de malha podem ser obidos, as quais são represenadas por (3.48) e (3.49). dia(re) () dic(re) () van () Cnc vcn() = d d (3.48) dia(re ) () dib(re ) () van () vbn() = d d (3.49) Por análise nodal, em-se que a correne ic(re-)() é represenada por: ic(re ) ) () = ia(re ) () ib(re () (3.5) Pela regra da soma de derivadas, a derivada de ic(re-)() pode ser definida por: dic(re ) ) d () dia(re) () dib(re () = (3.5) d d Isolando-se a derivada de ib(re-)() em (3.49) em-se que: di b(re) d () di = a(re) d () vbn() van() (3.5) )(). Subsiuindo (3.5) e (3.5) em (3.48), obêm-se a equação da derivada de ia(re- di a(re ) d () = 3 Cnc van() = 3 Cnc p sen(ω) (3.53) 64

67 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Devido ao inervalo de empo enre 4 e 5 ser igual ao inervalo de empo enre 7 e 8, o insane 8 pode ser definido por (3.54) = (3.54) A correne de linha de enrada da fase A do reificador não conrolado de seis pulsos para o inervalo de empo de 7 aé 8 pode ser obida aravés da inegral de (3.53), onde ia(re-)(7) é definida por (3.46). i i a(re) () di ( a(re) 7 a(re ) p Cnc ) () = sen(ω ) d 3 (3.55) 7 Cnc p () = ( 7 ) [ cos( ω) cos( ω7 )] ia(re ) ( ) (3.56) 3 ω ia(re ) 7 Para o insane 8, a correne ia(re-)() é deerminada por: i a(re) ( ) = 8 i 3 ( ) a(re) 7 Cnc ( 8 ) 7 p ω [ cos( ω ) cos( ω )] 8 7 (3.57) Para o inervalo de empo de 8 aé T/, a fase A do R não conribui com poência enregue à carga, logo: Subsiuindo (3.39) em (3.36), (3.37) e (3.38): i () a(re ) = (3.58) Cnc T p T cos ω cos(ω ) ω 6 Cnc p (5 4 ) 5 4 a(re ) 3 ω i a(re) (4 ) = Cnc 3 ω i [ cos( ω ) cos( ω )] i ( ) = p 4 T 6 cos ω ( ) a(re) 5 4 π 6 cosω 5 T 6 4 π 6 (3.59) (3.6) Cnc T p T ia(re ) ( ) = 5 cosω 5 cos(ω ) (3.6) 3 6 ω 6 65

68 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 66 Analisando a Fig. 3.8, observa-se que a forma de onda raçada enre os insanes e 5 se repee seis vezes ao longo de um ciclo compleo da rede. Noa-se ambém que para ese inervalo de empo, a correne inc() coincide com a correne ia(re-)(), e, porano, é possível deerminar o valor médio da correne do reificador não conrolado aravés de (3.6). d () i i 5 ) a(re 5 nc(médio) = (3.6) Enreano, como a forma de onda da correne ia(re-)() é diferene para os inervalos de aé 4 e de 4 aé 5, deve-se separar a inegral que deermina o valor médio de inc() em duas pares, sendo uma pare definida pela inegral de (3.) no inervalo de aé 4 e pela inegral de (3.34) no inervalo de 4 aé 5. Realizando essa separação e subsiuindo (3.39) em (3.6), em-se que: ( ) ( ) ( ) 5 nc(médio) I I f 6 I I T 6 I I i = = = (3.63) Onde: d ) ( i d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( I 4 4 ) a(re p Cnc = (3.64) ( ) ( ) [ ] d ) ( i d ω cos ω cos ω ) ( 3 I ) a(re 4 p 4 Cnc = (3.65) Subsiuindo (3.5) em (3.64) e (3.) em (3.65), em-se que: [ ] = d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( I 4 4 p Cnc p Cnc (3.66)

69 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 67 ( ) ( ) [ ] [ ] = d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( d ω cos ω cos ω ) ( 3 I p Cnc 4 p 4 Cnc 4 p 4 Cnc (3.67) Subsiuindo (3.66) e (3.67) em (3.63), e resolvendo para, obém-se a expressão para deerminação dos induores de enrada do reificador não conrolado. [ ] ( ) ( ) [ ] [ ] = d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( d ω cos ω cos ω ) ( 3 d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( i f p Cnc 4 p 4 Cnc 4 p 4 Cnc p Cnc p Cnc nc(médio) (3.68) Mas, analisando o circuio apresenado na Fig. 3.4 (a), a correne inc() é dada por (3.69). o Cnc nc I () i () i = (3.69) Como o valor médio da correne no capacior é nulo, deermina-se que o valor médio da correne inc() é igual à correne de carga oal. o o o nc(médio) P I i = = (3.7)

70 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 68 Desa forma, [ ] ( ) ( ) [ ] [ ] = d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( d ω cos ω cos ω ) ( 3 d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 d 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( P f p Cnc 4 p 4 Cnc 4 p 4 Cnc p Cnc p Cnc o o (3.7) Sabendo-se que a parcela da correne média enregue à carga por pare do reificador não conrolado é igual à própria correne de carga oal (Io), a variação de carga QCnc no capacior C é dada por (3.7), onde o inervalo de empo analisado é igual ao período para seis vezes a frequência da rede. Δ I ΔQ o Cnc = (3.7) o o o Cnc 6 T P Δ I ΔQ = = (3.73) A capaciância C pode ser deerminada, porano, pela relação enre a variação de carga e a variação de ensão no capacior. Cnc o o Cnc Cnc Δ f 6 P Δ ΔQ C = = (3.74) Dimensionameno dos semiconduores do R A máxima ensão a qual os diodos da pone reificadora do R esão submeidos é deerminada pelo valor da ensão no capacior de saída C. Assim:

71 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Dnc(p ico) = Cnc (3.75) Para deerminar o valor de pico da correne que circula pelos diodos da pone reificadora do R pode-se analisar a correne ia(re-) para o inervalo enre e 4. Para isso, iguala-se a derivada de ia(re-) apresenada em (3.9) a zero e deermina-se o insane em que ocorre o pico de correne para o inervalo considerado. Assim: sen ω π 6 Cnc = (3.76) 3 p Por sua vez, pela idenidade rigonomérica em-se que: sen ω π 6 π 6 Cnc = sen π ω = (3.77) 3 p ogo: pico = π sen Cnc 3 ω p π 6 (3.78) Subsiuindo (3.78) na expressão da correne ia(re-) para o inervalo enre e 4 deerminada em (3.), calcula-se aravés de (3.79) o valor de pico da correne que circula pelos diodos da pone reificadora do R. Cnc ( pico ) = ia(re ) ( ) (3.79) 3 p π π cos ω pico cos ω ω 6 6 I Dnc(pico) Desconsiderando o curo inervalo em que ocorre o efeio de comuação dos diodos da pone reificadora, cada diodo conduz durane aproximadamene um erço do período em 6 Hz. Dese modo, a correne média que circula por cada diodo da pone reificadora do R é aproximadamene igual a um erço do valor médio da correne inc, sendo, porano, aproximadamene igual a um erço do valor da correne de carga Io. Assim: I i I P nc(médio) o o Dnc(médio) = = = (3.8) 3 3 3o 69

72 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do R Considerando que a condição críica de operação do R ocorre durane condições normais de suprimeno da rede elérica onde o mesmo processa cerca de 73% dos 5 kw exigidos pela carga, as especificações de projeo do reificador não conrolado de seis pulsos com induores do lado CA são apresenados na Tab. 3.. Tab. 3. Especificação de projeo do R. Parâmeros Símbolo alor Tensão média no barrameno CC o 4 alor de pico das ensões v an, v bn e v cn para condição normal de suprimeno da rede p 8 Tensão média no capacior C Cnc 93 Poência media oal de saída P o 5 kw Frequência da rede f 6 Hz Frequência angular da rede ω 377 rad/s Ondulação da ensão no capacior C Cnc Os insanes e 4 são deerminados aravés de (3.) e (3.3), respecivamene. O insane 5 é obido aravés da solução numérica de (3.59) e o insane é calculado uilizando (3.39). Os insanes 7 e 8 são deerminados aravés de (3.47) e (3.54), respecivamene. O insane pico, por sua vez, é deerminado aravés de (3.78). A Tab. 3. informa os valores dos insanes obidos para a solução do equacionameno apresenado para o R. Tab. 3. Insanes obidos para a solução do equacionameno do R. Insane Fórmula alor Insane Fórmula alor = sen 3 ω Cnc p,53 ms T =,943 ms 6 5 pico π sen Cnc Cnc π 3 6 3,78 ms p 4 π sen 3 3 p pico = 4,99 ms 4 = ω ω Insane Fórmula alor Solução numérica de: 5 Cnc T p T 5 cosω 5 cos(ω ) 3 6 ω 6 4,7 ms Cnc p ( 5 4 ) [ cos( ω 5 ) cos( ω 4 )] i a(re ) ( 4 ) = 3 ω Insane Fórmula alor Insane Fórmula alor 7 T = 7,767 ms 8 8 = ,4987 ms

73 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Subsiuindo-se os valores das Tab. 3. e Tab. 3. em (3.7), (3.74), (3.75), (3.79) e (3.8), dimensiona-se os componenes passivos e os semiconduores que compõem o circuio de poência do R, cujos valores aproximados de projeo são fornecidos pela Tab Tab. 3.3 Resumo do projeo do R. Componene Parâmero alor Induores Induância 9 µh Capacior C Capaciância 35 µf Diodos da pone reificadora Tensão de pico Correne de pico Correne média 93 7,9 A 4, A Dimensionameno do conversor Full-ridge As subseções que se seguem demonsram a meodologia de dimensionameno dos componenes passivos, dos inerrupores e dos diodos que compõem o circuio de poência do conversor Full-ridge Dimensionameno dos componenes passivos do conversor Full-ridge Considerando a dinâmica eórica radicional de chaveameno demonsrada na Fig. 3., o conversor Full-ridge rabalha em dois eságios que ocorrem para cada meade do período de chaveameno (Tch), com um oal de quaro condições de operação, sendo a quara condição uma repeição da segunda, conforme descrio na Tab Fig. 3. Dinâmica eórica dos pulsos de chaveameno dos inerrupores S F, S F, S 3F e S 4F. 7

74 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Tab. 3.4 Possíveis condições dos inerrupores do conversor Full-ridge. Condição SF SF S3F S4F Fechado Abero Abero Fechado Abero Abero Abero Abero 3 Abero Fechado Fechado Abero 4 Abero Abero Abero Abero Com base na Tab. 3.4 modela-se o circuio composo pelo reificador não conrolado e pelo conversor Full-ridge rabalhando junos para fornecer o barrameno CC à carga e deerminam-se as equações diferenciais necessárias para o dimensionameno dos componenes passivos do circuio. A Fig. 3. ilusra o circuio composo pelo reificador não conrolado e pelo conversor Full-ridge para a condição de operação. ale salienar que durane a condição de operação, o diodo D7 esá conduzindo e o diodo D8 esá bloqueado. Fig. 3. Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para a condição de operação. As equações diferenciais da correne no induor F e das ensões nos capaciores Cp e CF do conversor Full-ridge para a condição de operação são fornecidas por (3.8) a (3.83). difb() N N = vcp() vcfb() o(oos) () (3.8) d N N F F F dvcp() N = ifb() (3.8) d N C p dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.83) d C R C R C F o F o F 7

75 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo A Fig. 3.3 ilusra o circuio composo pelo reificador não conrolado e pelo conversor Full-ridge para as condições e 4 de operação. Durane as condições e 4 de operação, os diodos D7 e D8 esão conduzindo devido o processo de ransferência de energia por pare do induor F. Fig. 3.3 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para as condições e 4 de operação. As equações diferenciais da correne no induor F e das ensões nos capaciores Cp e CF do conversor Full-ridge para as condições e 4 de operação são fornecidas por (3.84) a (3.86). difb() = vcfb() (3.84) d F dv Cp () = (3.85) d dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.86) d C R C R C F o F Por úlimo, a Fig. 3.4 ilusra o circuio composo pelo reificador não conrolado e pelo conversor Full-ridge para a condição 3 de operação. É imporane frisar que durane a condição 3 de operação, o diodo D8 esá conduzindo e o diodo D7 esá bloqueado. As equações diferenciais da correne no induor F e das ensões nos capaciores Cp e CF do conversor Full-ridge para a condição 3 de operação são fornecidas por (3.87) a (3.89). o F 73

76 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo difb() N N = vcp() vcfb() o(oos) () (3.87) d N N F F F dvcp() N = ifb() (3.88) d N C p dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.89) d C R C R C F o F o F Fig. 3.4 Arranjo opológico da associação do reificador não conrolado e o conversor Full-ridge para a condição 3 de operação. Para faciliar a modelagem, desconsiderou-se a presença de componenes conínuas de correne no primário do ransformador, eliminando-se assim o papel do capacior série Cp no equacionameno. Desa forma as equações diferenciais para a condição de operação do conversor Full-ridge são represenadas aravés de (3.9) e (3.9), para as condições e 4 de operação são dadas por (3.9) e (3.93), e para a condição 3 de operação são definidas por (3.94) e (3.95). difb() N = vcfb() o(oos) () (3.9) d N F F dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.9) d C R C R C F o F o F difb() = vcfb() (3.9) d F dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.93) d C R C R C F o F o F 74

77 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo difb() N = vcfb() o(oos) () (3.94) d N F F dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (3.95) d C R C R C F o F Tomando como foco o º Eságio de operação do conversor Full-ridge cuja duração é a meade do período de chaveameno, e considerando que o capacior CF é suficienemene grande para haver em seus erminais uma ensão conínua, deermina-se, aravés de (3.9), a expressão da ensão sobre o induor F para a condição de operação no inervalo de empo analisado. Onde, v fb () Δi () N o fb = F = Cfb o(oos) (3.96) Δ N F F = Cfb N N Δi fb o(oos) Δ (3.97) Mas de acordo com a Fig. 3., o inervalo é deerminado pelo produo enre a ração cíclica (d) e a meade do período de chaveameno (Tch). Considerando a operação para a razão cíclica máxima (dmax), em-se que: Δ T d ch max = dmax = (3.98) fch Subsiuindo (3.98) em (3.97), obém-se a expressão para deerminação da induância F do conversor Full-ridge. F N o(oos) N Cfb = d max (3.99) N Δi f fb Considerando a Fig. 3.4 (a), a correne no induor F (ifb) é dada pela soma enre a componene de correne no capacior CF (icfb) e a correne oal de carga (Io). i () fb ch = icfb() I o (3.) Sabendo-se que o valor médio da correne no capacior é nulo, deermina-se o valor médio da correne no induor F por meio de (3.). i fb(médio) = I o (3.) 75

78 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Poso que a parcela da correne média enregue à carga por pare do conversor Full-ridge é igual à própria correne de carga oal (Io), a variação de carga QCfb no capacior CF é dada por (3.). Subsiuindo-se (3.98) em (3.) chega-se à expressão da variação de carga no capacior, esabelecida por (3.3). ΔQ Cfb = I o Δ (3.) ΔQ Cfb I d P d max o max = o = (3.3) fch o fch A capaciância CF pode ser deerminada, porano, pela relação enre a variação de carga e a variação de ensão no capacior. C ΔQ P d Cfb o max F = = (3.4) ΔCfb o fch ΔCfb Dado que a razão cíclica do conversor Full-ridge deve ser de no máximo 5% [47], limia-se dmax para o valor de,49 de sore a eviar qualquer sobreposição enre os chaveamenos dos inerrupores. Sendo o ganho esáico do conversor Full-ridge deerminado por (3.4), a máxima ensão de saída para a razão cíclica máxima de,49 fornecida pelo mesmo durane a compensação série de ensão no barrameno CC é de 343. É de praxe uilizar um capacior série com o primário do ransformador do conversor Full-ridge de forma a impedir a circulação de componenes conínuas de correne que aparecem devido às desigualdades dos empos de comuação dos inerrupores, eviando-se assim, a possível sauração do núcleo do ransformador [47]. Ese capacior série forma um circuio ressonane junamene com a induância F referida ao primário do ransformador (Fp), cuja frequência de ressonância (fr) é dada por (3.6). Assim: Fp N = F N (3.5) f R = (3.6) π C Fp p C p = 4 π f R N N F (3.7) 76

79 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Recomenda-se que a frequência de ressonância seja 4 vezes menor que a frequência de chaveameno [47], e, porano, (3.8) define a expressão final para deerminação do capacior Cp. C p = π f ch 4 N N Dimensionameno dos semiconduores do conversor Full-ridge F (3.8) A máxima ensão a qual os inerrupores SF, SF, S3F e S4F esão submeidos é dada pela ensão aplicada na enrada do conversor Full-ridge. Desa forma: Sfb(pico) = o(oos) (3.9) As correnes de pico nos inerrupores SF, SF, S3F e S4F são deerminadas pelo valor de pico da correne no induor F refleido para o primário do ransformador. Uma vez que a relação enre as correnes do primário e secundário é dada pela relação inversa do número de espiras, em-se que: I Sfb(pico) = I o Po = o Δi fb Δi fb N N N N = I o Po = o Δi fb Δi fb N N 3 N N 3 = (3.) As correnes médias máximas nos inerrupores SF, SF, S3F e S4F, por sua vez, são deerminadas pela correne de carga refleida para o primário do ransformador muliplicada pela razão cíclica máxima de operação do conversor. I N d I N d P 3 o o 3 Sfb(médio) = Io max = o max = max = max (3.) N N o N o N A máxima ensão a qual os diodos D7 e D8 esão submeidos é dada pela ensão aplicada na enrada do conversor Full-ridge refleida para o secundário do ransformador. Assim: N N d N 3 Dfb(pico) = o(oos) = o(oos) (3.) N N As correnes de pico e média nos diodos D7 e D8 são deerminadas a parir de (3.3) e (3.4), respecivamene. I = I Δi P Δi o = o fb fb Dfb(pico) o (3.3) P N d 77

80 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo P I = o Dfb(médio) = Io (3.4) o Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do conversor Full-ridge As especificações de projeo do conversor Full-ridge são apresenadas na Tab Subsiuindo-se os valores da Tab. 3.5 em (3.99), (3.4) e (3.8) a (3.4), dimensiona-se os componenes passivos e os semiconduores que compõem o circuio de poência do conversor Full-ridge, cujos valores aproximados de projeo são fornecidos pela Tab Tab. 3.5 Especificação de projeo do conversor Full-ridge. Parâmeros Símbolo alor Tensão média no barrameno CC o 4 Tensão média de saída do conversor oos o(oos) 35 Razão cíclica máxima d max,49 Tensão média de saída do conversor Full-ridge para a razão cíclica máxima Cfb 343 Poência oal de saída P o 5 kw Frequência de chaveameno f ch 5 khz Relação de expiras enre primário e secundário do ransformador N /N = N /N 3 Ondulação da ensão no capacior C F Cfb,45 Ondulação da correne no induor F I fb,35 A Tab. 3.6 Resumo do projeo do conversor Full-ridge. Componene Parâmero alor Induor F Induância µh Capacior C F Capaciância 7 µf Capacior C p Capaciância 3,3 µf Chaves S F, S F, S 3F e S 4F Diodos D7 e D8 Tensão de pico Correne de pico Correne média Tensão de pico Correne de pico Correne média 35,675 A 6,5 A 35,675 A,5 A Dimensionameno do conversor oos As subseções que se seguem demonsram a meodologia de dimensionameno dos componenes passivos e dos inerrupores que compõem o circuio de poência do conversor oos. 78

81 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Dimensionameno dos componenes passivos do conversor oos Para dar início à modelagem maemáica para o dimensionameno dos componenes passivos, é necessário enender que o conversor oos oalmene conrolado com induores do lado CA apresena seis inerrupores, e desa forma, eoricamene o mesmo possui sessena e quaro possíveis condições de operação. Enreano, os inerrupores do conversor oos rabalham de forma complemenar, ou seja, sempre que S ou S ou S3 esiver fechado, S4 ou S5 ou S6 esará abero, respecivamene. iso a isso, o número de possíveis condições de operação do conversor oos é reduzido à oio, conforme descrio na Tab Tab. 3.7 Possíveis condições dos inerrupores do conversor oos. Condição S S S3 S4 S5 S6 Fechado Fechado Fechado Abero Abero Abero Fechado Fechado Abero Abero Abero Fechado 3 Fechado Abero Fechado Abero Fechado Abero 4 Fechado Abero Abero Abero Fechado Fechado 5 Abero Fechado Fechado Fechado Abero Abero 6 Abero Fechado Abero Fechado Abero Fechado 7 Abero Abero Fechado Fechado Fechado Abero 8 Abero Abero Abero Fechado Fechado Fechado Com base na Tab. 3.7 modela-se o circuio do conversor oos e deerminam-se as equações diferenciais que represenam seu comporameno para cada possível condição de operação. A Fig. 3.5 ilusra o circuio do oos para a condição de operação. Fig. 3.5 Arranjo opológico do conversor oos para a condição de operação. Para faciliar os cálculos considera-se que não há perdas nos semiconduores do circuio e, porano, assume-se que a poência de saída processada por Re- é igual à poência de saída processada pelo conversor oos, podendo ser deerminada por (3.5). P o(re Po ) = Cfb Io = Cfb (3.5) Porano a resisência de carga equivalene à operação do conversor Full-ridge (RF) é dada por (3.6). o 79

82 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo R F o(oos) = (3.6) P o(re ) As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição de operação são fornecidas por (3.7) a (3.). di a(re) d () = v an () (3.7) di di b(re) d c(re) d () = () = v v bn cn () () (3.8) (3.9) dv o(oos) d () = vo(oos) () (3.) R C F A Fig. 3.6 ilusra o circuio do oos para a condição de operação. Fig. 3.6 Arranjo opológico do conversor oos para a condição de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição de operação são fornecidas por (3.) a (3.4). di a(re) d () = 3 v o(oos) () v an () (3.) di b(re) di d c(re) d () = 3 () = 3 v v o(oos) o(oos) () () v v cn bn () () (3.) (3.3) 8

83 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo dv o(oos) d () = ic(re ) () vo(oos) () (3.4) C R C A Fig. 3.7 ilusra o circuio do oos para a condição 3 de operação. F Fig. 3.7 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 3 de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 3 de operação são fornecidas por (3.5) a (3.8). di a(re) d () = 3 v o(oos) () v an () (3.5) di di b(re) d c(re) d () = 3 () = 3 v v o(oos) o(oos) () () v bn v () cn () (3.6) (3.7) dv o(oos) d () = ib(re ) () vo(oos) () (3.8) C R C A Fig. 3.8 ilusra o circuio do oos para a condição 4 de operação. F Fig. 3.8 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 4 de operação. 8

84 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 4 de operação são fornecidas por (3.9) a (3.3). di a(re) d () = 3 v o(oos) () v an () (3.9) di di b(re) d c(re) d () = 3 () = 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (3.3) (3.3) dv o(oos) d () = ia(re ) () vo(oos) () (3.3) C R C A Fig. 3.9 ilusra o circuio do oos para a condição 5 de operação. F Fig. 3.9 Arranjo opológico do conversor oos para a condição 5 de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 5 de operação são fornecidas por (3.33) a (3.36). di a(re ) d () = 3 v o(oos) () v an () (3.33) di di b(re) d c(re) d () = 3 () = 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (3.34) (3.35) dv o(oos) d () = ia(re ) () vo(oos) () (3.36) C R C F 8

85 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo A Fig. 3. ilusra o circuio do oos para a condição 6 de operação. Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 6 de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 6 de operação são fornecidas por (3.37) a (3.4). di a(re ) d () = 3 v o(oos) () v an () (3.37) di b(re) di d c(re) d () = 3 () = 3 v v o(oos) o(oos) () () v v cn bn () () (3.38) (3.39) dv o(oos) d () = ib(re ) () vo(oos) () (3.4) C R C A Fig. 3. ilusra o circuio do oos para a condição 7 de operação. F Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 7 de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 7 de operação são fornecidas por (3.4) a (3.44). 83

86 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo di di di a(re ) d b(re) d c(re) d () = 3 () = 3 () = 3 v v v o(oos) o(oos) o(oos) () () () v v an bn v () () cn () (3.4) (3.4) (3.43) dv o(oos) d () = ic(re ) () vo(oos) () (3.44) C R C A Fig. 3. ilusra o circuio do oos para a condição 8 de operação. F Fig. 3. Arranjo opológico do conversor oos para a condição 8 de operação. As equações diferenciais das correnes nos induores e da ensão no capacior que deerminam o comporameno do conversor oos para a condição 8 de operação são fornecidas por (3.45) a (3.48). di a(re) d () = v an () (3.45) di di b(re) d c(re) d () = () = v v bn cn () () (3.46) (3.47) dv o(oos) d () = vo(oos) () (3.48) R C F De posse das equações diferenciais para cada condição de operação, analisa-se agora o conversor oos aravés do circuio equivalene apresenado na Fig. 3.3 [35], ao 84

87 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo qual considera-se que o capacior C é suficienemene grande a pono do conversor Full- ridge enxergar a ensão sobre C como uma fone de ensão conínua. Fig. 3.3 Circuio simplificado do conversor oos. Em consequência dos chaveamenos dos inerrupores serem complemenares, quando S, S e S3 esão fechados, as ensões a, b e c são iguais à meade da ensão o(oos). Por sua vez, quando S, S e S3 esão aberos, as ensões a, b e c são iguais ao negaivo da meade da ensão o(oos). Desa forma, o(oos) a() = d() o(oos) (3.49) o(oos) b() = d() o(oos) (3.5) o(oos) c() = d3() o(oos) (3.5) Onde: d, d e d3 Razões cíclicas de rabalho dos inerrupores S, S e S3, respecivamene. Desenvolvendo-se as equações de malhas para as razões cíclicas, obém-se (3.5) a (3.54). d d d 3 di () a(re ) () = van() (3.5) d o(oos) o(oos) di () b(re ) () = vbn() (3.53) d o(oos) o(oos) di () c(re ) () = vcn() (3.54) d o(oos) o(oos) 85

88 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Uma vez que é inviável a uilização de valores muio grandes de induores, podese desconsiderar a erceira parcela das expressões (3.5), (3.53) e (3.54), de al forma que as expressões finais das razões cíclicas de rabalho dos inerrupores S, S e S3 podem ser simplificadas de acordo com (3.55), (3.56) e (3.57), respecivamene [35]. Observa-se que as razões cíclicas de rabalho apresenam valores que variam seguindo um comporameno senoidal. d () = p sen(ω ) (3.55) o(oos) π d () = p sen ω (3.56) 3 o(oos) π d3 () = p sen ω (3.57) 3 o(oos) Escolhendo-se um valor arbirário para a induância, gerou-se, em função de, o gráfico das derivadas da correne de linha de enrada ia(re-) para cada uma das possíveis condições de operação do conversor oos esabelecidas por (3.7), (3.), (3.5), (3.9), (3.33), (3.37), (3.4) e (3.45) [35], [48], conforme ilusrado na Fig Observa-se que a variação máxima da correne ia(re-) ocorre quando é igual a 9. Fig. 3.4 Comporameno das derivadas da correne i a(re-) para cada condição de operação do conversor oos em função da variação de. Para a análise das razões cíclicas d, d e d3 esabelecidas por (3.55), (3.56) e (3.57) respecivamene, gera-se o gráfico demonsrado na Fig

89 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Fig. 3.5 Comporameno das razões cíclicas em função da variação de. Noa-se que, para igual a 9, d () > d() (3.58) d () > d3() (3.59) d () = d3() (3.6) De acordo com (3.58), (3.59) e (3.6), para igual a 9 as possíveis condições de operação do conversor oos são a, a 4 e a 8. A Fig. 3.6 apresena as possibilidades de pulsos de comando dos inerrupores S, S e S3 para igual a 9. Fig. 3.6 Possibilidades de pulsos de comando dos inerrupores S, S e S 3 para igual a 9. 87

90 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo evando em consideração a condição de operação do conversor oos e igual a 9, a ensão sobre o induor da fase A pode ser deerminado aravés de (3.7). v = b = van(ω = 9º) = p sen(9º) p (3.6) De acordo com a Fig. 3.6, o empo de duração ( ) da condição de operação do conversor oos é deerminado por (3.6). Δ = d T ch (3.6) Mas para igual a 9, a razão cíclica d pode ser calculada aravés de (3.56). d p () = p sen(9º º) = (3.63) o(oos) o(oos) Porano, p Δ = T ch (3.64) o(oos) Sabendo-se que, para o inervalo de empo analisado, v b dia(re) Δia(Re) = = (3.65) d Δ E subsiuindo-se (3.6) e (3.64) em (3.65), v b = Δi Δ a(re ) p = Δi a(re ) p o(oos) T ch (3.66) Obém-se a expressão para a deerminação da induância da fase A para o período de chaveameno esabelecido, resolvendo-se (3.66) para. p (o(oos) p ) = (3.67) f Δi o(oos) ch a(re ) A mesma análise realizada para a deerminação da induância da fase A pode ser esabelecida para as fases e C, de al forma que, as expressões de a serem obidas serão iguais à apresenada em (3.67). Escolhendo-se um valor arbirário para o capacior C, gerou-se, em função de, o gráfico das derivadas da ensão vcb para cada uma das possíveis condições de operação do conversor oos esabelecidas por (3.), (3.4), (3.8), (3.3), (3.36), (3.4), (3.44) e (3.48), conforme ilusrado na Fig Observa-se que a variação máxima da 88

91 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo ensão vcb ocorre para valores de iguais a 3, 9, 5,, 7 e 33. Para reduzir os equacionamenos necessários para deerminar a expressão do capacior C, direcionou-se a análise para igual a 9. Fig. 3.7 Comporameno das derivadas da ensão v Cb para cada condição de operação em função da variação de. A variação de carga QCb no capacior C é dada por (3.68). Subsiuindo-se (3.64) em (3.68) chega-se à expressão da variação de carga no capacior, esabelecida por (3.69). ΔQ Cb P = o(re ) o(oos) Δ (3.68) ΔQ Cb P = o(re ) o(oos) p o(oos) T ch = P ( ) o(re ) o(oos) o(oos) fch p (3.69) A capaciância C pode ser deerminada, porano, pela relação enre a variação de carga e a variação de ensão no capacior. C ΔQ = Δ Cb Cb P = ( ) o(re ) o(oos) o(oos) fch Dimensionameno dos semiconduores do conversor oos Δ p Cb (3.7) A máxima ensão a qual os inerrupores S, S, S3, S4, S5 e S6 esão submeidos é dada pela ensão no capacior de saída do conversor oos. Desa forma: Sb(pico) = o(oos) (3.7) 89

92 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo Mais uma vez, desconsiderando as perdas no RHT e considerando que o mesmo drena da rede correnes de linha de enrada senoidais e em fase com as ensões rifásicas de alimenação (faor de poência uniário), pode-se afirmar que: S in 3 = Pin = Po = 3RMS I RMS = p I p (3.7) Resolvendo (3.7) para Ip, chega-se na expressão que deermina o valor de pico das correnes de linha drenadas pelo RHT: I P o p = (3.73) 3p Fazendo uma análise das correnes drenadas pela fase A de Re- e Re-, percebese aravés da Fig. 3. que o pico da correne ia(re-) ocorre no insane 5. Sendo a correne ia(in) o resulado da soma enre as correnes ia(re-) e ia(re-), pode-se deerminar o valor de pico da correne ia(re-) aravés da diferença enre a correne senoidal ia(in)(5) e a correne ia(re-)(5). evando em consideração que a correne máxima drenada pela fase A de Re- é igual à correne máxima nos inerrupores do circuio, em-se que: por (3.75). I ( ) i ( ) Sb(pico) = ia(re )(pico) = ia(in) 5 a(re ) 5 (3.74) Dado que a correne ia(in) é considerada senoidal, sua expressão pode ser definida i a(in) P = p (3.75) 3 o ( ) I sen( ω) = sen( ω) p Sendo os valores de ia(in)(5) e ia(re-)(5) definidos pela subsiuição do insane 5 em (3.75) e em (3.34), respecivamene, deermina-se o valor de pico da correne que circula pelos inerrupores S, S, S3, S4, S5 e S6 do conversor oos aravés de (3.76). Cnc ( ) P o = sen( ω5 ) ia(re ) ( ) (3.76) 3 p p [ cos( ω5 ) cos( ω4 )] ω I Sb(pico) 4 Tomando por base a chave S, é possível deerminar o valor médio de sua correne a parir da muliplicação do valor médio da razão cíclica d pela diferença enre os valores médios das correnes ia(in) e ia(re-) para a meade do período referene à 9

93 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 9 frequência da rede. Considerando que as correnes médias nas chaves S, S3, S4, S5 e S6 possuem o mesmo valor que a correne média na chave S, em-se que: ( ) ( ) ( ) = d d T d i d i T I T T ) a(re T a(in) Sb(médio) (3.77) O valor médio da razão cíclica d para a meade do período referene à frequência da rede pode ser deerminado a parir do cálculo do valor médio de (3.55). ogo: ( ) d ) sen(ω T d d T T p o(oos) T = (3.78) O valor médio da correne ia(in) para a meade do período referene à frequência da rede pode ser deerminado a parir do cálculo do valor médio de (3.75). Assim: ( ) ( ) d ω sen 3 P T d i T T p o T a(in) = (3.79) Com base na Fig. 3., o valor médio da correne ia(re-) para a meade do período referene à frequência da rede pode ser deerminado pela soma dos valores médios da correne ia(re-) para os inervalos enre e, enre e, enre e 4, enre 4 e 5, enre 5 e 7, enre 7 e 8 e enre 8 e T/. Desa forma: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) = d i d i d i d i d i d i d i T d i T T ) a(re ) a(re ) a(re ) a(re ) a(re ) a(re ) a(re T ) a(re (3.8) Sabendo que para os inervalos enre e, enre e, enre e 4, enre 4 e 5, enre 5 e 7, enre 7 e 8 e enre 8 e T/, a correne ia(re-) é definida por (3.5), (3.4), (3.), (3.34), (3.45), (3.56) e (3.58), respecivamene, o valor médio da correne ia(re-) pode ser definida por (3.8).

94 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo 9 ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) = d ) ( i ω cos ω cos ω ) ( 3 d ) ( i 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( d ) ( i ω cos ω cos ω ) ( 3 d ) ( i 6 π ω cos 6 π ω cos ω 3 ) ( d ) cos(ω ) cos(ω ω ) ( 3 T d i T ) a(re 7 p 7 Cnc 5 ) a(re 5 p 5 Cnc 4 ) a(re 4 p 4 Cnc ) a(re p Cnc p Cnc T ) a(re (3.8) Por fim, o valor médio das correnes nos inerrupores S, S, S3, S4, S5 e S6 pode ser obido a parir da subsiuição (3.78), (3.79) e (3.8) em (3.77) Especificações de projeo e resumo dos componenes passivos e dos semiconduores do conversor oos As especificações de projeo do conversor oos rifásico oalmene conrolado são apresenados na Tab Conforme definido por (3.5), a poência de saída do conversor oos, desconsiderando-se as perdas nos semiconduores, depende da ensão de saída do conversor Full-ridge. Desa forma, projea-se o conversor oos para a condição de operação de 5% de afundameno nas ensões rifásicas de alimenação. Para esa condição de operação ocorre uma queda na ensão média de saída do reificador não conrolado de 93 para 46,5, o que deermina uma ensão máxima de saída do conversor Full-ridge de 53. Para esa condição de suprimeno da rede elérica,

95 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo aravés de (3.5) deermina-se enão, que para a pior condição de operação, a poência média processada por Re- é de 3,7 kw. Tab. 3.8 Especificação de projeo do conversor oos. Parâmeros Símbolo alor alor de pico para 5% de afundameno nas ensões v an, v bn e v cn p 46,5 Tensão média de saída do conversor oos o(oos) 35 Induâncias do R 9 µh Tensão média no capacior C Cnc 93 Frequência de chaveameno máxima f ch 5 khz Frequência angular da rede ω 377 rad/s Ondulação da ensão no capacior C Cb, Ondulação da correne no induor I a(re-),65 A Poência média processada por Re- para a condição de 5% de afundameno P o(re-) 3,7 kw Poência média oal de saída P o 5 kw Apesar do conversor oos ser projeado para a condição de 5% de afundameno nas ensões rifásicas de alimenação, na maior pare do empo, para condições normais de suprimeno da rede elérica, o mesmo processará uma poência média em orno de,34 kw, viso que o conversor Full-ridge conribuirá com uma ensão média de 7 ao barrameno CC. Subsiuindo-se os valores da Tab. 3.8 em (3.67), (3.7), (3.7), (3.76) e (3.77) dimensiona-se os componenes passivos e os semiconduores que compõem o circuio de poência do conversor oos, cujos valores aproximados de projeo são fornecidos pela Tab Tab. 3.9 Resumo do projeo do conversor oos. Componene Parâmero alor Induor Induância mh Capacior C Capaciância 6 µf Chaves S, S, S 3, S 4, S 5 e S 6 Tensão de pico Correne de pico Correne média 35 33,55 A,88 A 3.4. Considerações finais Nese capíulo foi dealhado uma sequência de equacionamenos maemáicos e modelagens no domínio do empo para fins de dimensionameno dos componenes passivos e dos disposiivos semiconduores do RHT. ale salienar que ambas as 93

96 Capíulo 3 Princípio de Funcionameno e Dimensionameno do Reificador Híbrido Trifásico Proposo esruuras que compõem o RHT, Re- e Re-, foram projeadas para a condição exrema de operação as quais poderão ser submeidas, levando em consideração que a pior condição de operação para Re- ocorre durane condições normais de suprimeno da rede elérica e para Re- ocorre durane a ocorrência de um afundameno de 5% nas ensões rifásicas de alimenação. Todo esse equacionameno e essa modelagem maemáica foi realizado parindo do princípio de operação do RHT ambém apresenado nese capíulo. Com relação ao princípio de funcionameno, foi possível perceber que o RHT opera com a capacidade de impor correnes de linha de enrada senoidais, assegurando baixo coneúdo harmônico de correne e elevado faor de poência. Além do conrole de correne, o RHT é capaz de fornecer um barrameno CC esável para alimenação de cargas CC, sendo capaz de maner a ensão no barrameno fixa em 4 mesmo durane condições de afundamenos emporários de ensão os quais a rede CA esá suscepível. 94

97 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 4.. Considerações Iniciais O foco dese capíulo é a apresenação da esraégia de conrole adoada para esabelecer com que o RHT realize a imposição de correnes de linha de enrada senoidais e a regulação de ensão no barrameno CC. Assim com exposo no princípio de funcionameno apresenado no Capíulo 3, a écnica de conrole para regulação de ensão é baseada na compensação série ensão, onde os capaciores de saída das esruuras Re- e Re- são configurados em série, de al forma que a ensão no barrameno CC é composa pela soma das ensões neses capaciores. A esraégia para imposição de correnes segue o princípio de conrole por hiserese, em que a imposição ocorre aravés da comparação direa das correnes de linha de enrada com referências senoidais geradas digialmene. Uma meodologia de cálculo uilizando a represenação no espaço de esados é realizada e uilizada na deerminação das formas de ondas necessárias para esimar as funções de ransferência dos conversores Full-ridge e oos, bem como no projeo dos conroladores responsáveis pelo correo funcionameno da esraégia de conrole. 4.. Esraégia de Conrole Conforme apresenado no Capíulo 3, a écnica de conrole uilizada para o RHT objeiva a imposição de correnes de linha de enrada senoidais aravés da uilizando do conversor oos rifásico para garanir uma baixa disorção harmônica e um elevado faor de poência na enrada; e a compensação série de ensão no barrameno CC aravés da uilização de um conversor Full-ridge isolado cujo capacior de saída é ligado em série com o capacior de saída do reificador não conrolado. As subseções que se seguem dealham as esraégias de conrole adoadas de maneira separada para os conversores Full-ridge e oos. 95

98 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 4... Esraégia de Conrole do Conversor Full-ridge No que diz respeio à compensação série de ensão no barrameno CC, a Fig. 4. demonsra o diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor Full-ridge, considerando o circuio equivalene, onde a saída do conversor oos é visa pela enrada do conversor Full-ridge como uma fone de ensão o(oos). Para o correo funcionameno da esraégia de conrole do conversor Full-ridge, é necessária a realização apenas da aquisição do sinal da ensão no barrameno CC (o). Fig. 4. Diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor Full-ridge. De modo a promover uma ensão de 4 no barrameno CC, uiliza-se um conrolador de ensão que processa o sinal de erro ev(f) enre a ensão de saída o e a referência de ensão o *, definida em 4. O conrolador fornece um sinal de saída uv(f) que é uilizado para a geração dos pulsos enviados aos inerrupores SF, SF, S3F 96

99 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores e S4F do conversor Full-ridge. O objeivo da lógica para geração dos pulsos dos inerrupores do conversor Full-ridge é reduzir o erro ev(f) a zero e consequenemene esabelecer que a ensão no barrameno CC siga a referência de ensão desejada. Conforme definido no equacionameno maemáico apresenado no Capíulo 3, para garanir que a razão cíclica máxima de operação dos inerrupores seja de,49 para a meade do período de chaveameno (Tch), aplica-se um limiador sobre o sinal de saída uv(f) do conrolador de ensão. Para a geração dos sinais de pulso enviados às chaves SF (GSF) e S4F (GS4F), esabelece-se uma esraégia de conrole baseada em modulação por largura de pulso (Comparação PWM - Pulse-Widh Modulaion), onde é realizada a comparação enre a saída uv(f) saurada (uv(sa)) e uma onda dene-de-serra de ampliude uniária e frequência de 5 khz (DS * ). Desa forma, enquano uv(sa) for maior que DS *, níveis alos de pulso são enviados para SF e S4F, e caso conrário, são enviados níveis baixos de pulso. A Fig. 4. ilusra o resulado da esraégia de conrole PWM clássica adoada. Fig. 4. Sinais de gailho dos inerrupores S F, S F, S 3F e S 4F do conversor Full-ridge. Como a lógica de chaveameno de SF e S4F descria aneriormene garane o rabalho deses inerrupores para a primeira meade de Tch, orna-se necessário esabelecer o chaveameno dos inerrupores SF e S3F para a segunda meade de Tch. Para a geração dos pulsos enviados às chaves SF (GSF) e S3F (GS3F), primeiramene o sinal uv(sa) passa por um módulo de comparação PWM com deslocameno de fase (Comparação PWM com Phase Shif). O módulo de comparação PWM com Phase Shif acresce de,5 o sinal uv(sa) e compara-o com a meade superior de DS *, garanindo que sinais de pulsos defasados em meade do período de chaveameno em relação os sinais 97

100 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores GSF e GS4F sejam enviados para os inerrupores SF e S3F, conforme pode ser observado pela Fig. 4.. Dado que o sinal de saída uv(f) do conrolador de ensão varia de acordo com a necessidade de anular do erro ev(f) enre a ensão no barrameno CC e a referência de ensão, as razões cíclicas de operação dos inerrupores variam para garanir o correo funcionameno da compensação série de ensão no barrameno CC Esraégia de Conrole do Conversor oos No que ange a imposição de correnes de linha de enrada e o fornecimeno de uma ensão conínua de 35 na enrada do conversor Full-ridge, a Fig. 4.3 demonsra o diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor oos. Fig. 4.3 Diagrama esquemáico do circuio de conrole do conversor oos. 98

101 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores O conrole do conversor oos baseia-se no conrole da ensão no seu capacior de saída a parir da imposição de correnes de linha de enrada senoidais na enrada da esruura reificadora híbrida, sendo esse conrole de correne definido pela comparação direa enre as correnes drenadas e suas respecivas referências senoidais (hiserese). Para o correo funcionameno desa esraégia de conrole, são realizadas see aquisições de sinais: os sinais das correnes de linha de enrada (ia(in), ib(in) e ic(in)); os sinais das ensões fase-neuro (van, vbn e vcn); e o sinal da ensão no capacior C (o(oos)). É imporane ressalar que as aquisições das ensões de alimenação são realizadas para fins de referências de fase uilizadas pelos Ps (Phase ock oop) visando esabelecer referências de correne senoidais em fase com as ensões fase-neuro. A fim de promover uma ensão de 35 na enrada do conversor Full-ridge, uiliza-se um conrolador de ensão que processa o sinal de erro ev() enre a ensão de saída do conversor oos o(oos) e a referência de ensão o(oos) *, definida em 35. O sinal de saída uv() dese conrolador de ensão é enão muliplicado às referências senoidais digiais isen-a *, isen- * e isen-c * geradas pelos Ps de cada fase, de modo a variar a ampliude das referências de correne objeivando compensar qualquer variação na ensão o(oos). Porano, caso alguma queda na ensão de saída do conversor oos ocorra (devido a um afundameno emporário nas ensões de alimenação, por exemplo), o conrolador de ensão gera um sinal uv(), que ao ser muliplicado a isen-a *, isen- * e isen-c *, promove o aumeno da ampliude desas referências, fazendo com que o conversor oos drene mais correne da rede para maner o processameno da poência de saída consane, garanindo que a ensão o(oos) permaneça no valor de referência. As referências finais de correne iref-a, iref- e iref-c são deerminadas, porano, pela muliplicação de isen-a *, isen- * e isen-c *, respecivamene, pela saída uv() do conrolador de ensão. O conrole de correne por hiserese por sua vez, baseia-se na comparação enre as correnes de linha de enrada ia(in), ib(in) e ic(in) do RHT, obidas a parir de sensores de correne, e as referências finais de correne iref-a, iref- e iref-c, respecivamene. Essa comparação dá origem aos sinais de gailho GS4, GS5 e GS6 que são enviados aos inerrupores S4, S5 e S6, respecivamene. Como o funcionameno dos inerrupores do conversor oos ocorre de forma complemenar, os sinais de gailho de S, S e S3 (GS, GS e GS3) são gerados aplicando-se uma lógica no nos sinais de gailho GS4, GS5 e GS6, respecivamene. Porano, omando como exemplo o conrole da correne da fase A, caso a referência iref-a seja maior que a correne ia(in), nível alo de pulso é enviado para a chave 99

102 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores S4 e nível baixo de pulso é enviado para a chave S, e vice-e-versa. Com iso, a correne ia(re-) é imposa de al sore que, ao ser somada a ia(re-), o resulado desa soma dê origem a uma correne ia(in) em conformidade com a referência de correne iref-a Princípio de Funcionameno do P Tomando como exemplo a fase A, a Fig. 4.4 demonsra o esquema de implemenação do P. O sinal de saída do P (isen-a * ) é gerado a parir do cálculo do seno de uma onda dene-de-serra (DS). O valor da frequência da onda dene-de-serra define a frequência do sinal senoidal de saída. Porano, para que isen-a * apresene uma frequência de 6 Hz, é necessário configurar DS para esa mesma frequência. Fig. 4.4 Diagrama esquemáico do P implemenado para a fase A [44]. A mudança na fase de isen-a * dependerá da inclusão de um nível CC (CC) em DS. A presença de um nível CC com valor posiivo define que o seno de DS apresene um avanço de fase e um nível CC com valor negaivo define que o seno de DS apresene um araso de fase, conforme ilusrado na Fig Fig. 4.5 Relação enre o nível CC da onda dene-de-serra e a fase da senóide de saída do P.

103 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores A proporcionalidade enre o sinal CC adicionado a DS e a fase de isen-a * será uilizada para conrolar o sinal de saída do P, adianando ou arasando a referência senoidal para araca-la em fase com a ensão fase-neuro. O sinal CC é gerado aravés da ação de um conrolador proporcional-inegral (PI) cuja enrada é o resulado da saída de um filro passa-baixa. Ese filro é projeado para se ober o valor médio do seu sinal de enrada, sendo ese composo pelo produo de um sinal cossenoidal (coss) com o sinal correspondene à amosra da ensão de fase van com ampliude reduzida, conforme demonsrado na Fig Fig. 4.6 Represenação dos sinais inernos gerados na implemenação do P. iso que o conrolador PI opera a fim de gerar uma saída que orne sua enrada nula e que o resulado da muliplicação de duas senóides somene apresenará valor médio nulo se esas senóides forem defasadas de 9 uma da oura, o conrolador PI rabalhará para gerar o sinal CC que somado à DS resule no sinal DSCC cujo cosseno é defasado de 9 da ensão de fase van. Porano, o cálculo do seno de DSCC resulará em um sinal em fase com a ensão de alimenação, dando origem à referência isen-a *. ale salienar que o sinal DS é ajusado para aingir o valor máximo de π no final de seu período, garanindo uma variação de a 36 no ângulo da senóide que define a referência senoidal isen-a *. Os princípios de funcionameno dos Ps das fases e C são análogos ao apresenado para a fase A Projeo dos Conroladores Uma vez esabelecidas as esraégias de conrole adoadas para os conversores Full-ridge e oos, orna-se necessário o projeo dos conroladores responsáveis por

104 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores auar neses conversores de modo a consolidar o correo funcionameno do RHT em ermos de imposição de correnes de linha de enrada e de regulação de ensão no barrameno CC. Para o projeo deses conroladores, opou-se por seguir rês passos: º Passo - Modelagem maemáica e represenação no Espaço de Esados: Primeiramene modela-se o RHT para a obenção das represenações maemáicas no espaço de esados referenes às eapas de operação dos conversores Full-ridge e oos, conforme esabelecido pelas equações mariciais apresenadas em (4.) e (4.). x& = A x u (4.) y = C x Eu (4.) Onde x é o veor de esados, composo pelas variáveis de esado dos conversores Full- ridge e oos represenadas pelas correnes nos induores e as ensões nos capaciores, cujo número depende da quanidade de elemenos armazenadores de energia em seus circuios [49], [5]; ẋ é a derivada do veor de esados em relação ao empo; y é o veor resposa; u é o veor de enrada, composo pelas fones de alimenação dos circuios dos conversores; A é a mariz de sisema; é a mariz de enrada; C é a mariz de saída; e E é a mariz de ação avane. Como a quanidade de equações diferenciais que represenam os conversores Full- ridge e oos dependem das condições de operação dos inerrupores (abero ou fechado) presenes em seus circuios de poência, exisirão marizes A,, C e D disinas para cada eapa de operação dos conversores. º Passo - Uilização de um méodo de inegração para solução do modelo maemáico: De posse das represenações das equações diferenciais nas formas mariciais esabelecidas por (4.) e (4.), é uilizado um méodo de inegração capaz de razer solução para o veor de esados x e desa forma ober as formas de onda das variáveis de esados dos conversores Full-ridge e oos. Uma vez que para deerminar a solução do veor de esados é necessário realizar a inegração de (4.), conforme pode ser verificador aravés de (4.3) e (4.4), adoa-se o méodo de inegração rapezoidal para solucionar (4.4), cuja expressão que define a solução do modelo é represenada por (4.5) [49]. dx() d = [ A x() u() ] d d (4.3)

105 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Sendo que: [ A x() u() ] d x() = x() (4.4) [ u() u( Δ) ] x() = M x( Δ) N (4.5) M = I Δ A I Δ A (4.6) N = I Δ A Δ (4.7) Onde é o passo de inegração e I é a mariz idenidade de ordem igual ao número de variáveis de esado para cada conversor. Uma vez esabelecidos os valores iniciais das variáveis de esado, e de posse das marizes de sisema e de enrada para cada uma das condições de operação dos conversores Full-ridge e oos esabelecidas pelos esados de operação dos inerrupores, é possível deerminar os valores de M e N e uiliza-los na solução do modelo maemáico de acordo com a lógica de conrole esabelecida. 3º Passo - Solução do modelo maemáico para os conversores operando em malha abera: Por fim, o objeivo é a uilização do méodo de inegração rapezoidal definido por (4.5) para a solução do modelo maemáico dos conversores Full-ridge e oos operando em malha abera, e esabelecer degraus nas variáveis manipuladas especificas de cada conversor, ais como a razão cíclica e/ou as ampliudes de referências de correne, a fim de se verificar o comporameno das variáveis conroladas do sisema, ais como as ensões nos capaciores de saída e/ou as correnes imposas nos induores. Com base nas resposas ao degrau obidas, pode-se esimar as funções de ransferências que definem o comporameno em malha abera de cada conversor, e desa forma poder fechar a malha de cada sisema, esabelecer uma análise para a melhoria das resposas das variáveis conroladas e projear os conroladores responsáveis por auar direamene nos conversores Projeo do Conrolador de Tensão do Conversor oos Para o conrole de conversores CA-CC monofásicos e rifásicos responsáveis por promover a regulação da ensão de saída e a imposição de correnes de enrada senoidais, 3

106 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores comumene uiliza-se a écnica de conrole por correne média insanânea [5], que consa basicamene do desenvolvimeno de duas malhas de conrole, uma inerna e oura exerna, sendo a malha inerna mais rápida que a malha exerna, conforme pode ser observado pela Fig A malha inerna, ou de correne, é responsável por promover a imposição de correne mediane o conrole da razão cíclica de operação do(s) inerrupor(es) do circuio do conversor, e a malha exerna, ou de ensão, é responsável por promover a regulação da ensão de saída mediane o conrole da ampliude da(s) correne(s) imposa(s) na enrada do conversor. Fig. 4.7 Represenação das malhas inerna e exerna de conrole de conversores CA-CC. Para o conversor oos uilizado nese projeo opou-se por adoar uma malha de correne com conrole baseado em hiserese, conforme foi explicado na seção 4.. Poso que para a écnica de conrole por hiserese não é necessário o projeo de um conrolador para a malha de correne, já que a imposição de correne se dá a parir da comparação direa enre as correnes de linha de enrada e suas respecivas referências senoidais, o objeivo do projeo do conrole se vola para a especificação do conrolador de ensão responsável pelo conrole da malha exerna de ensão. Assim, o diagrama de blocos do sisema equivalene do conversor oos pode ser represenado aravés da Fig. 4.8, em que permie-se projear o conrolador de ensão com base na análise da função de ransferência equivalene do sisema em malha abera Gvi(eq)(S) que relaciona a ensão conrolada no capacior de saída do conversor oos (o(oos)(s) variável conrolada) com a manipulação das ampliudes das correnes de linha ia(re-), ib(re-) e ic(re-) imposas na enrada do conversor oos a parir da variação das ampliudes das referências senoidais de correne iref-a, iref- e iref-c (IRef(S) variável manipulada). 4

107 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (a) (b) Fig. 4.8 Diagrama de blocos do sisema equivalene do conversor oos: (a) em malha fechada e (b) em malha abera. Com a definição das variáveis manipulada e conrolada do sisema em malha abera do conversor oos, para a solução do modelo maemáico e o consequene projeo do conrolador de ensão, considerou-se o circuio apresenado na Fig. 4.9 como sisema de análise. Para faciliar a analise, adoou-se a operação isolada do conversor oos para a poência nominal da esruura Re- (7% de Po), rabalhando para impor correnes senoidais e regular a ensão de saída aplicada a uma carga de resisência RF, que por sua vez represena a resisência de carga equivalene à operação do conversor Full-ridge, a qual pode ser esimada a parir de (3.6). Para aumenar a fidelidade do modelo maemáico em relação à esruura do proóipo do conversor oos consruída na práica, considerou-se no equacionameno o efeio das resisências dos enrolamenos dos induores (Rb), obidos aravés de medições práicas. O objeivo é, porano, promover a solução do modelo maemáico de al maneira que seja possível esabelecer um degrau nas ampliudes das referências das correnes imposas e verificar o comporameno da ensão no capacior de saída do conversor oos, conforme pode ser observado pela Fig A resposa da ensão no capacior de saída do conversor oos a esse degrau de variação das ampliudes das referências de correne permie, porano, esimar a função de ransferência do sisema em malha abera de maneira a fornecer informações necessárias para o projeo do conrolador de ensão aravés do fechameno da malha. 5

108 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Fig. 4.9 Execução da solução do modelo maemáico do conversor oos para o degrau nas ampliudes das referências de correne. Considerando cada uma das condições dos inerrupores do circuio do conversor oos apresenadas na Tab. 3.7, as equações diferenciais que definem o comporameno do conversor oos levando em consideração as resisências dos enrolamenos dos induores são dadas por: Condição - inerrupores S, S e S3 em condução e S4, S5 e S6 bloqueados: di a(re ) d () Rb = ia(re ) () v an () (4.8) di di b(re) d c(re) d () Rb = ib(re () Rb = ic(re ) ) () () v v bn cn () () (4.9) (4.) dv o(oos) d () = vo(oos) () (4.) R C F Condição - inerrupores S, S e S6 em condução e S3, S4 e S5 bloqueados: di a(re) d () Rb = ia(re ) () 3 v o(oos) () v an () (4.) di b(re) d () Rb = ib(re ) () 3 v o(oos) () v bn () (4.3) 6

109 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores di c(re) d () Rb = ic(re ) () 3 v o(oos) () v cn () (4.4) dv o(oos) d () = ic(re ) () vo(oos) () (4.5) C R C Condição 3 - inerrupores S, S3 e S5 em condução e S, S4 e S6 bloqueados: di a(re) d () Rb = ia(re ) () 3 F v o(oos) () v an () (4.6) di di b(re) d c(re) d () Rb = ib(re () Rb = ic(re ) ) () 3 () 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (4.7) (4.8) dv o(oos) d () = ib(re ) () vo(oos) () (4.9) C R C Condição 4 - inerrupores S, S5 e S6 em condução e S, S3 e S4 bloqueados: di a(re ) d () R i b = a(re) () 3 F v o(oos) () v an () (4.) di di b(re) d c(re) d () Rb = ib(re () Rb = ic(re ) ) () 3 () 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (4.) (4.) dv o(oos) d () = ia(re ) () vo(oos) () (4.3) C R C Condição 5 - inerrupores S, S3 e S4 em condução e S, S5 e S6 bloqueados: di a(re) d () Rb = ia(re ) () 3 F v o(oos) () v an () (4.4) di b(re) d () Rb = ib(re ) () 3 v o(oos) () v bn () (4.5) 7

110 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores di c(re) d () Rb = ic(re ) () 3 v o(oos) () v cn () (4.6) dv o(oos) d () = ia(re ) () vo(oos) () (4.7) C R C Condição 6 - inerrupores S, S4 e S6 em condução e S, S3 e S5 bloqueados: di a(re) d () Rb = ia(re ) () 3 F v o(oos) () v an () (4.8) di di b(re) d c(re) d () Rb = ib(re () Rb = ic(re ) ) () 3 () 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (4.9) (4.3) dv o(oos) d () = ib(re ) () vo(oos) () (4.3) C R C Condição 7 - inerrupores S3, S4 e S5 em condução e S, S e S6 bloqueados: di a(re) d () Rb = ia(re ) () 3 F v o(oos) () v an () (4.3) di di b(re) d c(re) d () Rb = ib(re () Rb = ic(re ) ) () 3 () 3 v v o(oos) o(oos) () () v v bn cn () () (4.33) (4.34) dv o(oos) d () = ic(re ) () vo(oos) () (4.35) C R C Condição 8 - inerrupores S4, S5 e S6 em condução e S, S e S3 bloqueados: di a(re ) d () Rb = ia(re ) F () v an () (4.36) di b(re) d () Rb = ib(re ) () v bn () (4.37) 8

111 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores di c(re) d () Rb = ic(re ) () v cn () (4.38) dv o(oos) d () = vo(oos) () (4.39) R C F Com base em (4.8) a (4.39), define-se o veor de esados composo pelas variáveis de esado (x) para o modelo maemáico do conversor oos, onde: ia(re ) () i b(re ) () x = (4.4) i c(re ) () vo(oos) () modo: O veor de enrada u é definido pelas fones de ensão presenes no circuio. Dese van() u = vbn() (4.4) v () cn Uma vez definidos x e u, subsiui-se (4.8) a (4.4) na equação maricial fornecida por (4.) para deerminar as marizes de sisema e de enrada do sisema uilizado na solução do modelo maemáico do conversor oos, considerando cada uma das condições de operação dos inerrupores definidas pela Tab. 3.7: Rb Rb A = (4.4) Rb RF C Rb 3 Rb 3 A = (4.43) Rb 3 C RF C 9

112 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores = F b b b 3 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.44) = F b b b 4 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.45) = F b b b 5 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.46) = F b b b 6 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.47) = F b b b 7 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.48)

113 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Rb Rb A 8 = (4.49) Rb RF C = = 3 = 4 = 5 = 6 = 7 = 8 = = (4.5) Definidas as variáveis manipulada e conrolada do sisema do conversor oos, implemenou-se um algorimo na plaaforma do sofware Malab responsável por realizar o méodo de inegração rapezoidal definido por (4.5) e desenvolver a solução do modelo maemáico do conversor oos operando em malha abera, conforme apresenado no Apêndice A. Para a solução do modelo maemáico é necessário definir as condições que deerminam a uilização de cada uma das marizes de sisema e de enrada apresenadas por (4.4) a (4.5). Para a chamada das marizes de sisema e de enrada uilizadas pelo código de solução do modelo maemáico do conversor oos nos cálculos de M e N, primeiramene gerou-se rês referências senoidais (iref-a, iref- e iref-c) que são comparadas aravés da écnica de conrole por hiserese com as correnes nos induores deerminadas pela solução do modelo maemáico (ia(re-), ib(re-) e ic(re-)), seguindo a seguine lógica: Se iref-a for menor que ia(re-), iref- for menor que ib(re-) e iref-c for menor que ic(re-), uilizam-se as marizes A e para o cálculo de M e N; Se iref-a for menor que ia(re-), iref- for menor que ib(re-) e iref-c for maior ou igual a ic(re-), uilizam-se as marizes A e para o cálculo de M e N; Se iref-a for menor que ia(re-), iref- for maior ou igual a ib(re-) e iref-c for menor que ic(re-), uilizam-se as marizes A3 e para o cálculo de M e N; Se iref-a for menor que ia(re-), iref- for maior ou igual a ib(re-) e iref-c for maior ou igual a ic(re-), uilizam-se as marizes A4 e para o cálculo de M e N;

114 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Se iref-a for maior ou igual a ia(re-), iref- for menor que ib(re-) e iref-c for menor que ic(re-), uilizam-se as marizes A5 e para o cálculo de M e N; Se iref-a for maior ou igual a ia(re-), iref- for menor que ib(re-) e iref-c for maior ou igual a ic(re-), uilizam-se as marizes A6 e para o cálculo de M e N; Se iref-a for maior ou igual a ia(re-), iref- for maior ou igual a ib(re-) e iref- C for menor que ic(re-), uilizam-se as marizes A7 e para o cálculo de M e N; Se iref-a for maior ou igual a ia(re-), iref- for maior ou igual a ib(re-) e iref- C for maior ou igual a ic(re-), uilizam-se as marizes A8 e para o cálculo de M e N; Uma vez esabelecidas as condições que deerminam a uilização das marizes de sisema e de enrada, esabeleceu-se a execução do degrau de ampliude das referências de correne para o insane,35 segundo de simulação. É imporane desacar que para o inervalo de empo de simulação enre a,35 segundo, é definido uma ampliude zero para as referências de correne, e porano, ao esabelecer as condições para as chamadas das marizes de sisema e de enrada pelo algorimo, a solução do modelo promove o comporameno do conversor oos como um reificador rifásico radicional de seis pulsos com induores do lado CA, onde a ensão o(oos) fica dependene das ampliudes das ensões rifásicas de alimenação e das quedas de ensão consideradas no modelo do circuio. Dese modo, definiu-se que a parir do insane,35 segundo de simulação é esabelecido um valor fixo de ampliude para as referências senoidais e enão é verificado o comporameno da resposa da ensão no capacior de saída do conversor oos mediane ese degrau de ampliude. Segundo a solução do modelo maemáico, para a condição normal de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação, onde a esruura Re- processa cerca de 7% da poência aiva oal de saída, um valor igual a 5,5 para as ampliudes das correnes senoidais imposas nos induores do conversor oos permie a regulação da ensão no capacior de saída em 35. A Fig. 4. ilusra o comporameno da resposa ransiória da ensão no capacior de saída do conversor oos no insane da execução do degrau de ampliude das referências de correne, permiindo perceber que a resposa do sisema em malha abera apresena uma caracerísica basane amorecida, podendo ser equiparada à resposa de um sisema de conrole de primeira ordem.

115 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Esabelecendo-se a consideração da resposa de sisema de primeira ordem, a Fig. 4. fornece as informações necessárias para a esimaiva da função de ransferência aproximada do sisema em malha abera do conversor oos Gvi(eq)(S), a qual relaciona a ensão o(oos) com a variação das ampliudes das referências de correne. As informações obidas com a resposa são: o valor em regime permanene da ensão o(oos) após o degrau (Δo(oos)(rp)); o empo necessário para a resposa da ensão o(oos) aingir 98% do seu valor em regime permanene (ΔTs); e o valor final das ampliudes das correnes após o degrau (ΔAmp). (a) (b) Fig. 4. Formas de onda (a) das resposas das correnes drenadas por Re- e (b) da resposa de o(oos) ao degrau de ampliude das referências de correne. Aravés das informações obidas pelas Fig. 4. e dos conceios sobre sisemas de conrole de ª ordem abordados em [5]-[54], considera-se a obenção da função de 3

116 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores ransferência do sisema equivalene do conversor oos operando em malha abera a parir de (4.5). G vi eq ( )( S ) a = K (4.5) s a Sendo: 4 a = (4.5) ΔT s K Δo(oos)(rp) = (4.53) ΔAmp Onde a é a frequência do polo do sisema de primeira ordem. Com base em (4.5), a função de ransferência do sisema em malha abera do conversor oos para a condição normal de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação é definida por (4.54). 39,33 G vi(eq) (s) =,683 (4.54) s 39,33 Para o projeo do conrolador de ensão do conversor oos uilizou-se a oolbox SISOTOO do Malab (SISO Single Inpu Single Oupu), que permie a visualização do lugar geomérico das raízes, dos diagramas de ode e da resposa ao degrau para o sisema em malha fechada, sendo possível ainda promover a inserção de polos e zeros adicionais do conrolador para fazer com que o sisema aenda às especificações de projeo para a resposa ao degrau. A Fig. 4. ilusra o lugar geomérico das raízes, os diagramas de ode e a resposa a um degrau de ampliude 35 (ampliude da ensão de referência esabelecida em 35) para o sisema do conversor oos operando em malha fechada sem compensação. É possível observar aravés da Fig. 4. que o sisema em malha fechada sem compensação é sempre esável para qualquer valor de ganho posiivo em malha fechada conforme deermina a margem de ganho infinia da resposa de magniude em frequência. O sisema em malha fechada sem compensação opera ambém com ala margem de fase e uma frequência de passagem por d relaivamene baixa, o que deermina uma resposa ao degrau basane amorecida e esabelece que o sisema opere como um filro para alas frequências. A Fig. 4. permie perceber ambém que o sisema em malha fechada sem compensação apresena um empo de acomodação consideravelmene rápido apesar de um erro em regime permanene significaivo. 4

117 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (a) (b) (c) Fig. 4. Sisema do conversor oos em malha fechada sem compensação: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau. 5

118 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores iso às informações fornecidas pela Fig. 4., orna-se necessário projear um conrolador de ensão que permia que o sisema em malha fechada do conversor oos opere com: Erro em regime permanene nulo, que por sua vez é obido aravés da inserção do polo do conrolador na origem; Margem de fase superior a 6º para que o sisema opere com resposa amorecida e esável; Tempo de acomodação reduzido o suficiene para que em condições de afundamenos emporários de ensão, a ensão de saída do conversor oos não reduza a um valor inferior a % do valor deerminado pela referência de ensão esabelecida em 35. Frequência de passagem por d inferior a no mínimo um décimo da frequência de chaveameno do conversor. Apesar da écnica de conrole adoada ser a hiserese, que por sua vez deermina uma frequência de chaveameno variável, conforme será demonsrado no Capíulo 6, foi esabelecido uma frequência de 5 khz para a amosragem dos sinais sensoriados e enviados para o processador digial de sinais uilizado na implemenação da esraégia de conrole digial, o que limia a frequência de chaveameno do conversor oos em 5 khz. Para a definição do empo de acomodação necessário para a resposa do sisema em malha fechada após a compensação, primeiramene é necessário verificar o empo que a ensão na saída do conversor oos leva para sofrer uma queda de % do seu valor nominal durane uma condição de afundameno emporário de ensão. Como condição de afundameno emporário de ensão, definiu-se o pior caso analisado nese projeo onde as ensões rifásicas de alimenação sofrem uma redução de 5% em seus valores nominais. A Fig. 4. demonsra o comporameno da ensão o(oos) deerminada pela solução do modelo maemáico quando é esabelecido uma redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. Para o inervalo de empo inferior a,35 segundo, a ensão o(oos) é conrolada em 35 aravés das ampliudes das referências de correne definidas com valor igual a 5,5 e, a parir do insane,35 segundo, foi definida a condição de afundameno de ensão. Noa-se que a ensão o(oos) leva cerca de,8 milissegundos para decair aé o valor de 35, o que corresponde a uma redução de % no valor nominal de operação 6

119 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores deerminado em 35 (35 de queda), e demora cerca de 7,4 milissegundos para decair aé seu valor em regime permanene que corresponde em aproximadamene 46, (3,9 de queda). Desa forma, para eviar que a ensão caia para um valor inferior a 35 durane um afundameno de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação, é necessário projear um conrolador de ensão que garana que o sisema do conversor oos em malha fechada apresene uma resposa ao degrau de ampliude 35 que leve menos que,8 milissegundos para aingir o valor de 35 e menos que 7,4 milissegundos para aingir o valor em regime permanene de 35. Fig. 4. Tempo de queda da ensão o(oos) durane a ocorrência de um afundameno de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. compensação: Para aender às especificações de projeo requeridas para o sisema após a Alocou-se um polo posicionado na origem (PC) para a anulação do erro em regime permanene; Posicionou-se um zero real (Zc) com frequência igual 39,33 rad/seg. para anular o efeio do polo de primeira ordem do sisema em malha abera; Ajusou-se um polo real (PC) na frequência de 5 rad/seg. e o ganho em malha fechada (KMF) para o valor 5, de forma a fazer com que o sisema compensado opere como um sisema de segunda ordem com ulrapassagem percenual inferior a %, margem de fase superior a 6º, baixa frequência de passagem por d para aenuar os ruídos em ala frequência provocados pelo chaveameno dos inerrupores do circuio e resposa ao degrau com empo de acomodação suficienemene rápido 7

120 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores para aender os criérios esabelecidos pela queda da ensão o(oos) em condição de um afundameno de ensão com redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. A função de ransferência do conrolador de ensão do conversor oos é definido por (4.55) e o lugar geomérico das raízes, resposa em frequência e resposa ao degrau para o sisema em malha fechada compensado são apresenados pela Fig C v() uv() (s) (s ZC ) (s 39,33) (s) = = K MF = 5 (4.55) e (s) (s P ) (s P ) s (s 5) v() C Percebe-se que o conrolador de ensão projeado aendeu aos requisios para o projeo do sisema em malha fechada compensado, uma vez que o erro em regime permanene da resposa ao degrau foi reduzido a zero; a margem de fase do sisema maneve-se com valor superior a 6º (7,9º); a resposa ao degrau apresenou um empo para aingir % do seu valor final inferior a,8 milissegundos (3,4 milissegundos) e um empo de acomodação inferior a 7,4 milissegundos (6, milissegundos); e a frequência de passagem por d permaneceu com valor relaivamene baixo (86,8 rad/seg.), definindo um sisema capaz de aenuar os ruídos de ala frequência provenienes do chaveameno dos inerrupores. C (a) 8

121 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (b) (c) Fig. 4.3 Sisema do conversor oos em malha fechada compensado: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau Projeo do Conrolador PI da Esruura P Conforme ciado na seção 4..., o conrolador proporcional-inegral da esruura P é responsável por definir a proporcionalidade enre o sinal CC adicionado a DS, adianando ou arasando a referência senoidal para araca-la em fase com a ensão de fase. A velocidade de aracameno da referência senoidal com a ensão de fase depende de dois parâmeros presenes na função de ransferência do conrolador PI: o ganho K e a consane de empo τ, conforme pode ser verificado por (4.56). vcc(s) τ s Gpi(s) = = K (4.56) v (s) τ s Mul(med) Para um valor fixo de ganho K, quano menor for a consane de empo τ, mais rápida será a velocidade de aracameno da referência senoidal com a ensão de fase. 9

122 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Parindo dessa premissa, semelhane ao que foi realizado em [44], fixou-se o valor do ganho K em e verificou-se o comporameno ransiório da esruura P e a velocidade de aracameno para uma faixa de valores de τ de modo a deerminar o valor da consane de empo que garane a melhor operação da esruura P. Para isso simulou-se a esruura apresenada na Fig. 4.4 uilizando a plaaforma PSim onde variou-se o valor da consane de empo enre.4 e.3 seg. e verificouse o resulado da muliplicação da referência gerada i()* com o sinal senoidal da ensão de enrada de ese v() fixada com valor de pico uniário, frequência de 6 Hz e ângulo de fase de 9º. Como em regime permanene a referência senoidal esará aracada com o sinal de enrada da esruura P, a muliplicação de v() e i()* gerará em regime permanene um sinal cuja frequência é o dobro da frequência do sinal de enrada e cujo valor de pico será igual a. Poso que a velocidade com qual o valor de pico do resulado da muliplicação de v() e i()* ainge o valor uniário é igual à velocidade de aracameno enre i()* e v(), o objeivo do projeo é inicialmene verificar a resposa ransiória e o empo que a muliplicação de v() e i()* leva para aingir o valor uniário para cada valor de τ, e assim esabelecer um valor óimo para o ajuse da consane de empo do conrolador PI para que a esruura P apresene a resposa mais rápida e menos oscilaória. Fig. 4.4 Diagrama esquemáico para ese da velocidade de resposa da esruura P. Anes de realizar a análise para o projeo do compensador PI, primeiramene foi necessário definir o ipo de filro Passa-aixa uilizado na esruura P. Para ese filro, opou-se pela uilização de um filro de ª ordem com ganho uniário, faor de amorecimeno ζ de,8 e frequência de core fc de Hz (frequência angular de core ωc de 75,4 rad/seg.), frequência esa que deve ser inferior a 6 Hz pois o objeivo dese filro é deixar passar somene o nível CC do sinal de sua enrada. Sua função de ransferência é definida por (4.57).

123 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores vmul(med) (s) ωc 5685,6 (s) = = K = (4.57) v (s) s ζ ω s ω s,64 s 5685,6 G filro Mul c c A Fig. 4.5 ilusra o resulado da muliplicação da referência senoidal i() * pela ensão de ese v() aravés da variação da consane de empo do conrolador PI, onde é possível realmene perceber que quano menor o valor de τ, mais rápida é a resposa da esruura P. Enreano para valores de τ inferiores a,8 seg., manendo o ganho K consane em, a resposa do P ende a oscilar, apresenando oscilações a pono de demorar mais de 8 ciclos na frequência de Hz para se esabilizar quando da uilização de uma consane de empo igual a,4 seg.. Fig. 4.5 Resposa da esruura P diane da variação da consane de empo do conrolador PI.

124 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Para valores de τ superiores a,8 seg., por sua vez, a resposa ransiória de saída do P passa a apresenar uma caracerísica basane amorecida apesar de se ornar mais lena à medida que a consane de empo aumena. Dese modo, considerou-se o valor de τ igual a, seg. como valor óimo de operação, pois é o valor de consane de empo do conrolador PI que garane a resposa do P mais rápida e amorecida quando da uilização de um ganho K uniário. Por fim, subsiuindo os valores de K igual a e de τ igual a, seg. em (4.56), chega-se na função de ransferência do conrolador PI da esruura P aravés de (4.58). vcc(s), s s Gpi(s) = = = (4.58) v (s), s s Mul(med) Projeo do Conrolador de Tensão do Conversor Full-ridge Para a solução do modelo maemáico e o consequene projeo do conrolador de ensão do conversor Full-ridge considerou-se o circuio equivalene apresenado na Fig. 3.4 (a) como sisema de análise. Mais uma vez, implemenou-se um algorimo na plaaforma do sofware Malab responsável por realizar o méodo de inegração rapezoidal definido por (4.5) e desenvolver a solução do modelo maemáico do circuio apresenado na Fig. 3.4 (a) operando em malha abera, conforme apresenado no Apêndice. Para o esabelecimeno da solução do modelo maemáico para o circuio equivalene da Fig. 3.4 (a), é necessário primeiramene definir quais são as variáveis manipulada e conrolada do sisema. Segundo o que foi definido para esraégia de conrole e conforme pode ser observado no diagrama de blocos do sisema equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada apresenado na Fig. 4.6 (a), o conrolador de ensão é responsável por inerprear o sinal de erro enre a referência de ensão o* e a ensão no barrameno CC, o que permie a auar no sisema aravés da variação da razão cíclica de operação dos inerrupores do circuio de poência do conversor Full-ridge. Desa forma, o objeivo do conrole do conversor Full-ridge é manipular a razão cíclica de operação dos inerrupores para conrolar a ensão o, que por sua vez é definida pela soma das ensões Cfb e Cnc. Assim, pode-se definir que o sisema em malha abera do circuio equivalene da Fig. 3.4 (a), levando em consideração a ampliude uniária da onda dene-de-serra uilizada no conrole PWM e o ganho uniário do sensor de ensão, é represenado aravés de uma função de ransferência GR_F(eq)(S) que relaciona a ensão regulada no

125 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores barrameno CC (o(s) variável conrolada) com a variação da razão cíclica de operação dos inerrupores do circuio do conversor Full-ridge (D(S) variável manipulada), conforme pode ser visualizado na Fig. 4.6 (b). (a) (b) Fig. 4.6 Diagrama de blocos do sisema do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge: (a) em malha fechada e (b) em malha abera. Desa forma, o propósio da análise do sisema equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge conecados em série aravés de seus capaciores de saída é promover a solução do modelo maemáico de al maneira que seja possível esabelecer um degrau na razão cíclica de operação dos inerrupores do conversor Full- ridge e verificar o comporameno da ensão no barrameno CC. A resposa da ensão o a esse degrau de razão cíclica permie, porano, esimar a função de ransferência do sisema em malha abera de maneira a fornecer informações necessárias para o projeo do conrolador de ensão aravés do fechameno da malha. Para faciliar a modelagem e a implemenação do algorimo de solução do modelo maemáico, opou-se por dividir o circuio equivalene da Fig. 3.4 (a) em dois circuios 3

126 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores disinos, porem dependenes um do ouro devido à associação série de seus capaciores de saída, conforme ilusrado na Fig (a) (b) Fig. 4.7 Circuio equivalene para a composição enre o reificador não conrolado e o conversor Full- ridge (a) considerando a ensão Cnc como enrada do sisema e (b) a ensão Cfb como enrada do sisema. Inicialmene analisou-se o circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge conforme apresenado na Fig. 4.7 (a), onde algumas considerações necessárias para faciliar a modelagem maemáica foram adoadas: Devido ao alo valor do capacior C, a ensão vcnc foi considerada no modelo maemáico como uma fone de ensão consane, sendo caracerizada, porano, como uma enrada do sisema. Como as relações de ransformação enre primário e secundário e enre primário e erciário do ransformador são uniárias, as relações de espiras foram omiidas do equacionameno maemáico; As resisências dos enrolamenos do primário, secundário e erciário do ransformador (Rp, Rs e R) e a resisência do enrolameno do induor F 4

127 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (Rfb), cujos valores foram obidos na práica, foram consideradas no modelo maemáico; Com relação ao ransformador, considerou-se que odo o fluxo magnéico enlaçado pelos enrolamenos fica confinado no núcleo, não havendo, porano, dispersão de fluxo magnéico (circuio equivalene do ransformador com induância de dispersão nula); e que a impedância de magneização do circuio equivalene do ransformador é muio maior que as resisências dos enrolamenos, fazendo com que o ramo de magneização seja viso pelo sisema sob carga como um circuio em abero. Considerando cada uma das condições dos inerrupores do circuio do conversor Full-ridge apresenadas na Tab. 3.4, as equações diferenciais que definem o comporameno do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge ilusrado na Fig. 4.7 (a) são dadas por: Condição - inerrupores SF e S4F em condução e SF e S3F bloqueados: difb() Rp Rs Rfb = ifb() vcp() vcfb() o(oos) () (4.59) d F F F dvcp() = ifb() (4.6) d C p dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (4.6) d C R C R C F o Condições e 4 inerrupores SF, SF, S3F e S4F bloqueados: F difb() Rs R 4 Rfb = ifb() vcfb() (4.6) d 4 F o F F dv Cp () = (4.63) d dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (4.64) d C R C R C F o F Condição 3 - inerrupores SF e S3F em condução e SF e S4F bloqueados: o F F 5

128 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores difb() Rp R Rfb = ifb() vcp() vcfb() o(oos) () (4.65) d F F F dvcp() = ifb() (4.66) d C p dvcfb() = ifb() vcfb() Cnc() (4.67) d C R C R C F o F Com base em (4.59) a (4.67) define-se o veor de esados composo pelas variáveis de esado do circuio equivalene da Fig. 4.7 (a) (xf), onde: o F ifb() xf = vcp() (4.68) vcfb() Como a ensão de saída do R para o circuio equivalene da Fig. 4.7 (a) não assume o papel de variável de esado, esa é considerada como uma enrada do sisema assim como a ensão de alimenação do conversor Full-ridge (o(oos)), de al modo que o veor de enrada uf é dado por (4.69). o(oos) () uf = (4.69) vcnc() Uma vez definidos xf e uf, subsiui-se (4.59) a (4.69) na equação maricial fornecida por (4.) para deerminar as marizes de sisema e de enrada para cada uma das condições de operação do conversor Full-ridge: R p Rs Rfb F F F A F = (4.7) C p C F Ro CF F F = (4.7) Ro CF F 6

129 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 7 = F o F F F fb s Fe4 C R C 4 R 4 R R A (4.7) = F o Fe4 C R (4.73) = F o F p F F F fb p F3 C R C C R R R A (4.74) = F o F F3 C R (4.75) Para promover a solução do modelo maemáico do circuio equivalene da Fig. 4.7 (a) a fim de verificar o comporameno da ensão no barrameno CC a parir de um degrau na razão cíclica de operação dos inerrupores do conversor Full-ridge, é necessário definir as condições que deerminam a uilização de cada uma das marizes de sisema e de enrada apresenadas em (4.7) a (4.75). Para isso, gerou-se aravés do comando square do Malab duas ondas quadradas (gs-4 e gs-3) de ampliude uniária e frequência de 5 khz, defasadas em meade do período na frequência de 5 khz (Tch), cuja razão cíclica depende da ampliude desejada para a ensão o. De acordo com a Fig. 4.8, é possível perceber os inervalos nos quais as marizes de sisema e de enrada para cada uma das quaro condições de operação dos inerrupores do conversor Full-ridge serão uilizadas nos cálculos de M e N empregados no

130 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores desenvolvimeno do méodo de inegração rapezoidal deerminado por (4.5), o que esabelece a seguine lógica para a solução do modelo maemáico: Se gs-4 for maior que zero e gs-3 for igual a zero, uilizam-se as marizes AF e F para os cálculos de M e N; Se gs-4 e gs-3 forem iguais a zero, uilizam-se as marizes AFe4 e Fe4 para os cálculos de M e N; Se gs-4 for igual a zero e gs-3 for maior que zero, uilizam-se as marizes AF3 e F3 para os cálculos de M e N. Fig. 4.8 ógica para a chamada das marizes de sisema e de enrada no algorimo de solução do modelo maemáico do conversor Full-ridge. Após definir a modelagem do circuio da Fig. 4.7 (a), em segunda insância do processo de modelagem maemáica e solução do modelo, considerou-se como sisema de análise o circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full- ridge apresenado na Fig. 4.7 (b), onde a ensão vcfb, por ser conrolada, é visa pelo R como uma fone de ensão consane, sendo caracerizada como uma enrada do sisema. Para a configuração da Fig. 4.7 (b), o veor de esados composo pelas variáveis de esado (x) para o modelo maemáico do R é definido por (4.76). ia(re ) () i b(re ) () x = (4.76) i c(re ) () vcnc() Conforme foi observado pela modelagem maemáica do conversor oos apresenada na subseção 4.3., ao se impor uma ampliude zero para as referências de 8

131 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 9 correne, as condições para as chamadas das marizes de sisema e de enrada pelo algorimo promovem o comporameno do conversor oos como um reificador rifásico radicional de seis pulsos com induores do lado CA. Seguindo a mesma analogia, considerou-se como marizes de sisema do R as marizes A, A, A3, A4, A5, A6, A7 e A8, onde a induância b é subsiuída por, a resisência dos enrolamenos Rb dos induores são subsiuídas por Rnc e o capacior C é subsiuído por C. Assim: = o nc nc nc C R R R R A (4.77) = o nc nc nc C R C 3 R 3 R 3 R A (4.78) = o nc nc nc 3 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.79) = o nc nc nc 4 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.8)

132 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 3 = o nc nc nc 5 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.8) = o nc nc nc 6 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.8) = o nc nc nc 7 C R C 3 R 3 R 3 R A (4.83) = o nc nc nc 8 C R R R R A (4.84) Conforme mencionado, como a ensão de saída do conversor Full-ridge para o circuio equivalene da Fig. 4.7 (b) não assume o papel de variável de esado, esa é considerada como uma enrada do sisema assim como as ensões rifásicas de alimenação, e desa maneira, o veor de enrada u é dado por (4.85).

133 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores van() v bn() u = (4.85) v () cn vcfb() Com a inserção da ensão vcfb em série com a ensão vcnc, a mariz de enrada do sisema é definida por (4.86). = (4.86) Ro C Para a chamada das marizes de sisema e de enrada para os cálculos de M e N uilizados pelo código de solução do modelo maemáico do circuio equivalene da Fig. 4.7 (b), esabeleceu-se a mesma lógica uilizada para o conversor oos, enreano, foi considerado que as referências senoidais apresenam ampliude zero. Sendo assim: Se ia(re-) for maior que zero, ib(re-) for maior que zero e ic(re-) for maior que zero, uilizam-se as marizes A e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for maior que zero, ib(re-) for maior que zero e ic(re-) for menor ou igual a zero, uilizam-se as marizes A e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for maior que zero, ib(re-) for menor ou igual a zero e ic(re-) for maior que zero, uilizam-se as marizes A3 e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for maior que zero, ib(re-) for menor ou igual a zero e ic(re-) for menor ou igual a zero, uilizam-se as marizes A4 e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for menor ou igual a zero, ib(re-) for maior que zero e ic(re-) for maior que zero, uilizam-se as marizes A5 e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for menor ou igual a zero, ib(re-) for maior que zero e ic(re-) for menor ou igual a zero, uilizam-se as marizes A6 e para o cálculo de M e N; 3

134 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Se ia(re-) for menor ou igual a zero, ib(re-) for menor ou igual a zero) e ic(re-) for maior que zero, uilizam-se as marizes A7 e para o cálculo de M e N; Se ia(re-) for menor ou igual a zero, ib(re-) for menor ou igual a zero e ic(re-) for menor ou igual a zero, uilizam-se as marizes A8 e para o cálculo de M e N; Para a condição normal de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação, a ensão no barrameno CC é regulada em 4 e a ensão de saída do R apresena um valor aproximado de 93, o que implica em uma ensão de aproximadamene 7 no capacior de saída do conversor Full-ridge. Desa forma, assumindo que a ensão aplicada na enrada do conversor Full-ridge é consane e igual a 35 e que as quedas de ensão nas resisências dos enrolamenos do ransformador e do induor F influenciam no valor final da ensão de saída do conversor Full-ridge, pela solução do modelo maemáico é necessária uma razão cíclica de operação dos inerrupores igual a,845 para que a ensão o seja regulada em 4. Caso as resisências dos enrolamenos não fossem consideradas no equacionameno maemáico, a razão cíclica de operação para a solução do modelo poderia ser deerminada aravés de (3.4). Uma vez definidas as meodologias de chamadas das marizes de enrada e de sisema para os sisemas equivalenes apresenados na Fig. 4.7, o algorimo de solução do modelo maemáico desenvolvido no Malab e apresenado no Apêndice promove que a ensão vcfb deerminada pela solução do modelo da Fig. 4.7 (a) seja uilizada como parâmero de enrada na solução do sisema da Fig. 4.7 (b), e de maneira semelhane, a ensão vcnc deerminada pela solução do modelo da Fig. 4.7 (b) seja uilizada como parâmero de enrada na solução do sisema da Fig. 4.7 (a), podendo-se assim, definir a solução complea do sisema equivalene da Fig. 3.4 (a). Desa forma, esabeleceu-se no insane igual a,4 segundo de simulação um degrau de razão cíclica de para,845 e verificou-se as resposas das ensões no barrameno CC e na saída do conversor Full-ridge deerminadas pela solução do modelo maemáico. Durane os insanes de simulação inferiores a,4 segundo, a razão cíclica é igual a zero e, porano, o algorimo de execução da solução do modelo deermina uma ensão nula para vcfb de forma a represenar a condução do diodo de roda livre DRD. A parir do insane,4 segundo, a solução do modelo deermina a operação do sisema segundo as condições de operação dos inerrupores do conversor Full-ridge, sendo a condição do diodo de roda livre desabiliada. 3

135 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores A Fig. 4.9 ilusra os comporamenos das resposas ransiórias das ensões no barrameno CC e na saída do conversor Full-ridge no insane da execução do degrau de razão cíclica, o que permie perceber que a resposa do sisema em malha abera do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge apresena uma caracerísica de resposas de sisemas de segunda ordem superamorecidos ou criicamene amorecidos, podendo ser aproximada em uma resposa de sisemas de primeira ordem com pequeno araso de empo (empo moro), conforme pode ser observado pela Fig. 4.. Fig. 4.9 Resposas ransiórias das ensões no barrameno CC e na saída do conversor Full-ridge durane um degrau de razão cíclica. A Fig. 4. fornece as informações necessárias para a esimaiva da função de ransferência aproximada do sisema em malha abera do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge operando em malha abera GR- F(eq)(S), ais como o valor em regime permanene da ensão o após o degrau (Δo(rp)); o empo que a resposa da ensão no barrameno leva para começar a responder ao degrau, ambém chamado de araso de ranspore (Δθ); o empo necessário para a resposa da ensão o aingir 98% do seu valor em regime permanene (ΔTs) após o araso de ranspore; e o valor final da razão cíclica após o degrau (ΔD). 33

136 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (a) (b) Fig. 4. Formas de onda (a) do degrau de razão cíclica e (b) da resposa da ensão no barrameno CC ao degrau de razão cíclica. Aravés das informações obidas pela Fig. 4., represena-se o comporameno do sisema do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full- ridge operando em malha abera aravés de uma função de ransferência de primeira ordem com empo moro dada por (4.87). G RF S a = K e (4.87) s a Δθs ( eq)( ) Sendo: 4 a = (4.88) ΔT s 34

137 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Δo ( rp) K = (4.89) ΔD Onde a é a frequência do polo do sisema de primeira ordem e e -Δθs represena a ransformada de aplace para o araso no empo. Para valores pequenos de araso de ranspore [53], é possível subsiuir e -Δθs pela aproximação de primeira ordem uilizando a série de Taylor para funções exponenciais: = e = Δθs e Δθs 3 Δθs ( Δθs) ( Δθs) Δθs 6... Subsiuindo a aproximação represenada por (4.9) em (4.87), em-se que: G R ( eq)( S) ( s a) ( Δθ s) (4.9) a F = K (4.9) Com base em (4.9), a função de ransferência aproximada do sisema em malha abera do circuio equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge para condições normais de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação é definida por (4.9) ,5 F( eq)( S) = (4.9) s 9738,37757 s , GR Assim como foi realizado para o conversor oos, uilizou-se a oolbox SISOTOO do Malab para o projeo do conrolador de ensão do conversor Full-ridge. A Fig. 4. demonsra as caracerísicas do sisema equivalene para a composição enre o R e o conversor Full-ridge operando em malha fechada sem compensação em ermos de lugar geomérico das raízes, de diagramas de ode e de resposa a um degrau de ampliude 4, ampliude esa definida pela referência de ensão no barrameno CC. Observa-se aravés da Fig. 4. que apesar do sisema em malha fechada sem compensação ser sempre esável para qualquer valor de ganho posiivo em malha fechada conforme deermina a margem de ganho infinia da resposa de magniude em frequência, o mesmo apresena uma caracerísica de resposa ransiória ao degrau muio oscilaória, rápida e com elevada ulrapassagem percenual para o ganho em malha fechada igual a devido à baixa margem de fase e à ala frequência de passagem por d. 35

138 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (a) (b) (c) Fig. 4. Sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada sem compensação: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau. 36

139 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores iso às informações fornecidas pela Fig. 4., orna-se necessário projear um conrolador de ensão que permia que o sisema em malha fechada da composição enre o R e o conversor Full-ridge opere com: Garania de erro em regime permanene nulo; Margem de fase superior a 6º para que o sisema opere com resposa amorecida e esável; Tempo de acomodação reduzido o suficiene para que em condições de afundamenos emporários de ensão o conrole da ensão de saída do conversor Full-ridge seja rápido o suficiene para acompanhar a queda da ensão de saída do R; Frequência de passagem por d inferior a no máximo um décimo da frequência de chaveameno do conversor Full-ridge de sore a deerminar uma resposa com reduzida ulrapassagem percenual e esabelecer que o sisema funcione como um filro para ruídos em ala frequência. Como criério para definir o empo de acomodação necessário para a resposa da ensão no barrameno CC quando da operação do sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada, verificou-se o empo que a ensão no barrameno CC deerminada pela solução do modelo maemáico leva para cair para um valor igual a 9% do seu valor nominal durane uma condição de afundameno emporário de ensão onde as ensões rifásicas de alimenação sofrem uma redução de 5% em seus valores nominais. É imporane desacar que a queda da ensão no barrameno CC durane a condição de afundameno de ensão é uma consequência da queda da ensão na saída de Re-, que por sua vez esá condicionada às caracerísicas dos elemenos passivos do circuio do R e das ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. O comporameno da ensão o deerminado pela solução do modelo maemáico quando é esabelecido uma redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação é ilusrado na Fig. 4.. Para o inervalo de empo inferior a,8 segundo de solução do modelo, a ensão o é conrolada em 4 aravés da razão cíclica de operação dos inerrupores do conversor Full-ridge definida em,845 e a parir do insane,8 segundo, foi definida a condição de afundameno de ensão. 37

140 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores Fig. 4. Tempo de queda da ensão o durane a ocorrência de uma redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. Percebe-se que a ensão no barrameno CC leva cerca de,6 milissegundos para aingir 9% do seu valor nominal correspondido por 36, e demora aproximadamene 47, milissegundos para decair aé seu valor em regime permanene que corresponde em aproximadamene 6. Desa forma, análoga à análise realizada para o projeo do conrolador de ensão do conversor oos, para eviar que a ensão no barrameno CC caia para um valor inferior a 36 durane um afundameno de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação, é necessário projear um conrolador de ensão que garana que o sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge operando em malha fechada apresene uma resposa ao degrau de ampliude 4 que leve menos de,6 milissegundos para aingir o valor de 4 e menos de 47, milissegundos para aingir o valor em regime permanene de 4. A uilização de um simples compensador Proporcional-Inegral (PI) como conrolador de ensão foi suficiene para aender às especificações de projeo requeridas para o sisema após a compensação. Sua especificação consisiu em: Alocar um polo (PC) posicionado na origem para a anulação do erro em regime permanene; Inserir um zero real (ZC) na frequência de rad/seg. e ajusar o ganho em malha fechada (KMF) em um valor igual a,8 de forma a fazer com que o sisema compensado opere com resposa ao degrau com ulrapassagem percenual inferior a % e com empo de acomodação suficienemene rápido para aender os criérios esabelecidos pela queda da ensão o em condição de um afundameno de ensão com redução de 38

141 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. Além disso, os ajuses do zero ZC e do ganho KMF garanem que o sisema em malha fechada opere com margem de fase superior a 6º e frequência de passagem por d inferior a um décimo da frequência de chaveameno, permiindo que o próprio sisema aenue os ruídos em ala frequência provocados pelo chaveameno dos inerrupores do circuio. iso às especificações de projeo adoadas, a função de ransferência do conrolador de ensão do conversor Full-ridge é definida por (4.93). C v(f) uv(f) (s) (s ZC ) (s ) (s) = = K MF =.8 (4.93) e (s) (s P ) s v(f) O lugar geomérico das raízes, a resposa em frequência e a resposa ao degrau para o sisema em malha fechada compensado são apresenados na Fig C (a) (b) 39

142 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores (c) Fig. 4.3 Sisema para a composição enre o R e o conversor Full-ridge em malha fechada compensado: (a) lugar geomérico das raízes, (b) diagramas de ode e (c) resposa ao degrau. Conforme observado na Fig. 4.3, o conrolador de ensão projeado aendeu aos requisios para o projeo do sisema em malha fechada compensado, onde o erro em regime permanene da resposa ao degrau maneve-se nulo; a margem de fase do sisema maneve-se com valor superior a 6º (6,6º); a resposa ao degrau apresenou um insane de pico de 5 microssegundos, demonsrando que a resposa ao degrau do sisema compensado ainge % do seu valor em um inervalo de empo inferior a,6 milissegundos, e um empo de acomodação inferior a 47, milissegundos (,7 milissegundos); e a frequência de passagem por d apresenou o valor inferior a um décimo da frequência angular de chaveameno (,3 4 rad/seg.) Considerações finais Ese capíulo eve por objeivo demonsrar as esraégias de conrole adoadas para os conversores oos e Full-ridge. O conrole para imposição de correnes de linha de enrada foi baseado na écnica de conrole por hiserese onde as correnes de linha aquisicionadas são comparadas direamene com as referências de correne geradas aravés da uilização de Ps para sincronismo com as ensões rifásicas de alimenação, sendo as ampliudes desas referências dependenes da informação fornecida pelo conrolador de ensão uilizado no conrole da ensão no capacior de saída do conversor oos. O conrole da ensão no barrameno CC, por sua vez, é dependene do processameno do erro enre a ensão o e a referência de ensão esabelecida em 4 realizado pelo conrolador de ensão do conversor Full-ridge, que aua na razão cíclica 4

143 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores de operação dos inerrupores do circuio para garanir que a soma das ensões Cfb e Cnc esabeleçam uma ensão de 4 no barrameno CC em qualquer condição de carga e/ou de suprimeno da rede CA de alimenação. Foi realizada uma modelagem maemáica no Espaço de Esados ano para o conversor oos como para a associação enre o R e o conversor Full-ridge conecados em série aravés de seus capaciores de saída e foi esabelecida a solução das variáveis de esado de ambos os sisemas aravés do méodo de inegração rapezoidal. Foi realizada uma avaliação para a definição das variáveis manipuladas e conroladas dos sisemas e de posse da solução dos modelos maemáicos, esabeleceu-se degraus nas variáveis manipuladas com o objeivo de verificar o comporameno das resposas das variáveis conroladas, e assim, poder esimar as funções de ransferências em malha abera dos sisemas do conversor oos e da associação enre o R e o conversor Full- ridge. Devido às caracerísicas ransiórias das resposas aos degraus obidas, foi possível esimar e represenar o sisema em malha abera do conversor oos aravés da função de ransferência de um sisema de primeira ordem e o sisema em malha abera da associação enre o R e o conversor Full-ridge aravés da função de ransferência de um sisema de primeira ordem com empo moro. Uma vez obidas as funções de ransferências em malha abera, fechou-se a malha dos sisemas e realizou-se os projeos dos conroladores de ensão, onde o foco dos projeos foi a alocação de polos e zeros e o ajuse do ganho em malha fechada de sore a garanirem que os requisios de erro em regime permanene, ulrapassagem percenual, empo de acomodação da resposa ao degrau, margem de fase e frequência de passagem por d da resposa em frequência fossem aendidos. ale salienar que os empos de resposa ransiórias dos sisemas em malha fechada após a compensação foram projeados para garanir que as ensões o(oos) e o não decaiam abaixo de 9% dos seus valores nominais durane os ransiórios provocados por condições de afundamenos emporários de ensão. Por fim, é necessário desacar que apesar dos criérios para o empo de acomodação das resposas dos sisemas compensados dos conversores oos e Full- ridge uilizados nos projeos dos conroladores erem sido definidos para a condição nominal de operação do RHT, as ensões o(oos) e o endem a apresenar uma queda mais lena diane de condições de afundamenos emporários de ensão quando do funcionameno do RHT alimenando cargas com baixas poências, o que orna os 4

144 Capíulo 4 Esraégia de Conrole e Projeo dos Conroladores conroladores projeados hábeis a conrolar os conversores oos e Full-ridge ano com condição nominal de carga como para condições de cargas inferiores à nominal. 4

145 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional 5.. Considerações Iniciais Para validar o projeo dos conroladores de ensão apresenados no capíulo 4, ese capíulo apresena os principais resulados de simulação compuacional do RHT operando para a imposição de correnes de linha de enrada senoidais com baixo coneúdo harmônico e regulação da ensão no barrameno CC uilizando a écnica de compensação série de ensão, ano para condições normais de suprimeno da fone rifásica de alimenação como para condições de afundamenos emporários de ensão. Dado que a esruura do RHT foi projeada para uma poência de 5 kw, odos os resulados de simulação perinenes à operação normal do reificador e à operação diane de afundamenos de ensão dos ipos A,, C, D, E, F e G são apresenados para esa condição de carga. 5.. Esquemáico de Simulação Para corroborar com a eoria exposa no Capíulo 4, uilizou-se o sofware PSim para validar a esraégia de conrole proposa e para a simulação do comporameno do Reificador Híbrido Trifásico perane condições normais de suprimeno da rede elérica e condições de afundamenos emporários de ensão. Aravés do esquemáico do circuio de poência apresenado na Fig. 5. é possível visualizar odos os sensoriamenos necessários para o correo funcionameno do circuio de conrole do RHT. Análogo ao que foi apresenado no Capíulo 4, o esquemáico do circuio de conrole ilusrado na Fig. 5. demonsra as lógicas de conrole implemenadas para o conversor oos, o conversor Full-ridge e os Ps uilizados na geração das referências senoidais. iso que as esraégias de conrole dos conversores oos e Full-ridge são implemenadas digialmene na práica, opou-se por realizar a simulação uilizando blocos de implemenação discrea das funções de ransferências dos conroladores de 43

146 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional ensão, do filro Passa-aixa e do PI da esruura P, e blocos de ZOH (Zero-Order Hold Susenador de Ordem Zero) em cascaa com os sinais sensoriados para que, independene do passo de inegração da simulação, o conrole idenifique esses sinais aravés de amosras definidas na frequência de amosragem ajusada. Conforme será jusificado no Capíulo 6, devido à quanidade de comandos a serem execuados no código de conrole do RHT implemenado digialmene na práica, opou-se por uilizar uma frequência de 5 khz para a amosragem dos sinais sensoriados. Fig. 5. Diagrama esquemáico de simulação do circuio de poência do RHT no sofware PSim. (a) (b) (c) Fig. 5. Diagrama esquemáico de simulação no sofware PSim do circuio de conrole do (a) conversor oos; do (b) conversor Full-ridge; e dos (c) Ps. 44

147 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Para a frequência de amosragem de 5 khz, uilizou-se o méodo de Transformação ilinear (Tusin ou Regra Trapezoidal) [55] para a discreização das funções de ransferência dos conroladores de ensão dos conversores oos e Full- ridge, do filro Passa-aixa e do conrolador PI da esruura P definidas por (4.55), (4.93), (4.57) e (4.58), respecivamene, obendo-se a funções de ransferências no domínio Z deerminadas por (5.), (5.), (5.3) e (5.4), respecivamene, e uilizadas na simulação compuacional. C v() uv() (z), ,939 z -, z (z) = = - - (5.) e (z) -,9955 z,99547 z v() C v(f) - uv(f) (z),88-,79 z (z) = = - (5.) e (z) -z v(f) G filro vmul(med) (z) 5,67839,35678 z 5,67839 z (z) = = - - (5.3) v (z) -, z, z Mul G pi (z) v (z),-,999 z - CC = = - (5.4) vmul(med) (z) -z De posse da função de ransferência discrea Cv(F)(z) e de modo a simular o efeio do Phase Shif implemenado na esraégia de conrole do conversor Full-ridge, conforme apresenado no Capíulo 4, desenvolveu-se o circuio de conrole ilusrado na Fig. 5.(b) e poseriormene de forma mais dealhada na Fig A lógica de habiliação dos pulsos enviados para os inerrupores é demonsrada na Fig O princípio do conrolador de ensão e do limiador uilizado para definir o valor máximo da razão cíclica de operação dos inerrupores em,49 segue conforme foi exposo na explicação da esraégia de conrole apresenada no Capíulo 4. Para a geração do sinal de pulso enviado às chaves SF (GSF) e S4F (GS4F), basa comparar a saída uv(f) saurada com uma onda dene-de-serra (DS * ) na frequência de 5 khz e ampliude uniária, onde, enquano uv(f) saurado for maior que DS *, são enviados níveis alos de pulso para SF e S4F, e caso conrário, são enviados níveis baixos de pulso. 45

148 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Fig. 5.3 Forma dealhada do circuio de conrole do conversor Full-ridge desenvolvido para simulação. Fig. 5.4 ógica de variação dos sinais de gailho dos inerrupores S F, S F, S 3F e S 4F do conversor Full-ridge uilizados na simulação compuacional. Uma vez que a lógica de chaveameno de SF e S4F descria aneriormene garane o rabalho deses inerrupores para a primeira meade do período de chaveameno (Tch), orna-se necessário agora esabelecer o chaveameno dos inerrupores SF e S3F para a segunda meade de Tch pois, sempre que SF e S4F esiverem conduzindo, SF e S3F esarão bloqueados, e vice-versa. Para a geração do sinal de pulso enviado à chave SF (GSF), primeiramene soma-se um sinal consane de ampliude,5 à saída uv(f) saurada do conrolador de ensão de al forma que o resulado desa soma seja comparado à DS *, dando origem ao sinal Comp. Paralelamene à geração do sinal Comp, gera-se um sinal auxiliar (aux) resulado da lógica NOT da comparação direa enre o sinal conínuo 46

149 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional de ampliude,5 e DS *. Os sinais de gailho GSF e GS3F são enão gerados aravés de uma lógica AND enre os sinais Comp e aux. Porano, conforme pode ser observado pela Fig. 5.4, somene haverá nível alo de pulso a ser enviado aos inerrupores SF e S3F quando Comp e aux apresenarem ambos níveis lógicos alos Resulados de Simulação do RHT sob Condições Normais de Suprimeno da Rede Elérica Esa seção desina-se a apresenar os principais resulados de simulação compuacional referenes à operação do RHT sob condições normais de suprimeno da rede CA de alimenação. As Fig. 5.5, Fig. 5.6 e Fig. 5.7 demonsram como são realizadas as composições das correnes de linha de enrada das fases A, e C, respecivamene. Observa-se que as correnes de enrada são os resulados das combinações das correnes drenadas por cada fase de Re- e de Re-. Percebe-se ainda, que são jusamene as correnes de linha imposas por Re- que deerminam a forma de onda senoidal das correnes resulanes. Fig. 5.5 Fase A: Correnes i a(in), i a(re-) e i a(re-). Fig. 5.6 Fase : Correnes i b(in), i b(re-) e i b(re-). 47

150 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Fig. 5.7 Fase C: Correnes i c(in), i c(re-) e i c(re-). A Fig. 5.8 ilusra as correnes de linha de enrada das rês fases, demonsrando que as formas de onda das correnes são senoidais e em fase com a ensão de enrada, assegurando baixa disorção harmônica de correne e elevado faor de poência. Fig. 5.8 Correnes de linha de alimenação das fases A, e C e demonsração das correnes de linha em fase com as ensões F-N. Em virude de as correnes de linha de enrada imposas apresenarem valores eficazes de aproximadamene 5 A, a Fig. 5.9 demonsra as análises de disorção harmônica oal de correne para cada fase do sisema CA omando por base a norma IEC 6-3-, cujos criérios se aplicam a correnes de enrada com valores eficazes inferiores a 6 A [56]. A referida análise foi possível uilizando-se o veor de ponos de cada sinal de correne obido no sofware PSim e calculando-se sua DHT aravés do código maemáico [49] desenvolvido no sofware Malab apresenado no Apêndice C. Aravés das Fig. 5.8 e Fig. 5.9, noa-se a eficácia da solução proposa no que diz respeio à imposição de correnes de alimenação senoidais e à miigação do coneúdo harmônico 48

151 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional das correnes de linha de enrada levando em consideração a conformidade com a norma IEC (a) (b) (c) Fig. 5.9 Especros harmônicos das correnes (a) i a(in); (b) i b(in); e (c) i c(in), deerminados pelo sofware Malab. 49

152 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Com relação à compensação série de ensão no barrameno CC, a Fig. 5. demonsra as ensões nos capaciores C e CF, a ensão de saída do conversor oos e a ensão no barrameno CC, comprovando que, para condições normais de operação, a ensão de saída de Re- (em orno de 93 ) somada à ensão de saída conrolada de Re- (em orno de 7 ) resula em uma ensão de 4 no barrameno CC, ficando evidene a eficácia do conrole de ensão do conversor Full-ridge para a compensação série de ensão. ale desacar que o conversor oos é conrolado para impor uma ensão de 35 para a alimenação do conversor Full-ridge, o que permie um conrole da ensão no barrameno CC durane a ocorrência de um afundameno simérico de aproximadamene 8% nas ensões rifásicas de alimenação, desde que a esruura Re- seja projeada para a ocorrência de al disúrbio. Fig. 5. Tensão no barrameno CC ( o), ensão de saída do conversor oos ( o(oos)), ensão de saída de Re- ( Cnc), e ensão de saída de Re- ( Cfb). Aravés da Fig. 5., pode-se verificar que, para uma poência aiva média de saída oal do RHT de 5 kw, em condições normais de suprimeno da rede CA, a esruura Re- processa uma poência média de 3,66 kw, o que corresponde a 73% da poência aiva média oal. A esruura Re-, por sua vez, processa em orno de,34 kw, correspondendo a 7% da poência aiva média oal. 5

153 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional (a) (b) Fig. 5. (a) Poências aivas de saída processadas pelo reificador híbrido rifásico (P o), por Re- (P o(re-)) e por Re- (P o(re-)); e (b) percenual de divisão de processameno de poência enre Re- (P o(re-)%) e Re- (P o(re-)%). Para verificar o desempenho dinâmico do reificador híbrido rifásico, aplicou-se um degrau de carga de,5 kw para 5 kw e o resulado sobre o comporameno das correnes de linha de enrada, da ensão no barrameno CC e do processameno de poência enre cada grupo reificador durane o ransiório é apresenado na Fig. 5.. Noa-se que o conrole é rápido o suficiene para esabelecer que a magniude da correne imposa pelo conversor oos aumene acompanhando o aumeno da correne drenada pelo reificador não conrolado, a pono que as correnes de linha de enrada enrem em regime permanene a parir do segundo ciclo após o degrau, manendo, porano, a divisão de poência aiva processada enre as unidades reificadoras e a ensão no barrameno CC. Percebe-se que apesar da queda na ensão de saída do conversor oos durane o ransiório do degrau de carga, a ensão no barrameno CC é manida consane em 4 anes, durane e após o degrau em virude da eficácia da compensação série de ensão. 5

154 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional (a) (b) Fig. 5. Resposa dinâmica durane um degrau de carga de,5 kw para 5 kw: (a) correnes de linha de enrada, ensões e poências de saída do RHT, Re- e Re-; e (b) correnes i a(in), i a(re-) e i a(re-) Resulados de Simulação do RHT sob Condições de Afundamenos de Tensão A norma IEEE Sd 59 [57], define afundameno de ensão como um decréscimo enre, e,9 p.u. no valor eficaz da ensão, com duração enre,5 ciclo a minuo. Em relação à magniude do afundameno, a norma recomenda sua caracerização pela menor ensão remanescene expressa em percenual, como por exemplo: para um afundameno de 3% significa que a ensão foi reduzida para 3% de seu valor nominal. Segundo o IEEE, afundamenos de ensão com um decréscimo abaixo de, p.u. são considerados como inerrupções de fornecimeno de energia. 5

155 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Poso que o IEEE classifica os afundamenos por essas duas grandezas (magniude e duração), a norma não apresena as condições de assimeria ou desequilíbrios que podem apresenar nas fases individuais [58]. Curo circuios, caracerizados por falas rifásicas, bifásicas, bifásicas à erra e monofásicas respondem pela maioria das ocorrências dos afundamenos de ensão, enreano, desaca-se ambém como causas deses disúrbios, paridas de grandes moores e descargas amosféricas [58]. Assim, dependendo do ipo de curo-circuio, da conexão do ransformador e da carga, ollen [59] propõe um esudo dealhado apresenando os diferenes ipos de afundamenos de ensão, classificados em see ipos, denominados de A,, C, D, E, F e G. O afundameno Tipo A é causado por falas siméricas e os demais, por falas assiméricas [58]. As Tab. 5. e Tab. 5. ilusram as represenações maemáicas dos see ipos de afundamenos associados aos seus diagramas fasoriais, em que, o valor do parâmero h ( <h < ) define a magniude das ensões de fase e o ângulo de fase [58]. Tab. 5. Represenação maemáica dos afundamenos de ensão que não implicam em deslocameno de fase nas ensões fase-neuro. Tipo de Afundameno Tensões de Fase Diagrama Fasorial an = h p sen ( ω ) Tipo A Tipo Tipo E bn π = hp sen ω 3 π cn = hp sen ω 3 bn an bn cn = h p sen ( ω ) π = p sen ω 3 π = p sen ω 3 an = p sen ( ω ) π = hp sen ω 3 π cn = hp sen ω 3 53

156 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional 54 Tab. 5. Represenação maemáica para os afundamenos de ensão que implicam em deslocameno de fase nas ensões fase-neuro. Tipo de Afundameno Tensões de Fase Diagrama Fasorial Tipo C ( ) ω sen p an = ( ) [ ] { } 3 h an π senω 3 h p bn = ( ) [ ] { } 3 h an π senω 3 h p cn = Tipo D ( ) ω sen h p an = = h 3 an π ω sen 3 h p bn = h 3 an π ω sen 3 h p cn Tipo F ( ) ω sen h p an = ( ) ( ) = h h an π ω sen h h p bn ( ) ( ) = h h an π ω sen h h p cn Tipo G ( ) ( ) ω sen 3 h p an = ( ) = h 3 h 3 an π ω sen 3 h 6 h p bn ( ) = h 3 h 3 an π ω sen 3 h 6 h p cn Durane a ocorrência de um afundameno do Tipo A com variação de 5% nas ampliudes das ensões de alimenação (parâmero h igual a,5), a Fig. 5.3 ilusra as formas de onda das ensões de fase; das correnes de linha de enrada; das ensões no barrameno CC, na saída do conversor oos, na saída de Re- e na saída de Re-; e o percenual de processameno de poência aiva de cada grupo reificador. Devido à maior severidade do afundameno do Tipo A em relação aos demais ipos, a ensão de saída do conversor oos apresena uma queda durane o ransiório do disúrbio, o que implica

157 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional em queda na ensão de saída do conversor Full-ridge e consequenemene na ensão do barrameno CC. Enreano, a queda na ensão o durane o ransiório do afundameno de ensão é inferior a % da ensão nominal em regime permanene, o que não acarrea em prejuízo às cargas CC conecadas ao barrameno CC. Considerando o parâmero h igual a,5, as Fig. 5.4 a Fig. 5.9 ilusram as formas de onda das ensões de fase; das correnes de linha de enrada; das ensões no barrameno CC, na saída do conversor oos, na saída de Re- e na saída de Re-; e o percenual de processameno de poência aiva oal do RHT e de cada grupo reificador durane a ocorrência de afundamenos do Tipo, C, D, E, F e G, respecivamene. Fig. 5.3 Afundameno do Tipo A: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). Noa-se aravés das Fig. 5.3 a Fig. 5.9 que a esraégia de conrole se demonsrou eficaz no que diz respeio à compensação série de ensão no barrameno CC durane a ocorrência de afundamenos emporários de ensão, de modo que, apesar da queda da ensão de saída de Re-, a ensão de saída de Re- eleva-se fornecendo um barrameno CC com ensão consane de 4 à carga. 55

158 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Fig. 5.4 Afundameno do Tipo : Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). Fig. 5.5 Afundameno do Tipo C: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e percenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). 56

159 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Fig. 5.6 Afundameno do Tipo D: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). Fig. 5.7 Afundameno do Tipo E: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). 57

160 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional Fig. 5.8 Afundameno do Tipo F: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). Fig. 5.9 Afundameno do Tipo G: Tensões de fase; correnes i a(in), i b(in) e i c(in); ensões o, o(oos), Cnc e Cfb; e perncenuais de processameno de poência por pare de Re- (P o(re-)%) e de Re- (P o(re-)%). 58

161 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional No que ange o conrole de correne, a imposição de correnes de linha de enrada senoidais é realizada durane a ocorrência de afundamenos emporários de ensão, onde os Ps são capazes de esabelecer referências senoidais em fase com as ensões de fase mesmo durane a ocorrência de afundamenos de ensão assiméricos que implicam na variação do ângulo de fase das ensões de alimenação. Desaca-se ainda que, apesar do processameno de poência por pare de Re- cair em decorrência da diminuição da ampliude das ensões de fase, Re- consegue suprir a poência adicional enregue à carga de al forma que a poência aiva oal de saída permaneça consane em 5 kw Considerações finais Para jusificar o princípio de funcionameno do RHT apresenado no Capíulo 3 e demonsrar a eficácia da esraégia de conrole proposa no Capíulo 4, os principais resulados de simulação compuacional envolvendo a operação do RHT sob condição de carga de 5 kw são demonsrados nese capíulo. Teses compuacionais de desempenho da esruura do RHT envolvendo a imposição de correnes de linha de enrada, variações de carga e a regulação do barrameno CC diane de afundamenos emporários de ensão dos ipos A,, C, D, E, F e G, conforme indicado por [59], foram desenvolvidos. Com relação à imposição de correnes de linha de enrada senoidais, o RHT demonsrou-se capaz de garanir reduzida disorção harmônica de correne e elevado faor de poência, garanindo correnes com ampliudes harmônicas em conformidade com a norma IEC 6-3- a parir do processameno de apenas 7% da poência nominal por pare da esruura reificadora Re-, o que deermina o poencial para um elevado rendimeno da esruura global viso ao alo rendimeno apresenado por reificadores rifásicos não conrolados semelhanes ao uilizado para a esruura reificadora Re-. Em virude da uilização da inovadora écnica de compensação série de ensão, a regulação da ensão no barrameno CC foi proporcionada de forma eficaz mesmo diane da severidade de um afundameno do ipo A com redução de 5% nas ampliudes das ensões rifásicas de alimenação. Essa capacidade de conrolar a ensão no barrameno CC mesmo diane de disúrbios severos da rede CA de alimenação faz do RHT uma excelene escolha para aplicações envolvendo a manuenção de barramenos CC em microrredes a parir da energia fornecida pela rede de disribuição pública em CA. Além disso, como o conrole da ensão no barrameno CC é dado pela regulação da ensão no capacior de saída do conversor Full-ridge, em condições de inermiências resulanes 59

162 Capíulo 5 Resulados de Simulação Compuacional da microgeração, ese mesmo conversor é capaz de miigar quaisquer oscilações de ensão provenienes de problemas relacionados às insabilidades naurais das fones alernaivas de energia, à inserção e remoção de grandes cargas CC e aos curos-circuios inernos na microrrede, garanindo uma ensão regulada de 4 para a disribuição da energia elérica em CC. Em suma, mesmo uilizando uma écnica de conrole simples e de fácil implemenação, o RHT proposo é uma esruura alamene capaz de reduzir de maneira considerável o coneúdo harmônico presene nas correnes drenadas da rede CA e de dar elevada suporabilidade a afundamenos emporários de ensão, o que permie o fornecimeno de um barrameno CC esável para a alimenação de cargas CC, principalmene aquelas cargas que são sensíveis às disúrbios da rede de disribuição de energia elérica que foram mencionadas no Capíulo. 6

163 Capíulo 6 Resulados Experimenais 6.. Considerações Iniciais Para validar as proposições desa ese, ese capíulo apresena o proóipo de laboraório do Reificador Híbrido Trifásico proposo, operando com carga de 4,5 kw para condições normais de suprimeno da rede elérica e com carga de,3 kw em condições de afundamenos emporários de ensão. A redução na poência processada se fez necessária viso às limiações de poência da fone programável uilizada nos eses experimenais para condições de afundamenos emporários de ensão. São apresenados os principais resulados experimenais que validam a esraégia de conrole implemenada com a finalidade de promover a miigação do coneúdo harmônico das correnes de linha de enrada drenadas e a regulação da ensão no barrameno CC aravés da écnica de compensação série de ensão. Enre ouros resulados experimenais, são apresenadas as formas de onda das correnes de linha de enrada e das correnes drenadas por Re- e Re-; o comporameno do RHT diane de um degrau de carga; as comparações enre os níveis de DHT das correnes de linha de enrada e a norma IEC 6-3-; e o comporameno da ensão no barrameno CC diane de condições de afundamenos de ensão dos ipos A,, C, D, E, F e G. 6.. Proóipo Experimenal Com base no arranjo opológico apresenado na Fig. 6., desenvolveu-se nas dependências do NUPEP um proóipo de laboraório do Reificador Híbrido Trifásico proposo nese rabalho, conforme ilusrado na Fig. 6.. O proóipo foi projeado para a poência nominal de 5 kw, enreano, por limiações de carga, foi possível colear resulados experimenais durane condições normais de suprimeno da rede elérica para uma poência de 4,5 kw. É imporane desacar que, devido a limiações da fone programável, realizou-se ensaios experimenais para uma carga de,3 kw quando da ocorrência de condições de afundamenos emporários de ensão. Apesar das limiações, os resulados experimenais demonsraramse perfeiamene saisfaórios e suficienes para validar a esraégia de conrole e a 6

164 Capíulo 6 Resulados Experimenais operação do RHT. O resumo dos parâmeros do proóipo consruído é apresenado na Tab. 6.. Fig. 6. Arranjo opológico do circuio de poência do RHT. Fig. 6. Proóipo do reificador híbrido rifásico desenvolvido em laboraório. Alguns equipamenos e módulos foram uilizados em conjuno com o proóipo do RHT a fim de garanir o perfeio funcionameno da esruura. Enre esses equipamenos e módulos, podem-se desacar os Módulos de Sensoriameno responsáveis por fornecer informações sobre os sinais de correne e ensão sensoriados que são necessários para o conrole; o Processador Digial de Sinais (Digial Signal Processor DSP) uilizado para embarcar o algorimo de conrole do RHT apresenado no Apêndice D; as Placas de Conversão de Sinais uilizadas para adequar os sinais de pulsos enviados pelo DSP para níveis admissíveis pelos inerrupores do circuio de poência do RHT; os Gae-Drivers responsáveis pelo acionameno e proeção dos inerrupores; as Fones Auxiliares 6

165 Capíulo 6 Resulados Experimenais uilizadas na alimenação dos módulos de sensoriameno e gae-drivers; um Conrolador ógico Programável (CP) responsável por comandar o seccionameno do circuio de poência aravés de conaores; e uma Fone Programável Trifásica uilizada para a alimenação do circuio de poência do RHT e para ensaios experimenais envolvendo afundamenos emporários de ensão. Tab. 6. Resumo dos parâmeros do proóipo do reificador híbrido rifásico implemenado. Componenes Pone Reificadora Induores Re- Modelo SKD 6/ da SEMIKRON 3 Induores = 9 µh oos Re- Full-ridge Induores = mh Capaciores C = 35 µf C = 6 µf Pone Reificadora Conrolada - 6 Inerrupores Modelo CM8D da CREE Pone Inversora - - Diodo - - Poência Aiva Média Máxima Processada (Operação Normal 4,5 kw) Poência Aiva Média Máxima Processada (SAG,3 kw) P Re-(med) = 3,3 kw (73 %) P Re-(med) = 455 W (35 %) F = µh C p = 3,3 µf C F = 7 µf - 4 Inerrupores Modelo CM8D da CREE 3 Diodos Modelo C3D65 da CREE P Re-(med) =, kw (7 %) P Re-(med) = 845 W (65 %) A Tab. 6. raz as caracerísicas do DSP uilizado para implemenação digial do algorimo de conrole uilizado para promover a imposição de correnes de linha de enrada senoidais e o conrole da ensão de saída no barrameno CC aravés da esruura do RHT. Tab. 6. Especificações do DSP TMS3F8335 da TEXAS INSTRUMENTS. Arquieura de pono fluuane de 3 bis Conversor analógico/digial (A/D) ulrarápido, na faixa de 8 ns 5 K de memória flash 68 K de memória RAM Frequência de clock de 5 MHz 76 pinos conecores para possível comunicação com ouros disposiivos 63

166 Capíulo 6 Resulados Experimenais A Tab. 6.3 demonsra as caracerísicas do Módulo de Aquisição e Condicionameno de Sinais de correne e de ensão. O módulo foi implemenado nas dependências do NUPEP e possui dois sensores de efeio Hall, um de ensão e ouro de correne. Tem por função a leiura e raameno de sinais de ensão e correne para que eses possam ser inerpreados pelo DSP, poso que os sinais de saída do módulo rabalham na faixa de a 3,3, faixa esa compaível com os níveis admissíveis pelo conversor analógico-digial do DSP. Tab. 6.3 Especificações do módulo para aquisição e condicionameno de sinais de correne e de ensão. Máxima alimenação 5 (relação ao gnd) Máxima alimenação -5 (relação ao gnd) Mínima alimenação 5 (relação ao gnd) Mínima alimenação -5 (relação ao gnd) Máxima correne eficaz nominal de medição Faixa de medição de correne Máxima ensão eficaz nominal de medição Faixa de medição de ensão 5, -5, 4,8-4,8 5 A -7 A a 7 A 5-5 a 5 Faixa de ensão do sinal de saída Nível de offse a 3,3,5 Uma vez que os gae-drivers uilizados no acionameno dos inerrupores do circuio de poência do RHT rabalham com sinais de gailho na faixa de a 5 e o DSP fornece sinais com ampliude enre e 3,3, um módulo de conversão dos sinais, ambém desenvolvido nas dependências do NUPEP, se fez necessário para a conversão dos sinais de pulso enviados pelos DSP aos inerrupores do circuio. A Tab. 6.4 demonsra as caracerísicas do referido módulo. Tab. 6.4 Especificações do módulo de conversão dos sinais de saída do DSP da faixa de a 3,3 para a faixa de a 5. Poras de Enrada Faixa de ensão dos sinais de enrada a 3,3 Poras de Saída Faixa de ensão dos sinais de saída a 5 64

167 Capíulo 6 Resulados Experimenais A Tab. 6.5 demonsra as caracerísicas do gae-driver uilizado para o acionameno dos inerrupores dos conversores oos e Full-ridge que compõem o Grupo Reificador (Re-). Tab. 6.5 Especificações do Gae-Driver DROS5A da SUPPIER. Frequência máxima de comuação Correne máxima de pico de saída Tensão de moniorameno enre coleor e emissor Resisor de Gae Tensão de ese de isolaççao enre primário e secundário Faixa de ensão de alimenação Faixa de ensão de gae ligado Faixa de ensão de gae desligado Faixa de ensão de referência para proeção de curo-circuio khz,5 7,5 Ω 5 4,4 a 5,6,5 a 8 - a -7 6,5 a 7,5 A Tab. 6.6 raz as especificações do CP programado em linguagem ADDER para promover o acionameno dos conaores uilizados no seccionameno do circuio de poência do RHT. O seccionameno dos grupos reificadores Re- e Re, bem como da carga se fez necessário durane os eses de funcionameno de cada grupo reificador e durane o processo de pré-carga dos capaciores. Tab. 6.6 Especificações do CP SYSMAC CPE da OMRON. Tensão de alimenação a CA Número de pora de enrada 8 Número de poras de saída 6 Tipo de saída Relé Por fim, as informações écnicas referenes à fone rifásica programável uilizada para a alimenação do circuio do RHT e para os ensaios envolvendo afundamenos emporários de ensão são apresenadas na Tab

168 Capíulo 6 Resulados Experimenais Tab. 6.7 Especificações da Fone rifásica programável FCATHQ 45-- da SUPPIER. Tensão de alimenação de linha Frequência de enrada Tensão de saída ±% (enrada a 5 fios 3FNT) 5Hz/6Hz - (linha), -7 (fase) Correne máxima de saída Poência máxima de saída Frequência de saída A 4,5 ka 5-Hz (fundamenal) Número de harmônicos permiidos 5 argura de banda da saída -3.Hz Conrole individual das ampliudes e fases de saída Inerface com display CD Comunicação serial RS-3 Conrole individual das ampliudes e fases de saída Rampas programáveis de subida e descida eiuras de Tensão, Correne, Poência e Faor de Poência Proeções de Curo-circuio, Sobrecarga, Térmica e Sobreensão no arrameno CC Permie programação de disúrbios como falas de cura duração, sobre-ensões (swell) e afundamenos (sag) Programação de afundamenos bruscos aé o valor de 8%, 7%, 4% e % da ensão nominal, com duração programada e podendo iniciar e finalizar a qualquer ângulo da fase de alimenação; Afundamenos com empos programáveis dos inervalos de decréscimo, duração e acréscimo da ensão aplicada Implemenação do Código de Conrole No que ange a implemenação do algorimo de conrole e a configuração dos principais regisradores do DSP TMS3F8335 da TEXAS INSTRUMENTS que definem o correo funcionameno da esraégia de conrole do RHT, ese ópico dealha as principais ações omadas para a geração do código de conrole apresenado no Apêndice D. Além da configuração dos regisradores que definem o clock de operação do processador do DSP e da declaração das variáveis de conrole definidas segundo os diagramas esquemáicos das esraégias de conrole dos conversores Full-ridge e oos ilusrados na Fig. 4. e na Fig. 4.3, respecivamene, foi realizada a configuração dos regisradores responsáveis pela habiliação dos pinos de propósio geral (GPIO) que 66

169 Capíulo 6 Resulados Experimenais podem ser definidos como pinos de enrada digial ou pinos de saída digial ou pinos de saída PWM. Conforme observado na Fig. 6.3, os pinos,,, 3, 4 e 5 foram habiliados como pinos de saída digial e foram configurados pelo algorimo de conrole para fornecerem os sinais de pulsos enviados para os inerrupores S4, S, S5, S, S6 e S3 do conversor oos, respecivamene. Os pinos 6 e 8 foram habiliados como pinos de saída PWM e foram configurados para fornecerem os sinais de gailho dos inerrupores SF/S4F e SF/S3F do conversor Full-ridge, respecivamene, seguindo a lógica de Phase-Shif implemenada na esraégia de conrole. Os pinos 3 e 3, por sua vez, foram configurados como pinos de enrada digial e foram uilizados para habiliar/desabiliar os conroles dos conversores oos e Full-ridge aravés de chaves analógicas conecadas exernamene ao DSP. Fig. 6.3 Aribuições dos pinos de GPIO configurados no algorimo de conrole embarcado no DSP. Em seguida foi necessário realizar a configuração dos regisradores que deerminam a habiliação dos pinos das enradas de conversão analógico-digial (ADC) que foram definidos para receber os sinais de correne e ensão sensoriados. Os pinos A, A, A, A3, A4 e A5 foram configurados para receber os sinais sensoriados ia(in), van, ib(in), vbn, ic(in) e vcn, respecivamene, e os pinos e 3 foram configurados para receber os sinais sensoriados o(oos) e o, respecivamene, conforme ilusrado na Fig As esraégias de conrole dos conversores oos e Full-ridge, por sua vez, são implemenadas denro de uma função de inerrupção que é chamada sempre que ocorre a geração, por pare do ADC, das amosras sensoriadas. Desa forma, oda vez que uma 67

170 Capíulo 6 Resulados Experimenais amosra é gerada para cada um dos sinais de ensão e correne sensoriados, o algorimo de conrole implemenado na inerrupção é execuado e os sinais de gailho dos inerrupores dos conversores oos e Full-ridge são gerados. Dado que o código da esraégia de conrole é execuado sempre que ocorre a ação de amosragem, é necessário garanir que o período de amosragem definido pela frequência de amosragem configurada seja sempre maior que o empo gaso pelo DSP para esabelecer a amosragem dos sinais e execuar o código da inerrupção, impedindose assim, que ocorra a sobreposição de amosras e a falha na execução do algorimo de conrole. iso a isso, para definir a maior frequência de amosragem a ser configurada no algorimo, foi necessário primeiramene gerar o código de conrole para uma frequência de amosragem qualquer, embarcar esse código no DSP e definir um pino de saída digial que seja seado em nível lógico alo sempre que a primeira linha de código da inerrupção for execuada, e seado em nível lógico baixo sempre que úlima linha de código da inerrupção for execuada. Assim, o empo que essa saída digial permanecer em nível lógico alo deerminará o empo de execução do código da esraégia de conrole, podendo-se assim definir a frequência máxima de amosragem necessária para permiir que as amosras sejam geradas e o código seja execuado em um empo menor que o período de amosragem. A Fig. 6.4 demonsra que o empo gaso pelo DSP para gerar as amosras dos sinais sensoriados e execuar o código da esraégia de conrole é de,5 microssegundos, o que deermina que a frequência de amosragem a ser configurada no algorimo seja de no máximo 86 khz. Para deixar uma janela de empo de execução maior para possíveis novas inserções de linhas de código, opou-se por uilizar a frequência de amosragem de 5 khz, definindo-se assim, um empo limie de microssegundos para a geração das amosras e a execução do código da esraégia de conrole do RHT. Além disso, já que que a uilização de uma esraégia de conrole baseada em hiserese para o conversor oos orna possível a ocorrência de frequências de chaveameno variáveis nos inerrupores do circuio de poência, a escolha de uma frequência de amosragem igual a 5 khz garane que essas frequências de chaveameno sejam limiadas em 5 khz. Isso ocorre, pois, os sinais de pulsos enviados para os inerrupores apresenarão somene níveis baixos ou níveis alos durane oda a janela de microssegundos, o que limia a frequência de chaveameno e impede que frequências muio alas sejam imposas sobre os inerrupores. 68

171 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig. 6.4 Tempo gaso pelo DSP para geração das amosras e para execução do código da esraégia de conrole do RHT. Além da escolha e configuração da frequência de amosragem, para o desenvolvimeno do algorimo de execução da esraégia de conrole do RHT implemenado na função de inerrupção do código de conrole, foi necessário ambém definir as equações de diferenças [55] que deerminam, aravés de linhas de código, o comporameno dos conroladores de ensão dos conversores oos e Full-ridge, do filro Passa-aixa e do conrolador PI da esruura P. Essas equações de diferenças são deerminadas a parir da muliplicação cruzada dos dois lados de cada uma das equações que definem as funções de ransferência discreas represenadas por (5.) a (5.4). Os produos dessas muliplicações cruzadas resulam nas equações definidas por (6.) a (6.4). u - - (z) = [,9955 z,99547 z ] uv() (z) [, ,939 z, z ] e (z) v() u v(f) - [,88,79 z ] e (z) v() (6.) - (z) = z u (z) (6.) v(f) v(f) v - - (z) = [, z, z ] vmul(med) (z) [ 5,67839,35678 z 5,67839 z ] v (z) Mul(med) Mul (6.3) v CC - [,,999 z ] v (z) - (z) = z v (z) (6.4) CC Mul(med) Sendo a muliplicação de uma variável discrea por z -k represenada pela k-ésima amosra passada dessa variável, obém-se as equações de diferenças dos conroladores de ensão dos conversores oos e Full-ridge, do filro Passa-aixa e do conrolador PI da esruura P reescrevendo-se (6.) a (6.4) da seguine forma: u v()[n] =,9955 u, e v()[n] v()[n],99547 u 3,939-7 e v()[n ] v()[n], e v()[n] (6.5) 69

172 Capíulo 6 Resulados Experimenais u v(f)[n] = u,88 e,79 e (6.6) v(f)[n ] v(f)[n] v(f)[n ] v Mul(med)[n] 5,67839 =, v -7 v Mul[n] Mul(med)[n],35678, v -6 v Mul[n] Mul(med)[n] 5, v Mul[n] (6.7) v CC[n] = vcc[n ], vmul(med)[ n],999 vmul(med)[ n] (6.8) Onde uv()[n], uv(f)[n], vmul(med)[n] e vcc[n] represenam as amosras de uv(), uv(f), vmul(med) e vcc que se deseja deerminar no momeno de execução do código durane a inerrupção do ADC; uv()[n-], uv(f)[n-], vmul(med)[n-] e vcc[n-] represenam as amosras de uv(), uv(f), vmul(med) e vcc deerminadas no processo de amosragem anerior ao aual; e uv()[n-], uv(f)[n-], vmul(med)[n-] e vcc[n-] represenam as amosras de uv(), uv(f), vmul(med) e vcc deerminadas à dois processos de amosragem aneriores ao aual. Conforme pode ser verificado no algorimo de conrole apresenado no Apêndice D, além da elaboração de linhas de códigos para definir a chamada de cada esraégia de conrole, da configuração das pinos digiais de propósio geral, da configuração das saída PWM e das implemenações das equações de diferenças dos conroladores de ensão dos conversores oos e Full-ridge, do filro Passa-aixa e do conrolador PI da esruura P, ao final do algorimo foram desenvolvidas ambém linhas de códigos que desabiliam os sinais de gailhos dos inerrupores dos circuios dos conversores oos e Full-ridge em condições de sobrecorrenes e curos-circuios Resulados Experimenais do RHT Operando sob Condições Normais de Suprimeno da Rede Elérica (Poência de 4,5 kw) Para validar inicialmene a eficácia da esraégia de conrole do pono de visa de imposição de correnes de linha de enrada senoidais, a Fig. 6.5 demonsra como são realizadas as composições das correnes de linha de enrada das fases A, e C. Observase que, assim como foi exposo nos resulados de simulação compuacional apresenados no Capíulo 5, as correnes de enrada são os resulados das combinações das correnes drenadas por cada fase de Re- e de Re- e que são jusamene as correnes de linha imposas por Re- que deerminam a forma de onda senoidal das correnes resulanes. A Fig. 6.6 apresena as correnes de linha de enrada das fases A, e C, o que reforça a eficácia do conrole quano à imposição de correnes de linha de enrada senoidais e à consequene miigação do coneúdo harmônico dessas correnes. 7

173 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) (b) (c) Fig. 6.5 Correnes de linha de enrada drenadas pelo RHT, por Re- e por Re- para (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. Fig. 6.6 Correnes de linha de alimenação das fases A, e C. A parir do veor de ponos dos valores de cada uma das correnes obidos aravés dos resulados exraídos do osciloscópio TPS 4 da Tekronix, foi possível deerminar a disorção harmônica das correnes ia(in), ib(in) e ic(in) e comparar o coneúdo harmônico dessas correnes com a norma IEC Conforme pode ser observado pela Fig. 6.7, os coneúdos harmônicos das correnes de linha de enrada imposas pelo RHT demonsraram-se em conformidade com a norma da IEC e a Disorção Harmônica Toal (DHT) de cada correne apresenou-se com valor saisfaório e basane reduzido, o 7

174 Capíulo 6 Resulados Experimenais que mais uma vez comprova o excelene funcionameno do RHT e de sua esraégia de conrole. (a) (b) (c) Fig. 6.7 Disorção harmônica oal e comparação, em relação à normal IEC 6-3-, das ampliudes harmônicas das correnes (a) i a(in), (b) i b(in) e (c) i c(in). 7

175 Capíulo 6 Resulados Experimenais Já que a conformidade das ampliudes harmônicas das correnes de linha de enrada em relação à norma da IEC foi esabelecida, verificou-se ambém a implicação da imposição dessas correnes em ermos de correção de faor de poência. Como é possível verificar aravés da Fig. 6.8, as correnes ia(in), ib(in) e ic(in) apresenaram-se em fase com as ensão F-N van, vbn e vcn, respecivamene, o que demonsra a correa funcionalidade do P implemenado para aracar as referências senoidais com as ensões fase-neuro. Para foralecer a ideia de correção de faor de poência proporcionada pela esraégia de conrole do RHT, uilizou-se o medidor digial de poência WT3 da Yokogawa para medir as poências aiva e aparene por fase e consequenemene medir o faor de poência por fase, conforme pode ser verificado aravés da Fig Noa-se que o faor de poência por fase apresenou-se muio próximo do valor uniário. (a) (b) (c) Fig. 6.8 Correnes de linha em fase com as ensões F-N para (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. 73

176 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) (b) (c) Fig. 6.9 Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. Ensaios experimenais envolvendo variações de carga processada pelo RHT foram realizados, e, aravés da obenção do veor de ponos das formas de onda das correnes de linha de enrada pelo osciloscópio TPS 4 da Tekronix e a uilização do medidor digial de poência WT3 da Yokogawa, foi possível deerminar a disorção harmônica oal média enre as correnes imposas e o faor de poência médio enre os valores obidos por fase durane a variação da poência da carga aplicada ao RHT. O gráfico apresenado na Fig. 6. ilusra o comporameno da disorção harmônica oal média e o faor de poência médio enre os valores obidos por fase, o que permie perceber que a disorção harmônica oal, apesar de pequena para a carga de,3 kw, sofreu uma redução considerável quando da operação do RHT para uma carga de 4,5 kw, e que o faor de poência médio a parir de, kw de carga apresenou uma elevação considerável, com valor bem próximo do uniário. Ese gráfico ilusra a eficácia da esraégia de conrole adoada e demonsra o óimo papel da opologia de conversor adoada para o RHT em ermos de miigação de coneúdo harmônico de correne e correção de faor de poência. 74

177 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig. 6. Disoração harmônica oal média e faor de poência médio em função da poência aiva média oal processada. Conforme mencionado, além de esabelecer a imposição de correnes de linha de enrada senoidais, o RHT ambém é responsável pelo conrole da ensão no barrameno CC. O objeivo da esraégia é conrolar a ensão no capacior de saída de Re- de al forma que essa ensão somada à ensão no capacior de saída de Re- (compensação série de ensão no barrameno CC) resule em uma ensão conrolada no barrameno CC em 4. A Fig. 6. demonsra as ensões nos capaciores de saída de Re- (Cnc), de Re- (Cfb) e do conversor oos (o(oos)), e a ensão no barrameno CC (o) conrolada em 4 durane condições normais de suprimeno da rede elérica. Observa-se que, conforme esperado, o conrole promove a compensação série de ensão no barrameno CC e a ensão oal aplicada à carga é o resulado da soma enre Cnc e Cfb. ale salienar que a ensão o(oos) é conrolada em 35 e aplicada à enrada do conversor Full-ridge, o que permie, dependendo da carga processada, que a ensão no barrameno CC seja conrolada em 4 mesmo que a ensão no capacior de saída de Re- caia para 5 durane condições de afundamenos emporários de ensão. Aravés da uilização do medidor digial de poência WT3 da Yokogawa foi possível medir a poência aiva média oal processada por cada grupo reificador durane condições normais de suprimeno da rede CA e uma carga com poência de aproximadamene 4,5 kw, conforme pode ser verificador pela Fig. 6.. Noa-se que assim como foi previso nos resulados de simulação compuacional, a esruura Re- é responsável por mais de 73% da poência aiva média oal processada pelo RHT, resando menos de 7% para a esruura Re-. 75

178 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig. 6. Tensão no barrameno CC ( o), ensão de saída do conversor oos ( o(oos)), ensão de saída de Re- ( Cnc), e ensão de saída de Re- ( Cfb). (a) (b) Fig. 6. Poências aivas de saída processadas pelo reificador híbrido rifásico (P o), por Re- (P o(re-)) e por Re- (P o(re-)) e percenal de processameno de poência (P o(re-)% e P o(re-)%) Resulados Experimenais do RHT Operando Diane de Degrau de Carga Processada (,4 kw para 4,5 kw) Para verificar o desempenho dinâmico do reificador híbrido rifásico, aplicou-se um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw no insane DEGRAU. O comporameno das correnes de linha de enrada é apresenado na Fig. 6.3 e as resposas dinâmicas das correnes drenadas pela fase A do RHT, de Re- e de Re- durane o ransiório de carga são apresenadas na Fig Percebe-se que a esraégia de conrole aua no RHT ão rapidamene quano necessário para que a magniude da correne imposa pelo conversor oos aumene acompanhando o aumeno da correne drenada pelo reificador não conrolado e manendo as correnes de linha de enrada do RHT com aspeco senoidal após o segundo ciclo poserior à ocorrência do degrau. 76

179 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig. 6.3 Resposas dinâmicas das correnes de linha de enrada durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw. Fig. 6.4 Resposas dinâmicas das correnes de linha de enrada drenadas pela fase A do RHT, de Re- e de Re- durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw. Os desempenhos dinâmicos da ensão no barrameno CC e das ensões nos capaciores de saída de Re-, Re- e do conversor oos durane o ransiório de carga ambém foram verificados e são apresenados na Fig Noa-se que apesar da ensão o(oos) apresenar uma queda durane o ransiório, a mesma se manem consane em 35 em regime permanene, o que não implica em nenhuma queda na ensão do capacior de saída do conversor Full-ridge. A ensão Cnc apresenou uma pequena redução após o degrau, enreano a esraégia de conrole promoveu um aumeno na ensão Cfb proporcional a essa queda de al forma que a ensão o se maneve consane em 4. Em ermos de aplicações voladas para microrredes, as resposas das ensões Cfb e o diane de um degrau de carga ilusram o comporameno esperando quando da ocorrência de reduções de fornecimeno de energia por pare de fones renováveis de energia e de conexões de cargas de ala poência em barramenos de disribuição de energia em CC. Assim, consaa-se que o RHT, junamene à sua caracerísica de 77

180 Capíulo 6 Resulados Experimenais compensação série de ensão, é uma excelene alernaiva para dar suporabilidade a oscilações de ensão em barramenos CC uilizados por microrredes para a disribuição de energia elérica. Fig. 6.5 Resposas dinâmicas da ensão no barameno CC e das ensões nos capaciores de saída de Re-, de Re- e do conversor oos durane um degrau de carga de,4 kw para 4,5 kw Resulados Experimenais do RHT Operando sob Condições de Afundamenos de Tensão (Poência de,3 kw) Os eses envolvendo afundamenos emporários de ensão foram realizados omando por base a classificação apresenada no esudo dealhado por ollen [59], o qual classifica os afundamenos emporários de ensão em see ipos, denominados de A,, C, D, E, F e G, cujas caracerísicas dependem do ipo de curo circuio, da conexão do ransformador e da carga. Conforme foi apresenado na Tab. 5., ollen define o parâmero h ( <h < ), o qual deermina o valor da magniude das ensões de fase e o ângulo de fase durane a ocorrência de cada ipo de afundameno. ale desacar que para os eses envolvendo afundamenos de ensão uilizou-se a fone rifásica programável FCATHQ 45-- da SUPPIER cujas caracerísicas enconram-se dealhadas na Tab Durane eses eses foi necessário reduzir a poência da carga de 4,5 kw para,3 kw viso à limiação da correne máxima fornecida pela referida fone. Isso se fez necessário pois durane a ocorrência de deerminados ipos de afundamenos de ensão, a esraégia de conrole aua no RHT para que o conrole da ensão no capacior de saída do conversor oos seja realizada aravés do aumeno da ampliude das correnes de linha de enrada imposas, o que implica na auação da proeção da fone conra sobrecorrenes para cargas de poência mais ala. 78

181 Capíulo 6 Resulados Experimenais As subseções que se seguem apresenam os resulados experimenais perinenes à operação do RHT durane a ocorrência dos see ipos de afundamenos de ensão para o parâmero h igual a, Afundameno de Tensão do Tipo A Tomando por base a Tab. 5. para o parâmero h igual a,5 e levando em consideração que as ensões F-N em condições normais de suprimeno da rede CA apresenam valor de pico igual a 8, (6.) a (6.3) apresenam as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo A. v an ( ) 9 sen( 377 ) = (6.) ( ) = 9 sen( ) v bn (6.) ( ) = 9 sen( 377 ) v cn (6.3) A Fig. 6.6 ilusra as ensões F-N durane a ocorrência do afundameno de ensão do ipo A ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG. Noa-se que para ese ipo de afundameno, a ensões não sofrem mudanças de fase e suas ampliudes são reduzidas pela meade. (a) Fig. 6.6 Afundameno de ensão do ipo A: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. O comporameno das correnes de linha de enrada durane o afundameno de ensão do ipo A é apresenado na Fig Após o insane SAG, a esraégia de conrole aua no RHT de al forma que as ampliudes das correnes de linha de enrada sejam aumenadas para compensar a ensão na saída do conversor oos e manê-la em 35. A velocidade desse aumeno na ampliude das correnes depende da velocidade de (b) 79

182 Capíulo 6 Resulados Experimenais descarga do capacior de saída de Re- (C) após o insane SAG, como é possível observar na Fig (a) Fig. 6.7 Afundameno de ensão do ipo A: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) (a) Fig. 6.8 Afundameno de ensão do ipo A: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Como a ensão de saída de Re- sofre uma queda durane o afundameno das ensões F-N, conforme demonsrado na Fig. 6.8, a esraégia de conrole aua no conversor Full-ridge para conrolar a ensão Cfb, que ao ser somada à ensão Cnc, maném a ensão no barrameno CC consane em 4 durane o disúrbio, evidenciando mais uma vez a eficácia do conrole e da esruura do RHT ao operar para a realização da compensação série de ensão no barrameno CC. iso que o afundameno de ensão do ipo A é o mais severo devido à redução drásica que o mesmo provoca na ensão do capacior de saída de Re-, para compensar al disúrbio da rede CA e maner a ensão no barrameno CC conrolada em 4 é necessário que a esruura Re- processe em orno de 65% da poência oal enre à carga, conforme pode ser observado pela Fig (b) 8

183 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig. 6.9 Afundameno de ensão do ipo A: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) Afundameno de Tensão do Tipo Manendo o parâmero h igual a,5, (6.4) a (6.6) apresenam as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo. v an ( ) 9 sen( 377 ) = (6.4) ( ) = 8 sen( ) v bn (6.5) ( ) = 8 sen( 377 ) v cn (6.6) A Fig. 6. ilusra as ensões F-N durane a ocorrência do afundameno de ensão do ipo ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG. Para ese ipo de afundameno, somene uma das fases é reduzida pela meade do seu valor de pico e, assim como para o afundameno do ipo A, a ensões não sofrem mudanças de fase. (a) Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. O comporameno das correnes de linha de enrada e o comporameno das ensões de saída do conversor oos, das esruuras Re- e Re- e do RHT durane o (b) 8

184 Capíulo 6 Resulados Experimenais afundameno de ensão do ipo são apresenados na Fig. 6. e na Fig. 6., respecivamene. Como o afundameno do ipo é bem menos severo que o afundameno do ipo A, a queda na ensão Cnc é muio pequena e o RHT consegue regular facilmene a ensão o em 4, o que implica em um pequeno aumeno nas ampliudes das correnes de linha de enrada durane o disúrbio para poder maner em 35 a ensão de saída do conversor oos. (a) Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) (a) Fig. 6. Afundameno de ensão do ipo : Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. iso à severidade reduzida do afundameno do ipo e à necessidade de um pequeno aumeno na ensão de saída do conversor Full-ridge, o processameno de poência por pare da esruura Re- fica em cerca de apenas 9%, conforme pode ser observado pela Fig (b) 8

185 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo : Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) Afundameno de Tensão do Tipo C Para o valor de,5 configurado para o parâmero h, (6.7) a (6.9) apresenam as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo C. Além de promover uma redução significaiva nas ampliudes de duas ensões F-N, o afundameno do ipo C é responsável ambém por promover uma variação na fase das mesmas. v an ( ) 8 sen( 377 ) = (6.7) ( ) = 9,6 sen( 377,9 ) v bn (6.8) ( ) = 9,6 sen( , ) v cn (6.9) A Fig. 6.4 ilusra as ensões F-N durane a ocorrência do afundameno de ensão do ipo C ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG. Observa-se que há um defasameno angular provocado nas ensões vbn e vcn por ese ipo de afundameno de ensão. (a) Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo C: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) 83

186 Capíulo 6 Resulados Experimenais O comporameno das correnes de linha de enrada durane o afundameno de ensão do ipo C é apresenado na Fig Mais uma vez o P implemenado na esraégia de conrole comprova sua eficácia ambém durane a ocorrência desse ipo de afundameno, uma vez que as correnes de linha de enrada maniveram-se em fase com as respecivas ensões F-N. (a) Fig. 6.5 Afundameno de ensão do ipo C: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Assim como pode ser percebido pela Fig. 6.6, apesar de uma severidade reduzida em relação ao afundameno do ipo A, a esraégia de conrole auou no RHT de al modo que a ensão o maneve-se conrolada em 4 durane a ocorrência do afundameno do ipo C, além de promover o conrole da ensão de saída do conversor oos em 35. Mais uma vez a compensação série de ensão é perfeiamene visível durane o afundameno, sendo que há um aumeno na ensão Cfb em consequência da redução da ensão Cnc. (b) (a) Fig. 6.6 Afundameno de ensão do ipo C: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. A Fig. 6.7 ilusra a divisão do processameno de poência enre Re- e Re- durane a ocorrência do afundameno do ipo C. Foi necessário um processameno de (b) 84

187 Capíulo 6 Resulados Experimenais aproximadamene 35% por pare de Re- para promover a compensação série de ensão no barrameno CC e garanir que a ensão o permanecesse conrolada em 4. (a) Fig. 6.7 Afundameno de ensão do ipo C: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) Afundameno de Tensão do Tipo D As expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo D para o parâmero h igual a,5 são apresenadas por (6.) a (6.). Apesar do afundameno do ipo D promover uma redução de ampliude e oferecer variações de ângulo de fase das ensões F-N, é um ipo de afundameno de baixa severidade assim como o afundameno do ipo. v an ( ) 9 sen( 377 ) = (6.) ( ) = 6,5 sen( ,9 ) v bn (6.) ( ) = 6,5 sen( 377 6, ) v cn (6.) As ensões F-N durane a ocorrência do afundameno de ensão do ipo C ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG são ilusradas na Fig É permiido consaar que são pequenas ano a redução na ampliude como a variação no ângulo de fase provocadas nas ensões vbn e vcn, sendo mais acenuado o afundameno presene na ensão da fase A. A Fig. 6.9 ilusra o comporameno das correnes de linha de enrada durane o afundameno de ensão do ipo D. Percebe-se que a esraégia de conrole ena promover a imposição de correnes de linha de enrada próximas da caracerísica senoidal e em fase com as ensões F-N durane a ocorrência do afundameno. 85

188 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig. 6.8 Afundameno de ensão do ipo D: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) (a) Fig. 6.9 Afundameno de ensão do ipo D: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Devido à severidade reduzida do afundameno do ipo D, a queda da ensão de saída da esruura Re- é muio pequena e o RHT consegue regular facilmene a ensão o em 4 viso ao reduzido aumeno na ensão Cfb, o que implica na necessidade de um pequeno aumeno nas ampliudes das correnes de linha de enrada durane o disúrbio para poder maner a ensão o(oos) em 35, conforme evidenciado na Fig (b) (a) Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo D: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) 86

189 Capíulo 6 Resulados Experimenais A divisão do processameno de poência enre Re- e Re- durane a ocorrência do afundameno do ipo D é demonsrada na Fig Assim como o afundameno do ipo, foi necessário um processameno abaixo de 9% por pare de Re- para promover a compensação série de ensão no barrameno CC. (a) (b) Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo D: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re Afundameno de Tensão do Tipo E Considerando o valor de,5 para o parâmero h, as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo E são apresenadas por (6.3) a (6.5). Apesar de não promover variação de defasameno angular, o afundameno do ipo E apresena uma severidade inermediária viso que provoca uma redução de 5% nas ampliudes de duas ensões F-N. v an ( ) 8 sen( 377 ) = (6.3) ( ) = 9 sen( ) v bn (6.4) ( ) = 9 sen( 377 ) v cn (6.5) A Fig. 6.3 demonsra o efeio do afundameno do ipo E sobre as ensões F-N, ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG. É possível perceber aravés da Fig o perfeio funcionameno do P e da esraégia de conrole diane da imposição de correnes de linha de enrada senoidais e em fase com as ensões F-N durane a ocorrência do afundameno do ipo E. Assim como para odos os ipos de afundamenos aneriormene apresenados, após o insane SAG, a esraégia de conrole aua no RHT de al forma que as ampliudes das correnes de linha de enrada sejam aumenadas para compensar a ensão na saída do conversor oos e manê-la em

190 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig. 6.3 Afundameno de ensão do ipo E: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) (a) Fig Afundameno de ensão do ipo E: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Como pode-se noar na Fig. 6.34, o afundameno do ipo E promove uma redução significaiva na ensão de saída da esruura Re-, o que implica em considerável aumeno na ensão de saída do conversor Full-ridge. Mais uma vez, a compensação série é realizada saisfaoriamene e a ensão o é manida consane em 4. (b) (a) Fig Afundameno de ensão do ipo E: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. (b) 88

191 Capíulo 6 Resulados Experimenais A Fig demonsra a divisão do processameno de poência enre Re- e Re- durane a ocorrência do afundameno do ipo E. Apesar desse ipo de afundameno de ensão não ser ão rigoroso quano o afundameno do ipo A, é necessário que a esruura Re- processe cerca de 45% da poência aiva oal enregue à carga para promover a compensação série de ensão no barrameno CC. (a) Fig Afundameno de ensão do ipo E: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) Afundameno de Tensão do Tipo F Para o mesmo valor de,5 para o parâmero h, as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo F são represenadas por (6.6) a (6.8). v an ( ) 9 sen( 377 ) = (6.6) ( ) = 37,47 sen( 377 5,9 ) v bn (6.7) ( ) = 37,47 sen( 377 9, ) v cn (6.8) O comporameno das ensões F-N durane o afundameno do ipo F, ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG é apresenado na Fig Esse ipo de afundameno apresena um nível de severidade semelhane ao do afundameno do ipo E e além disso promove a modificação no ângulo de fase enre as ensões F-N, o que implica em uma melhor auação do P implemenado na esraégia de conrole. 89

192 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig Afundameno de ensão do ipo F: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. A Fig ilusra o comporameno das correnes de linha de enrada durane o afundameno do ipo F. Assim como previso para os ouros ipos de afundamenos, o P foi responsável por aracar as correnes imposas aravés das referências senoidais com as ensões F-N mesmo diane da condição de variação de fase angular provocada pelo afundameno do ipo F. Além disso, após o insane SAG, a esraégia de conrole aua no RHT de al forma que as ampliudes das correnes de linha de enrada sejam aumenadas para compensar a ensão o(oos) e manê-la em 35. (b) (a) Fig Afundameno de ensão do ipo F: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Mais uma vez, do mesmo modo que aconece no afundameno do ipo E, uma redução significaiva na ensão de saída da esruura Re- é percebida aravés da Fig. 6.38, o que implica em um considerável aumeno na ensão do capacior de saída da esruura Re- para realizar a compensação série de maneira eficaz e conrolar a ensão no barrameno CC em 4. (b) 9

193 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig Afundameno de ensão do ipo F: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Assim como previso nos resulados de simulação apresenados no Capíulo 5, para a compensação da ensão no barrameno CC durane a ocorrência do afundameno do ipo F é necessário que cerca de 4% da poência aiva oal requerida pela carga seja processada pelo grupo reificador Re-, conforme pode ser observado pela Fig (b) (a) Fig Afundameno de ensão do ipo F: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) Afundameno de Tensão do Tipo G Para finalizar os resulados envolvendo afundamenos emporários de ensão, as expressões maemáicas no domínio do empo para as ensões F-N durane a ocorrência de um afundameno de ensão do ipo G para o parâmero h igual a,5 são represenadas por (6.9) a (6.). O afundameno do ipo G promove variação ano nas ampliudes como nos ângulos de fase da ensões F-N, sendo um ipo de afundameno ão rigoroso quano os afundamenos do ipo E e F. v an ( ) 5 sen( 377 ) = (6.9) ( ) = 8,6 sen( 377 6, ) v bn (6.) ( ) = 8,6 sen( ,9 ) v cn (6.) 9

194 Capíulo 6 Resulados Experimenais A Fig. 6.4 ilusra o efeio do afundameno do ipo G sobre o comporameno das ensões F-N, ano em regime permanene como durane o ransiório do afundameno que ocorre no insane SAG. (a) Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Tensões F-N v an, v bn e v cn durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. A Fig. 6.4 demonsra o comporameno das correnes de linha de enrada durane o afundameno do ipo G. O P implemenado mais uma vez permiiu que as correnes de linha de enrada se enconrassem aracadas com as ensões F-N e a esraégia de conrole foi capaz de auar no RHT para impor correnes de linha de enrada muio próximas do formao senoidal, assegurando baixa disorção harmônica. (b) (a) Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Correnes i a(in), i b(in) e i c(in) durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Com relação à compensação série de ensão no barrameno CC, a Fig. 6.4 permie visualizar o correo funcionameno do conrole, sendo necessário um aumeno considerável na ensão Cfb para compensar a queda na ensão Cnc e maner a ensão o em 4. (b) 9

195 Capíulo 6 Resulados Experimenais (a) Fig. 6.4 Afundameno de ensão do ipo G: Tensões o, o(oos), Cnc e Cfb durane (a) o regime permanene e (b) durane o ransiório. Assim como no afundameno do ipo E, de acordo com a Fig. 6.43, para que a compensação série da ensão no barrameno CC seja realizada durane o afundameno ipo G para o parâmero h igual a,5, cerca de 45% da poência aiva oal enregue à carga deve ser processada pela esruura Re-. (b) (a) Fig Afundameno de ensão do ipo G: Divisão de processameno de poência enre Re- e Re-. (b) 6.7. Análise de Divisão de Processameno de Poência, de Faor de Poência por Fase e de Rendimeno em Função da Poência de Saída e do ipo de Afundameno de Tensão Aravés da uilização do medidor digial de poência WT3 da Yokogawa foi possível levanar os resulados experimenais (Apêndice E) necessários para a análise de divisão de processameno de poência, de faor de poência e de rendimeno do RHT. A Fig demonsra o comporameno da divisão de processameno de poência enre Re- e Re- em função da poência oal enregue à carga e em função do ipo de afundameno emporário de ensão ao qual o RHT foi submeido. Observa-se que em condições normais de suprimeno da rede CA, a divisão de processameno de poência fica em orno de 73% para Re- e 7% para Re- independene da condição de carga. 93

196 Capíulo 6 Resulados Experimenais Percebe-se ainda que apesar do processameno de poência por pare de Re- cair em decorrência da diminuição da ampliude de uma ou mais ensões F-N durane a ocorrência dos ipos de afundamenos de ensão, o grupo reificador Re- consegue suprir a poência adicional enregue à carga, e desa forma a poência aiva oal de saída permanece consane. A Fig. 6.45, por sua vez, ilusra o comporameno do faor de poência por fase em função da poência oal enregue à carga e em função do ipo de afundameno emporário de ensão ao qual o RHT foi submeido. Noa-se que para uma carga de 4,5 kw em condições normais de suprimeno da rede CA, o faor de poência é muio próximo do valor uniário, o que jusifica a eficácia do P implemenado e do conrole adoado para fins de imposição de correnes de linha de enrada senoidais e correção de faor de poência. Para condições de afundamenos de ensão, a esraégia de conrole adoada para o conversor oos foi capaz de maner o faor de poência por fase em valores alos mesmo durane a ocorrência de afundamenos que provocam alerações no ângulo de fase das ensões F-N, e, como consequência, obeve-se uma redução significaiva do coneúdo harmônico das correnes de linha de enrada imposas. Essa premissa é válida pois quano menor o coneúdo harmônico presene nas correnes de linha de enrada, menor é o valor eficaz das mesmas e, porano, a poência aparene requerida pelo sisema é reduzida. Como o faor de poência é inversamene proporcional à poência aparene requerida, quano menor for essa poência, maior será o faor de poência por fase. Fig Divisão de processameno de poência enre Re- e Re- em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão. 94

197 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig Faor de poência por fase em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão. Em ermos de rendimeno, a Fig apresena o resulado do cálculo do rendimeno da esruura do RHT para a condição de carga de 4,5 kw a parir da medição das poências aivas médias de enrada e saída uilizando o medidor digial de poência WT3 da Yokogawa, em que se percebe que o rendimeno global da esruura se apresenou em 86,44%. A Fig ilusra uma comparação do rendimeno do RHT obido experimenalmene (Apêndice E) em função da poência aiva média de saída e do ipo de afundameno de ensão. Apesar do rendimeno obido para a carga de 4,5 kw mosrar-se inferior a 9%, diversos rabalhos presenes na lieraura envolvendo a uilização única de opologias de conversores Full-ridge [6]-[64] apresenaram rendimenos inferiores a 9% para cargas inferiores a kw, o que leva à conclusão de que, assumindo-se que a esruura Re- apresene um rendimeno próximo de %, o conversor oos rifásico uilizado na esruura Re- deve apresenar um rendimeno em orno de 94% para que a esruura global do RHT apresene um rendimeno próximo de 86,5%. ogo duas esruuras com rendimenos relaivamene alos (ηoos = 94% e ηfull-ridge = 9%) conecados em cascaa podem implicar em redução no rendimeno global da esruura final. Enreano, é imporane salienar que o proóipo do RHT desenvolvido em laboraório foi elaborado com dimensões maiores para faciliar a obenção de resulados experimenais, o que implica na uilização de uma quanidade maior de placas e fios de cobre para realização das conexões do circuio de poência, o que por sua vez deerminam maiores perdas e a consequene redução do rendimeno. 95

198 Capíulo 6 Resulados Experimenais Fig Rendimeno do RHT para a condição de carga de 4,5 kw. Para condições normais de suprimeno da rede CA rifásica de alimenação, percebe-se aravés da Fig que o RHT apresenou rendimenos próximos do valor médio de 87% para uma ampla faixa de cargas, o que implica em um rendimeno médio consane e alo para a esruura do RHT rabalhando com uma exensa margem de poências quando consruído de forma mais compaca para redução de perdas. Para condições de afundamenos de ensão, principalmene para os mais severos (ipos A, E e F), o rendimeno cai consideravelmene, o que, enreano, não represena uma preocupação significaiva pois os afundamenos emporários de ensão são disúrbios da rede CA de cura duração. Fig Rendimeno do RHT em função da poência oal de saída e do ipo de afundameno de ensão. Em suma, para o desenvolvimeno de um produo final, é possível esabelecer reduções significaivas nas dimensões e no peso do proóipo pois as esruuras reificadoras que compõem o RHT são passíveis de apresenar dimensões basane reduzidas viso à uilização de elemenos magnéicos que rabalham em frequências elevadas, o que permie o aumeno da robusez e do rendimeno global da esruura ano 96

199 Capíulo 6 Resulados Experimenais em condições normais de suprimeno da rede CA como em condições de afundamenos emporários de ensão. Além disso, a divisão de processameno de poência para a condição normal de suprimeno da rede CA, esabelecida em aproximadamene 73% para Re- e 7% para Re-, deermina que a uilização da uma esruura reificadora Re- mais compaca deermina um aumeno considerável no rendimeno global do RHT Considerações finais Nese capíulo foram apresenados os resulados experimenais obidos a parir de um proóipo do RHT operando em condições normais de suprimeno da rede elérica com carga de 4,5 kw e em condições de afundamenos emporários de ensão dos ipos A,, C, D, E, F e G com carga de,3 kw. Em relação às simulações apresenadas no Capíulo 5, os resulados experimenais obidos foram basane saisfaórios, comprovando que a esruura do RHT é realmene capaz de impor correnes de linha de enrada senoidais com baixo coneúdo harmônico e em conformidade com a norma IEC 6-3- para condições normais de operação e de fornecer suporabilidade a afundamenos emporários de ensão aravés da écnica de compensação série de ensão no barrameno CC. É imporane ressalar que a esraégia de conrole digial uilizada mosrou-se muio eficaz e de fácil implemenação, permiindo auar no RHT de modo a promover a imposição de correnes de linha de enrada com forma de onda muio próximas da senoidal e em fase com as ensões F-N diane de condições de afundamenos emporários de ensão que promovem variações de ângulo de fase, assegurando baixa disorção harmônica de correne e elevado faor de poência mesmo durane a ocorrência de ais disúrbios da rede CA. Devido ao fao dos conroladores de ensão uilizados nas esraégias de conrole dos conversores oos e Full-ridge erem sido projeados para a condição nominal de operação e para a pior condição de afundameno emporário de ensão, os mesmos conroladores funcionaram saisfaoriamene para condições envolvendo cargas com poências reduzidas, o que garane o funcionameno das esraégias de conrole para uma ampla faixa de cargas. Uma análise das poências processadas pelos conversores envolvidos na esruura foi mosrada nos resulados experimenais. erificou-se que em condições normais de operação e suprimeno de ensão, a esruura Re- processa aproximadamene 7 % da poência oal, sendo o resane, 73%, processada pelo reificador rifásico não conrolado 97

200 Capíulo 6 Resulados Experimenais de seis pulsos, o que assegura a robusez da esruura e promove condições para operações com rendimenos alos para a esruura global do RHT. Por fim, em conformidade com as conclusões esabelecidas aravés dos resulados de simulação compuacionais apresenados no Capíulo 5, os resulados experimenais realmene comprovaram a eficácia da compensação série de ensão para a regulação da ensão no barrameno CC, o que orna a esruura do RHT muio viável para dar suporabilidade a oscilações de ensão em barramenos CC uilizados na disribuição de energia elérica em microrredes. Em suma, a compensação série de ensão, cujo objeivo é fazer com que o conversor Full-ridge imponha uma ensão em seu capacior de saída que somada à ensão no capacior de saída do R promova uma ensão regulada em 4 no barrameno CC, orna o RHT uma esruura reificadora apa a compensar as oscilações de ensão que podem ocorrer devido aos problemas das microrredes abordados no Capíulo, como a conexão excessiva de microfones em sisemas com poucas cargas, as inermiências das fones renováveis de energia devido às condições da naureza e a conexão e desconexão de cargas de ala poência, garanindo assim, um barrameno CC regulado para a alimenação das diversas cargas sensíveis a perurbações presenes nas microrredes. 98

201 Capíulo 7 Conclusões Gerais Com a finalidade de sineizar os esudos desenvolvidos e os principais resulados alcançados, uma avaliação conclusiva acerca dos rabalhos realizados durane a pesquisa em paua é apresenada nese capíulo final. Assim sendo, foi apresenada uma nova esruura de reificador híbrido rifásico (RHT) capaz de dar suporabilidade para a regulação de ensão em barramenos CC uilizados na alimenação de cargas CC sensíveis a perurbações ano da rede CA de alimenação quano de microrredes de disribuição em CC, sendo essa esruura proposa para miigar o coneúdo harmônico das correnes de linha drenadas da rede CA, assegurar um elevado faor de poência e regular a ensão no barrameno CC durane condições normais de suprimeno da rede CA de alimenação, durane condições de afundamenos emporários de ensão que ocorrem nas ensões rifásicas da rede CA de alimenação e ambém durane oscilações de ensão provocadas pelas insabilidades naurais das fones alernaivas de energia conecadas à microrredes de disribuição de energia elérica em correne conínua. O arranjo do RHT desenvolvido para al fim consise da associação de duas esruuras reificadores, sendo a primeira, denominada de Re-, composa pelo circuio passivo de um reificador rifásico não conrolado de seis pulsos com induores do lado CA, e a segunda, denominada de Re-, composa por um conversor oos rifásico oalmene conrolado com induores do lado CA ligado em paralelo com a rede elérica para promover a imposição de correnes de linha de enrada senoidais, e cascaeado a um conversor CC-CC Full-ridge isolado cuja saída é ligada em série com a saída de Re-, promovendo regulação da ensão no barrameno CC do RHT aravés da inovadora écnica de compensação série de ensão. Foi esabelecido um méodo alernaivo ao radicional méodo de modelagem por Espaço de Esados Médio [58] para a deerminação das funções de ransferência em malha abera das esruuras reificadoras que compõem o circuio de poência do RHT, que por sua vez são uilizadas no fechameno da malha e nos projeos dos conroladores de ensão. O méodo uilizado nesa ese se baseou no levanameno das funções de ransferência em malha abera das esruuras reificadoras a parir das resposas ao degrau das variáveis de esado dos sisemas obidas aravés de solução numérica uilizando inegração 99

202 Capíulo 7 Conclusões Gerais rapezoidal. Isso permiiu uma análise gráfica para esabelecer a aproximação do sisema em malha abera do conversor oos em um sisema de primeira ordem e do sisema em malha abera da associação enre o reificador não conrolado e o conversor Full-ridge em um sisema de primeira ordem com empo moro, faciliando assim o projeo dos conroladores. Conforme evidenciado nos resulados de simulações compuacionais e nos resulados experimenais, as aproximações realizadas para a deerminação das funções de ransferência em malha abera das esruuras reificadoras e as considerações para o projeo dos conroladores de ensão demonsraram-se coerenes, viso que as esraégias de conrole aplicadas ao RHT permiiram que as funcionalidades de imposição de correnes de linha de enrada senoidais e de regulação de ensão no barrameno CC fossem aendidas para cargas de diferenes poências. Os resulados experimenais envolvendo o proóipo do RHT desenvolvido em laboraório demonsraram que a esraégia de conrole digial embarcada no DPS TMS3F8335 da Texas Insrumens garane que o conversor oos esabeleça a imposição de correnes de linha senoidais na enrada do RHT, assegurando elevado faor de poência e disorção harmônica oal das correnes em conformidade com a norma IEC 6-3- a parir do processameno de apenas 7% da poência nominal por pare da esruura reificadora Re-, além de promover que o conversor oos regule a ensão na enrada do conversor Full-ridge em 35 ano para a condição normal de operação como para a condição de afundameno de ensão. Além disso, os resulados experimenais desacaram que a esraégia de conrole implemenada permie que o conversor Full-ridge imponha em seu capacior de saída uma ensão que garana que a soma das ensões de saída de Re- e de Re- promova a regulação da ensão no barrameno CC em 4 ano em condições normais de suprimeno da rede CA como em condição de afundamenos emporários de ensão dos ipos A,, C, D, E, F e G. Essa caracerísica de regulação de ensão aravés da compensação série de ensão orna o RHT muio araene para aplicações envolvendo a regulação da ensão em barramenos CC a parir da energia fornecida pela rede CA, permiindo a compensação das oscilações causadas pelas inermiências dos sisemas de microgeração que compõem as microrredes que uilizam esses barramenos CC para a disribuição da energia elérica. Por fim, viso às funcionalidades apresenadas pela operação do RHT, propõe-se como invesigações fuuras sobre o ema abordado nesa ese:

203 Capíulo 7 Conclusões Gerais A implemenação de ouras formas de conrole para imposição de correnes de linha de enrada que garanam uma frequência fixa de comuação dos inerrupores do conversor oos, como por exemplo o conrole PWM ou o conrole por hiserese consane, além do esudo de écnicas de comuação suave para uilização nos inerrupores do conversor Full-ridge, afim de promover melhorias no rendimeno da esruura do RHT; A implemenação de uma esruura P com Oscilador Conrolado por Tensão (em inglês CO, olage Conrolled Oscillaor [65], [66]) para a geração de referências senoidais aracadas não somene em fase, mas ambém em frequência com as ensões da rede CA de alimenação, garanindo que as pequenas variações de frequência das ensões rifásicas não inerfiram no faor de poência e no coneúdo harmônico das correnes de linha de enrada drenadas pelo RHT; A aleração do layou do conversor Full-ridge aravés da subsiuição dos diodos por inerrupores de poência conforme apresenado em [67], [68], para ornar o RHT uma esruura bidirecional em ermos de fluxo de poência, permiindo a injeção da poência excedene no barrameno CC, quando houver, na rede CA rifásica de alimenação. Aravés dessa aleração, propõe-se ambém a conexão da esruura do RHT modificado no barrameno CC fornecido pela microusina foovolaica de,58 kwp implemenada no NUPEP, permiindo avaliar melhor ano as caracerísicas de regulação da ensão no barrameno CC diane das inermiências da geração foovolaica como as novas caracerísicas de bidirecionalidade do fluxo de poência. Esas opções de coninuação da pesquisa já esão sendo analisadas e desenvolvidas por alunos de mesrado vinculados ao NUPEP e norearão as pesquisas para o desenvolvimeno de rabalhos fuuros.

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213 isa de Publicações e Projeos de Pesquisa dos Auores Associadas à Pesquisa Arigos Compleos Publicados em Periódicos Rodrigues, D..; Cosa, A..; ima, G..; FREITAS,. C.; COEHO, E. A. A.; FARIAS,. J.; Freias,. C. G. DSP-ased Implemenaion of Conrol Sraegy for Sinusoidal Inpu ine Curren Imposiion for a Hybrid Three-Phase Recifier. IEEE Transacions on Indusrial Informaics, v. 9, p , 3. Cosa, A..; Rodrigues, D..; ima, G..; FREITAS,. C.; COEHO, E. A. A.; FARIAS,. J.; Freias,. C. G. New Hybrid High-Power Recifier Wih Reduced THDI and olage-sag Ride-Through Capabiliy Using oos Converer. IEEE Transacions on Indusry Applicaions, v. 49, p , 3. Cosa, A..; Rodrigues, D..; IMA, G..; FREITAS,. C.; COEHO, E. A. A.; FARIAS,. J.; Freias,. C. G. Reificador Híbrido Trifásico de Ala Poência e Elevado Faor de Poência com Reduzida DHTi uilizando o Conversor oos para Promover Suporabilidade a Afundamenos de Tensão. Elerônica de Poência (Impresso), v. 7, p. 69-6,. Trabalhos Compleos Publicados em Anais de Congressos ima, G..; Rodrigues, D..; Cosa, A..; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; Farias,. J.; Freias,. C. G. Grid conneced dc disribuion nework deploying high power densiy recifier for dc volage sabilizaion. 6 IEEE Applied

214 isa de Publicações e Projeos de Pesquisa dos Auores Associadas à Pesquisa Power Elecronics Conference and Exposiion (APEC), 6, ong each. p ima, G..; Rodrigues, D..; Cosa, A..; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; Farias,. J.; Freias,. C. G. Novel proposal of hybrids recifiers wih volage sag ride-hrough capabiliy based on series DC volage compensaion echnique. 3 IEEE Applied Power Elecronics Conference and Exposiion APEC 3, 3, ong each. 3 Tweny-Eighh Annual IEEE Applied Power Elecronics Conference and Exposiion (APEC). p Freias,. C. G.; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; ima, G..; Rodrigues, D..; Cosa, A.. Revisão das Proposas de Reificadores Híbridos Trifásicos de Alo FP e Ala Suporabilidade a Afundamenos de Tensão para Acionamenos de elocidade ariável. X Conferência rasileira sobre Qualidade da Energia Elérica, 3, Araxá. X CQEE, 3. p. -6. Cosa, A..; Rodrigues, D..; ima, G..; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; Freias,. C. G. Rerofiing Technique o Improve olage Sags Ride-Through Capabiliy of ASD Using Sepic Recifiers. IEEE Applied Power Elecronics COnference and Exposiion,, Orlando. APEC,. p ima, G..; Rodrigues, D..; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; Farias,. J.; De Freias,. C. G. Proposa de Reificadores Híbridos com Suporabilidade a Afundamenos de Tensão Uilizando Técnica de Compensação Série de Tensão no arrameno CC: Esudo de Caso em Sisema Monofásico. h IEEE/IAS Inernaional Conference on Indusry Applicaions,, Foraleza. INDUSCON,. p. -9. Rodrigues, D..; Cosa, A..; ima, G..; Freias,. C.; Coelho, E. A. A.; Farias,. J.; Freias,. C. G. Implemenação de Conversores SEPIC Não Isolados em Sisemas Trifásicos para Obenção de Elevado Faor de Poência e Suporabilidade a Afundamenos de Tensão. h IEEE/IAS Inernaional

215 isa de Publicações e Projeos de Pesquisa dos Auores Associadas à Pesquisa Conference on Indusry Applicaions,, Foraleza. INDUSCON,. p. -8. Rodrigues, D..; Freias,. C. ; Coelho, E. A. A. ; ieira Junior, J.. ; Freias,. C. G. ; Farias,. J. ; Cosa, A.. Hybrid Three-Phase Recifier Wih High Power Facor And olage Sags Ride-Through Capabiliy For Uiliy Ineface Of Adjusable Speed Drives. XI Congresso rasileiro de Elerônica de Poência - XI COEP,, Naal - RN. Power Elecronics Conference (COEP), razilian,. p Cosa, A.. ; Rodrigues, D.. ; Freias,. C. ; ieira Junior, J.. ; Coelho, E. A. A. ; Farias,. J. ; Freias,. C. G. Hybrid High-Power Recifier Wih Reduced THDI And olage Sag Ride-Through Capabiliy. IAS Annual Meeing,, Orlando, Florida USA. Indusry Applicaions Sociey Annual Meeing (IAS), IEEE,. p. -6. Cosa, A.. ; Rodrigues, D.. ; Freias,. C. ; ieira Junior, J.. ; Coelho, E. A. A. ; Farias,. J. ; Freias,. C. G. Proposa de Técnica para Aumeno de Suporabilidade a Afundamenos Temporários de Tensão em Acionamenos de elocidade ariável. IX Conferência rasileira sobre Qualidade da Energia Elérica (IX CQEE),, Cuiabá - MT. Conferência rasileira sobre Qualidade da Energia Elérica (CQEE),. p. -6. ima, G..; Rodrigues, D..; Freias,. C.; ieira Junior, J..; Coelho, E. A. A.; Farias,. J.; Freias,. C. G. DSP-based implemenaion of inpu line curren imposiion sraegy for a single-phase hybrid recifier. razilian Power Elecronics Conference,, Naal. COEP,. p ima, G..; Rodrigues, D..; Freias,. C. G. Reificador Híbrido Monofásico com Conrole aseado em DSP. III CEE - Conferência de Esudos em Engenharia Elérica,, Uberlândia. III CEE,. p

216 isa de Publicações e Projeos de Pesquisa dos Auores Associadas à Pesquisa Projeos de Pesquisa Tíulo: Reificador Híbrido Trifásico de Ala Poência e Elevado Faor de Poência com Conrole Digial Uilizando DSP (Projeo de Pesquisa APROADO no EDITA /8 - PPP - PROGRAMA PRIMEIROS PROJETOS) Agência Financiadora: FAPEMIG Início 8/9/ 9 Término 7/9/ Número do Projeo na agência: APQ-4-9 Professor Coordenador: uiz Carlos Gomes de Freias Tíulo: Proposa de Técnica para Aumeno de Suporabilidade a Afundamenos Temporários de Tensão em Acionamenos de elocidade ariável (Projeo de Pesquisa APROADO no EDITA FAPEMIG / Demanda Universal) Agência Financiadora: FAPEMIG Início 6/3/ 3 Término 5/3/5 Número do Projeo na agência: APQ 3/ Professor Coordenador: uiz Carlos Gomes de Freias Tíulo: Análise, Projeo e Desenvolvimeno de Reificadores Híbridos Trifásicos com Elevado Faor de Poência e Ala Suporabilidade Frene a Afundamenos Temporários de Tensão Equilibrados e Desequilibrados (Projeo de Pesquisa APROADO no EDITA CNPq Demanda Universal 4/3) Agência Financiadora: CNPq Início 3// 3 Término 9//6 Número do Projeo na agência: 47455/3- Professor Coordenador: uiz Carlos Gomes de Freias 4

217 Apêndice A Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Conversor oos clc clear all close all %% Parâmeros do Circuio de Poência Rb =.4; b = e-6; Cb = 6e-6; o_boos = 35; Po = 5; % Poência Toal de Saída Pfb_normal =.7 * Po; % Poência Toal Processada pelo Full-ridge em Condição Normal de Suprimeno da Rede CA % Condição Normal de Suprimeno da Rede CA Rfb = (o_boos^)/pfb_normal; p = 8; Sep = 5.5; clc; fprinf('espere A REAIZAÇÃO DOS CÁCUOS...'); %% Parameros de Inegração el = 4; f = 6; ciclos = 4; T = /6; max = ciclos*t; %Tempo máximo de simulação delat = e-7; %Passo de inegração = :delat:max; %veor empo com inervalo dela %% Tensão de Enrada Isen_A = sin(*pi*f*); Isen_ = sin(*pi*f*-((*pi)/3)); Isen_C = sin(*pi*f*((*pi)/3)); an = p*isen_a; bn = p*isen_; cn = p*isen_c; %% Mariz de Sisema e de Enrada A = [-Rb/b ; -Rb/b ; -Rb/b ; (-/(Rfb*Cb))]; A = [-Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (/(3*b)); - (/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A3 = [-Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b)); -(/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A4 = [-Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (/(3*b));(/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A5 = [-Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b));-(/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A6 = [-Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b)); -Rb/b (/(3*b)); (/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A7 = [-Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (/(3*b)); -Rb/b (-/(3*b)); (/Cb) (-/(Rfb*Cb))]; A8 = [-Rb/b ; -Rb/b ; -Rb/b ; (-/(Rfb*Cb))]; = [/b ; /b ; /b; ]; %% Condições Iniciais 5

218 ia_re() = ; ib_re() = ; ic_re() = ; o_oos() = 3; Iref_A() = ; Iref_() = ; Iref_C() = ; Amp() = ; Apêndice A Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Conversor oos %% Expressão da inegração rapezoidal % %[dx/d] = [A]*[x] []*f() ---- Equação de Esado % [x() = [M]*[x(-delaT)] [N]*{f(-delaT) f()} --- Solução da Equação de Esado % [M] = {([I] -.5*delaT*[A])^-}*{[I].5*delaT*[A]} % [N] = {([I] -.5*delaT*[A])^-}*{.5*delaT*[]} % for i=:lengh() %% Condição de Análise de SAG % if(i>(lengh()/)) % an(i) = an(i)/; % bn(i) = bn(i)/; % cn(i) = cn(i)/; % end % Amp(i) = Sep; %% Condição de Sep de Ampliude Amp(i) = ; if(i>(lengh()/)) Amp(i) = Sep; end %% Referência Senoidal de correne Iref_A(i) = Isen_A(i) * Amp(i); Iref_(i) = Isen_(i) * Amp(i); Iref_C(i) = Isen_C(i) * Amp(i); %% Condições das Chaves %% ª) S(ON); S(ON); S3(ON); S4(OFF); S5(OFF); S6(OFF) if ((Iref_A(i) < ia_re(i-)) && (Iref_(i) < ib_re(i-)) && (Iref_C(i) < ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A); M = inv(a)*(i.5*delat*a); b = (I -.5*delaT*A); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% ª) S(ON); S(ON); S3(OFF); S4(OFF); S5(OFF); S6(ON) if ((Iref_A(i) < ia_re(i-)) && (Iref_(i) < ib_re(i-)) && (Iref_C(i) >= ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A); M = inv(a)*(i.5*delat*a); b = (I -.5*delaT*A); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% 3ª) S(ON); S(OFF); S3(ON); S4(OFF); S5(ON); S6(OFF) if ((Iref_A(i) < ia_re(i-)) && (Iref_(i) >= ib_re(i-)) && (Iref_C(i) < ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A3); M = inv(a)*(i.5*delat*a3); b = (I -.5*delaT*A3); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% 4ª) S(ON); S(OFF); S3(OFF); S4(OFF); S5(ON); S6(ON) if ((Iref_A(i) < ia_re(i-)) && (Iref_(i) >= ib_re(i-)) && (Iref_C(i) >= ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A4); M = inv(a)*(i.5*delat*a4); b = (I -.5*delaT*A4); 6

219 Apêndice A Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Conversor oos end N = inv(b)*(.5*delat*); %% 5ª) S(OFF); S(ON); S3(ON); S4(ON); S5(OFF); S6(OFF) if ((Iref_A(i) >= ia_re(i-)) && (Iref_(i) < ib_re(i-)) && (Iref_C(i) < ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A5); M = inv(a)*(i.5*delat*a5); b = (I -.5*delaT*A5); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% 6ª) S(OFF); S(ON); S3(OFF); S4(ON); S5(OFF); S6(ON) if ((Iref_A(i) >= ia_re(i-)) && (Iref_(i) < ib_re(i-)) && (Iref_C(i) >= ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A6); M = inv(a)*(i.5*delat*a6); b = (I -.5*delaT*A6); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% 7ª) S(OFF); S(OFF); S3(ON); S4(ON); S5(ON); S6(OFF) if ((Iref_A(i) >= ia_re(i-)) && (Iref_(i) >= ib_re(i-)) && (Iref_C(i) < ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A7); M = inv(a)*(i.5*delat*a7); b = (I -.5*delaT*A7); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% 8ª) S(OFF); S(OFF); S3(OFF); S4(ON); S5(ON); S6(ON) if ((Iref_A(i) >= ia_re(i-)) && (Iref_(i) >= ib_re(i-)) && (Iref_C(i) >= ic_re(i-))) I = eye(el); a = (I -.5*delaT*A8); M = inv(a)*(i.5*delat*a8); b = (I -.5*delaT*A8); N = inv(b)*(.5*delat*); end %% Inegração Trapezoidal x = M*[ia_Re(i-);ib_Re(i-);ic_Re(i-);o_oos(i-)] N*[an(i-) an(i);bn(i-) bn(i);cn(i-) cn(i)]; ia_re(i) = x(); ib_re(i) = x(); ic_re(i) = x(3); o_oos(i) = x(4); end %% Gráficos figure plo(,ia_re,,ib_re,,ic_re,,amp); legend('correne ia_re','correne ib_re','correne ic_re'); ile('correnes de inha de Enrada'); xlabel('tempo'); grid on; figure plo(,o_oos); legend('tensão de Saída o(oos)'); grid on; clc; 7

220 Apêndice Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Circuio Equivalene para a Composição enre o R e o Conversor Full-ridge clc clear all close all %% Parâmeros do Circuio de Poência: R Rnc =.; nc = 9e-6; Cnc = 35e-6; p = 8; Ro = 3; %% Parâmeros do Circuio de Poência: Full-ridge Rp = ; Rs = ; R = ; Rfb =.6; fb = e-6; Cp = 3.3e-6; Cfb = 7e-6; N = ; N = ; Sep = ; Sep =.845; %% clc; fprinf('espere A REAIZAÇÃO DOS CÁCUOS...'); %% Parameros de Inegração f = 6; fs = 5; ciclos = 4.8; T = /6; max = ciclos*t; %Tempo máximo de simulação delat = 5e-9; %Passo de inegração = :delat:max; %veor empo com inervalo dela %% Tensões Trifásicas de Alimenação an = p*sin(*pi*f*); bn = p*sin(*pi*f*-((*pi)/3)); cn = p*sin(*pi*f*((*pi)/3)); %% Mariz de Sisema e de Enrada: R Anc = [-Rnc/nc ; -Rnc/nc ; -Rnc/nc ; (-/(Ro*Cnc))]; Anc = [-Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc)); -(/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; Anc3 = [-Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (- /(3*nc)); -(/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; Anc4 = [-Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc));(/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; 8

221 Apêndice Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Circuio Equivalene para a Composição enre o R e o Conversor Full- ridge Anc5 = [-Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (- /(3*nc));-(/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; Anc6 = [-Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (-/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc)); (/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; Anc7 = [-Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (/(3*nc)); -Rnc/nc (-/(3*nc)); (/Cnc) (-/(Ro*Cnc))]; Anc8 = [-Rnc/nc ; -Rnc/nc ; -Rnc/nc ; (-/(Ro*Cnc))]; nc = [/nc ; /nc ; /nc ; (-/(Ro*Cnc))]; %% Mariz de Sisema e de Enrada: Full-ridge AF = [-(RpRsRfb)/fb -(/fb) -(/fb);(/cp) ;(/Cfb) (-/(Ro*Cfb))]; AFe4 = [-(RsR(4*Rfb))/(4*fb) -(/fb); ;(/Cfb) (-/(Ro*Cfb))]; AF3 = [-(RpRRfb)/fb (/fb) -(/fb);-(/cp) ;(/Cfb) (-/(Ro*Cfb))]; F = [(/fb) ; ; (-/(Ro*Cfb))]; Fe4 = [ ; ; (-/(Ro*Cfb))]; F3 = [(/fb) ; ; (-/(Ro*Cfb))]; %% Condições Iniciais: R ia_re() = ; ib_re() = ; ic_re() = ; vcnc() = 93; o() = ; %% Condições Iniciais: Full-ridge ifb() = ; vcp() = ; vcfb() = ; gs_4() = ; gs_3() = ; D() = Sep; o_oos() = 35; %% Expressão da inegração rapezoidal % %[dx/d] = [A]*[x] []*f() ---- Equação de Esado % [x() = [M]*[x(-delaT)] [N]*{f(-delaT) f()} --- Solução da Equação de Esado % [M] = {([I] -.5*delaT*[A])^-}*{[I].5*delaT*[A]} % [N] = {([I] -.5*delaT*[A])^-}*{.5*delaT*[]} % for i=:lengh() %% Condição de Análise de SAG (Declarar ciclos = 9.6 para melhor visualização) % Sep = Sep; % if(i>(lengh()/)) % an(i) = an(i)/; % bn(i) = bn(i)/; % cn(i) = cn(i)/; % end %% Solução do Modelo Maemáico: R vcfb(i) = vcfb(i-); Inc = eye(4); % Condições para as chamadas das Marizes de Sisema e de Enrada if (ia_re(i-) > ) && (ib_re(i-) > ) && (ic_re(i-) > ) a = (Inc -.5*delaT*Anc); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc); b = (Inc -.5*delaT*Anc); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) > ) && (ib_re(i-) > ) && (ic_re(i-) <= ) a = (Inc -.5*delaT*Anc); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc); b = (Inc -.5*delaT*Anc); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) > ) && (ib_re(i-) <= ) && (ic_re(i-) > ) a = (Inc -.5*delaT*Anc3); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc3); b = (Inc -.5*delaT*Anc3); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end 9

222 Apêndice Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Circuio Equivalene para a Composição enre o R e o Conversor Full- ridge if (ia_re(i-) > ) && (ib_re(i-) <= ) && (ic_re(i-) <= ) a = (Inc -.5*delaT*Anc4); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc4); b = (Inc -.5*delaT*Anc4); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) <= ) && (ib_re(i-) > ) && (ic_re(i-) > ) a = (Inc -.5*delaT*Anc5); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc5); b = (Inc -.5*delaT*Anc5); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) <= ) && (ib_re(i-) > ) && (ic_re(i-) <= ) a = (Inc -.5*delaT*Anc6); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc6); b = (Inc -.5*delaT*Anc6); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) <= ) && (ib_re(i-) <= ) && (ic_re(i-) > ) a = (Inc -.5*delaT*Anc7); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc7); b = (Inc -.5*delaT*Anc7); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end if (ia_re(i-) <= ) && (ib_re(i-) <= ) && (ic_re(i-) <= ) a = (Inc -.5*delaT*Anc8); Mnc = inv(a)*(inc.5*delat*anc8); b = (Inc -.5*delaT*Anc8); Nnc = inv(b)*(.5*delat*nc); end % Inegração Trapezoidal: Solução do Modelo Maemáico do R x = Mnc*[ia_Re(i-);ib_Re(i-);ic_Re(i-);vCnc(i-)] Nnc*[an(i-) an(i);bn(i-) bn(i);cn(i-) cn(i);vcfb(i-) vcfb(i)]; ia_re(i) = x(); ib_re(i) = x(); ic_re(i) = x(3); vcnc(i) = x(4); %% Solução do Modelo Maemáico: Full-ridge o_oos(i) = 35; % Pulsos if(i<(lengh()/)) gs_4(i) =.5.5*square(*pi*fs*(i/lengh())*max,Sep*); gs_3(i) =.5.5*square(*pi*fs*(i/lengh())*maxpi,Sep*); D(i) = Sep; else gs_4(i) =.5.5*square(*pi*fs*(i/lengh())*max,Sep*); gs_3(i) =.5.5*square(*pi*fs*(i/lengh())*maxpi,Sep*); D(i) = Sep; end Ifb = eye(3); % Condições das Chaves % ª) S(ON); S(OFF); S3(OFF); S4(ON) if ((gs_4(i) > ) && (gs_3(i) == )) af = (Ifb -.5*delaT*AF); Mfb = inv(af)*(ifb.5*delat*af); bf = (Ifb -.5*delaT*AF); Nfb = inv(bf)*(.5*delat*f); end % ª e 4ª) S(OFF); S(OFF); S3(OFF); S4(OFF) if ((gs_4(i) == ) && (gs_3(i) == )) af = (Ifb -.5*delaT*AFe4); Mfb = inv(af)*(ifb.5*delat*afe4); bf = (Ifb -.5*delaT*AFe4); Nfb = inv(bf)*(.5*delat*fe4); end

223 Apêndice Código Maemáico para Solução do Modelo Maemáico do Circuio Equivalene para a Composição enre o R e o Conversor Full- ridge % 3ª) S(OFF); S(ON); S3(ON); S4(OFF) if ((gs_4(i) == ) && (gs_3(i) > )) af = (Ifb -.5*delaT*AF3); Mfb = inv(af)*(ifb.5*delat*af3); bf = (Ifb -.5*delaT*AF3); Nfb = inv(bf)*(.5*delat*f3); end x = Mfb*[ifb(i-);vCp(i-);vCfb(i-)] Nfb*[o_oos(i-) o_oos(i);vcnc(i-) vcnc(i)]; ifb(i) = x(); vcp(i) = x(); vcfb(i) = x(3); o(i) = vcfb(i) vcnc(i); %% Condição Diodo de Roda livre (Desabiliar durane análise de SAG) if(i<(lengh()/)) vcfb(i) = ; end end %% Gráficos figure plo(,o_oos,,vcfb,,vcnc,,o); grid on; clc; figure plo(,gs_4,,gs_3,,d); grid on; axis([ ]); clc;

224 Apêndice C Código Maemáico para Deerminação da Disorção Harmônica Toal das Correnes de inha de Enrada clc; close all; clear all; H = 5; f = 6; %% Fase A (5 kw - Operação Normal) load Ia5; %Arquivo com veor de ponos da Simulação ou do Osciloscópio empo = Ia5(:,); correne = Ia5(:,); = empo; onda = correne; =.6; T = /f; %periodo W = *pi*f; % Roina para enconrar os ponos e T a parir do empo inicial x = find( <= ); xi = x(lengh(x)); = T; x = find( <= ); xf = x(lengh(x)); % Cálculo THD %Coef. a a = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf)); %Coefs. an e bn para n > a = []; b = []; n=; while n<=h a(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*cos(n**pi*f*(xi:xf))); b(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*sin(n**pi*f*(xi:xf))); n=n; end An = sqr(a.^ b.^); Calc = (An(:H)*)/An(); An_percenagem = []; n=; m = ; while n<=5 if mod(n,) == An_percenagem(m) = Calc(n); m = m; end n=n; end An_norma = [ ]; Fin = (-aan(b/a) pi/ )*8/pi; %pi/ para passar para seno disp(' '); disp('thd aproximado Fase A (.3 kw):');

225 Apêndice C Código Maemáico para Deerminação da Disorção Harmônica Toal das Correnes de inha de Enrada hd = sqr(sum(an(:lengh(an)).^))/an()* x = [An_percenagem;An_norma]; figure bar(x',) legend('reificador Híbrido Trifásico (5 kw) - Fase A','Norma IEC 6-3-') ylabel('ampliude Harmônica em Relação à Ampliude da Componene Fundamenal (%)') xlabel('ordem Harmônica') T = numsr(hd); T = srca('thd = ',T); ex(lengh(an_percenagem)/,max(an_percenagem),t); %% Fase (5 kw - Operação Normal) load Ib5; %Arquivo com veor de ponos da Simulação ou do Osciloscópio empo = Ib5(:,); correne = Ib5(:,); = empo; onda = correne; =.59; T = /f; %periodo W = *pi*f; % Roina para enconrar os ponos e T a parir do empo inicial x = find( <= ); xi = x(lengh(x)); = T; x = find( <= ); xf = x(lengh(x)); % Cálculo THD %Coef. a a = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf)); %Coefs. an e bn para n > a = []; b = []; n=; while n<=h a(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*cos(n**pi*f*(xi:xf))); b(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*sin(n**pi*f*(xi:xf))); n=n; end An = sqr(a.^ b.^); Calc = (An(:H)*)/An(); An_percenagem = []; n=; m = ; while n<=5 if mod(n,) == An_percenagem(m) = Calc(n); m = m; end n=n; end An_norma = [ ]; Fin = (-aan(b/a) pi/ )*8/pi; %pi/ para passar para seno disp(' '); disp('thd aproximado Fase A (.3 kw):'); hd = sqr(sum(an(:lengh(an)).^))/an()* x = [An_percenagem;An_norma]; figure bar(x',) legend('reificador Híbrido Trifásico (5 kw) - Fase ','Norma IEC 6-3-') ylabel('ampliude Harmônica em Relação à Ampliude da Componene Fundamenal (%)') xlabel('ordem Harmônica') T = numsr(hd); T = srca('thd = ',T); ex(lengh(an_percenagem)/,max(an_percenagem),t); %% Fase C (5 kw - Operação Normal) 3

226 Apêndice C Código Maemáico para Deerminação da Disorção Harmônica Toal das Correnes de inha de Enrada load Ic5; %Arquivo com veor de ponos da Simulação ou do Osciloscópio empo = Ic5(:,); correne = Ic5(:,); = empo; onda = correne; =.63; T = /f; %periodo W = *pi*f; % Roina para enconrar os ponos e T a parir do empo inicial x = find( <= ); xi = x(lengh(x)); = T; x = find( <= ); xf = x(lengh(x)); % Cálculo THD %Coef. a a = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf)); %Coefs. an e bn para n > a = []; b = []; n=; while n<=h a(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*cos(n**pi*f*(xi:xf))); b(n) = /T*rapz((xi:xf),onda(xi:xf).*sin(n**pi*f*(xi:xf))); n=n; end An = sqr(a.^ b.^); Calc = (An(:H)*)/An(); An_percenagem = []; n=; m = ; while n<=5 if mod(n,) == An_percenagem(m) = Calc(n); m = m; end n=n; end An_norma = [ ]; Fin = (-aan(b/a) pi/ )*8/pi; %pi/ para passar para seno disp(' '); disp('thd aproximado Fase A (.3 kw):'); hd = sqr(sum(an(:lengh(an)).^))/an()* x = [An_percenagem;An_norma]; figure bar(x',) legend('reificador Híbrido Trifásico (5 kw) - Fase C','Norma IEC 6-3-') ylabel('ampliude Harmônica em Relação à Ampliude da Componene Fundamenal (%)') xlabel('ordem Harmônica') T = numsr(hd); T = srca('thd = ',T); ex(lengh(an_percenagem)/,max(an_percenagem),t); 4

227 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 /********************************************************************************* // This code is creaed by SimCoder ersion 9. for TI F8335 Hardware Targe // // SimCoder is copyrigh by Powersim Inc., 9- // // Dae: Ocober 3, 5 3:43:4 **********************************************************************************/ #include <mah.h> #include "PS_bios.h" ypedef floa DefaulType; #define GeCurTime() PS_GeSysTimer() inerrup void Task(); DefaulType Comp_F =.; DefaulType ADC_A, ADC_A, ADC_A, ADC_A3, ADC_A4, ADC_A5, ADC_, ADC_3; DefaulType oos_crl, F_Crl; DefaulType Pulso_S, Pulso_S4, Pulso_S, Pulso_S5, Pulso_S3, Pulso_S6; //################# INÍCIO DECARAÇÃO ARIÁEIS ################### in sar_oos; in sar_f; in ese_offse = ; floa ref = 4; floa ref_ = 35; floa Imax = ; floa Uv_max = ; floa Dmax =.45; floa Fa = 5; // FITRO ª ORDEM: K =, amor =.8 e fc = Hz, Amosragem: 5 khz floa b_pll = E-7; floa b_pll =.35678E-6; floa b_pll = E-7; floa a_pll = ; floa a_pll = ; // PI: K = e T =. seg., Amosragem: 5 kh floa b_pi_pll =.; floa b_pi_pll = -.999; // P FASE A floa mul_a_an = ; floa mul_a_an = ; floa mul_a = ; floa mul_med_a_an = ; floa mul_med_a_an = ; floa mul_med_a = ; floa erro_plla_an = ; floa erro_plla = ; floa ang_a = ; floa cc_a = ; 5

228 floa ds_cc_a = ; floa PI_ = ; floa Isen_an = ; floa Isen_a = ; floa coss_a = ; // P FASE floa mul_b_an = ; floa mul_b_an = ; floa mul_b = ; floa mul_med_b_an = ; floa mul_med_b_an = ; floa mul_med_b = ; floa erro_pllb_an = ; floa erro_pllb = ; floa ang_b = ; floa cc_b = ; floa ds_cc_b = ; floa Isen_b = ; floa coss_b = ; // P FASE C floa mul_c_an = ; floa mul_c_an = ; floa mul_c = ; floa mul_med_c_an = ; floa mul_med_c_an = ; floa mul_med_c = ; floa erro_pllc_an = ; floa erro_pllc = ; floa ang_c = ; floa cc_c = ; floa ds_cc_c = ; floa Isen_c = ; floa coss_c = ; // ARIÁEIS CONTROE DO OOST floa Iref_A; floa Iref_; floa Iref_C; floa ev=; floa ev_an=; floa ev_an=; floa Uv=; floa Uv_An=; floa Uv_An=; floa gs = ; floa gs = ; floa gs3 = ; floa gs4 = ; floa gs5 = ; floa gs6 = ; Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 // Conrolador oos = 5*((s 39.33)/(s^ 5*s)), Amosragem: 5 kh floa b_b = ; floa b_b = 3.939E-7; floa b_b = ; floa a_b = ; floa a_b =.99547; // ARIÁEIS CONTROE DO FU-RIDGE floa evf=; floa evf_an=; floa evf_an=; 6

229 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 floa UvF=; floa UvF_An=; floa UvF_An=; // Conrolador Full-ridge =.8*((s )/s), Amosragem: 5 khz floa b_fb =.88; floa b_fb = -.79; //Aquisições floa an = ; floa bn = ; floa cn = ; floa o_oos = ; floa o = ; floa Ia_in = ; floa Ib_in = ; floa Ic_in = ; // Ganhos Sensores floa G_Ia_in = 8.3; floa G_an = 75; floa G_Ib_in = 8.5; floa G_Ic_in = 8; floa G_o_oos = 354; floa G_o = 354; floa offse_ia_in = ; floa offse_ib_in = ; floa offse_ic_in = ; floa offse_an = ; floa offse_bn = ; floa offse_cn = ; floa offse_o_oos = ; floa offse_o = ; //################## FIM DECARAÇÃO ARIÁEIS #################### inerrup void Task() { PS_SeDigiOui((Uin3) << (33-3)); PS_EnableInr(); ADC_A = PS_GeDcAdc(); ADC_A = PS_GeDcAdc(); ADC_A = PS_GeDcAdc(); ADC_A3 = PS_GeDcAdc(3); ADC_A4 = PS_GeDcAdc(4); ADC_A5 = PS_GeDcAdc(5); ADC_ = PS_GeDcAdc(9); ADC_3 = PS_GeDcAdc(); oos_crl = (PS_GeDigiInA() & ((Uin3) << 3))? : ; F_Crl = (PS_GeDigiIn() & ((Uin3) << (3-3)))? : ; { sar_oos = oos_crl; sar_f = F_Crl; //################# AQUISIÇÕES ################### if (ese_offse == ) { offse_ia_in = ADC_A; offse_an = ADC_A; offse_ib_in = ADC_A; offse_bn = ADC_A3; offse_ic_in = ADC_A4; offse_cn = ADC_A5; offse_o_oos = ADC_; offse_o = ADC_3; } else { Ia_in = -(ADC_A - offse_ia_in)*g_ia_in; an = -( ADC_A - offse_an); Ib_in = -(ADC_A - offse_ib_in)*g_ib_in; 7

230 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 } bn = -( ADC_A3 - offse_bn); Ic_in = -(ADC_A4 - offse_ic_in)*g_ic_in; cn = -(ADC_A5 - offse_cn); o_oos = (ADC_ - offse_o_oos)*g_o_oos; o = (ADC_3 - offse_o)*g_o; //################## INÍCIO IMPEMENTAÇÃO P ##################### //****************** P Fase A ***************** // Filro Segunda Ordem mul_a_an = mul_a_an; mul_a_an = mul_a; mul_a = an* coss_a; mul_med_a_an = mul_med_a_an; mul_med_a_an = mul_med_a; mul_med_a = -a_pll*mul_med_a_an - a_pll*mul_med_a_an b_pll*mul_a b_pll*mul_a_an b_pll*mul_a_an; // PI erro_plla_an = erro_plla; erro_plla = mul_med_a; cc_a = cc_a b_pi_pll*erro_plla b_pi_pll*erro_plla_an; ang_a = ang_a PI_/833; if (ang_a >= PI_) {ang_a = ang_a - PI_;} ds_cc_a = cc_a ang_a; coss_a = cos(ds_cc_a); Isen_a = sin(ds_cc_a); //*************** P Fase *************** // Filro Segunda Ordem mul_b_an = mul_b_an; mul_b_an = mul_b; mul_b = bn* coss_b; mul_med_b_an = mul_med_b_an; mul_med_b_an = mul_med_b; mul_med_b = -a_pll*mul_med_b_an - a_pll*mul_med_b_an b_pll*mul_b b_pll*mul_b_an b_pll*mul_b_an; // PI erro_pllb_an = erro_pllb; erro_pllb = mul_med_b; cc_b = cc_b b_pi_pll*erro_pllb b_pi_pll*erro_pllb_an; ang_b = ang_b PI_/833; if (ang_b >= PI_) {ang_b = ang_b - PI_;} ds_cc_b = cc_b ang_b; coss_b = cos(ds_cc_b); Isen_b = sin(ds_cc_b); //*************** P Fase C ***************** // Filro Segunda Ordem mul_c_an = mul_c_an; mul_c_an = mul_c; mul_c = cn* coss_c; mul_med_c_an = mul_med_c_an; mul_med_c_an = mul_med_c; mul_med_c = -a_pll*mul_med_c_an - a_pll*mul_med_c_an b_pll*mul_c b_pll*mul_c_an b_pll*mul_c_an; // PI erro_pllc_an = erro_pllc; erro_pllc = mul_med_c; cc_c = cc_c b_pi_pll*erro_pllc b_pi_pll*erro_pllc_an; ang_c = ang_c PI_/833; if (ang_c >= PI_) {ang_c = ang_c - PI_;} 8

231 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 ds_cc_c = cc_c ang_c; coss_c = cos(ds_cc_c); Isen_c = sin(ds_cc_c); //################### FIM IMPEMENTAÇÃO P ##################### b_b*ev_an; //################# INÍCIO CONTROE OOST ###################### if (sar_oos == ) // Habilia Conrole oos { ev_an = ev_an; ev_an = ev; ev = ref_ o_oos; Uv_An = Uv_An; Uv_An = Uv; Uv = -a_b*uv_an - a_b*uv_an b_b*ev b_b*ev_an // imiação Uv if (Uv >= Uv_max) {Uv = Uv_max;} if (Uv <= ) {Uv = ;} Iref_A = Isen_a * Uv; Iref_ = Isen_b * Uv; Iref_C = Isen_c * Uv; if(iref_a > Ia_in) { gs = ; gs4 = ; } else { gs = ; gs4 = ; } if(iref_ > Ib_in) { gs = ; gs5 = ; } else { gs = ; gs5 = ; } } if(iref_c > Ic_in) { gs3 = ; gs6 = ; } else { gs3 = ; gs6 = ; } if (sar_oos == ) // Desabilia Conrole oos { gs = ; gs = ; gs3 = ; gs4= ; gs5 = ; gs6 = ; ev = ; ev_an = ; Uv = ; } 9

232 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 //################# FIM CONTROE OOST ###################### //################# INÍCIO CONTROE FU-RIDGE ###################### if (sar_f == ) // Habilia Conrole Full-ridge { evf_an = evf; evf = ref - o; UvF = UvF b_fb*evf b_fb*evf_an; if (UvF >= Dmax) {UvF = Dmax;} } if (UvF <= ) {UvF = ;} if (sar_f == ) // Desabilia Conrole Full-ridge { UvF = ; evf = ; evf_an = ; UvF = ; } //################# FIM CONTROE FU-RIDGE ###################### //################# INÍCIO PROTEÇÃO ###################### if ((Ia_in >= Imax) (Ib_in >= Imax) (Ic_in >= Imax)) { gs = ; gs = ; gs3 = ; gs4= ; gs5 = ; gs6 = ; UvF = ; Uv = ; } if ((Ia_in <= -Imax) (Ib_in <= -Imax) (Ic_in <= -Imax)) { gs = ; gs = ; gs3 = ; gs4= ; gs5 = ; gs6 = ; UvF = ; Uv = ; } //################# FIM PROTEÇÃO ###################### Pulso_S = gs; Pulso_S4 = gs4; Pulso_S = gs; Pulso_S5 = gs5; Pulso_S3 = gs3; Pulso_S6 = gs6; Comp_F = UvF; } PS_SePwm4Rae(Comp_F); PS_PwmSePhase(5,.5); PS_SePwm5Rae(Comp_F); << ); << ); << 3); (Pulso_S == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << ) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) (Pulso_S4 == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << ) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) (Pulso_S == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << 3) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) 3

233 Apêndice D Código de Conrole do RHT Embarcado no DPS TMS3F8335 << ); << 5); << 4); (Pulso_S5 == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << ) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) (Pulso_S3 == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << 5) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) (Pulso_S6 == )? PS_ClearDigiOuiA((Uin3) << 4) : PS_SeDigiOuiA((Uin3) PS_ExiTimerInr(); } PS_ClearDigiOui((Uin3) << (33-3)); void Iniialize(void) // Configura PWM { PS_SysIni(3, ); PS_SarSopPwmClock(); PS_IniTimer(, xffffffff); PS_IniPwm(4,, 5*, *e6, PWM_TWO_OUT, 9793); PS_SePwmPeakOffse(4,,,./); PS_SePwmInrType(4, epwmnoadc,, ); PS_SePwmecor(4, epwmnoadc, Task); PS_SePwm4Rae(); PS_SarPwm(4); PS_IniPwm(5,, 5*, *e6, PWM_TWO_OUT, 9793); PS_SePwmPeakOffse(5,,,./); PS_SePwmInrType(5, epwmnoadc,, ); PS_SePwm5Rae(); PS_SarPwm(5); PS_ReseAdcConvSeq(); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade,,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade,,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade,,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade, 3,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade, 4,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade, 5,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade, 9,.); PS_SeAdcConvSeq(eAdcCascade,,.); PS_AdcIni(,!); PS_IniDigiIn(3, ); PS_IniDigiIn(3, ); PS_IniDigiOu(); PS_IniDigiOu(); PS_IniDigiOu(3); PS_IniDigiOu(); PS_IniDigiOu(5); PS_IniDigiOu(4); PS_IniDigiOu(33); PS_IniDigiOu(34); } PS_IniTimer(,); PS_SeTimerInrecor(, Task); PS_SarSopPwmClock(); void main() { Iniialize(); PS_EnableInr(); PS_EnableDbgm(); for (;;) { } } 3

234 Apêndice E Medições de Rendimeno, Poência Aparene, Faor de Poência e Poência Aiva por Fase Durane Condições de Afundamenos de Tensão (a) (b) (c) (d) (e) (f) 3

235 Apêndice E Medições de Rendimeno, Poência Aparene, Faor de Poência e Poência Aiva por Fase Durane Condições de Afundamenos de Tensão (g) Fig. E Rendimeno para a condição de afundameno de ensão: (a) Tipo A, (b) Tipo, (c) Tipo C, (d) Tipo D, (e) Tipo E, (f) Tipo F, (g) Tipo G. (a) (b) (c) Fig. E Afundameno de ensão do ipo A: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. (a) (b) 33

236 Apêndice E Medições de Rendimeno, Poência Aparene, Faor de Poência e Poência Aiva por Fase Durane Condições de Afundamenos de Tensão (c) Fig. E3 Afundameno de ensão do ipo : Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. (a) (b) (c) Fig. E4 Afundameno de ensão do ipo C: Poência aparene, faor de poência e poência aiva por fase: (a) fase A, (b) fase e (c) fase C. (a) (b) 34