Estabilizador de Tensão Alternada

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1 Universidade Federal do Ceará PET Engenharia Elétrica Fortaleza CE, Brasil, Abril, 2013 Universidade Federal do Ceará Departamento de Engenharia Elétrica PET Engenharia Elétrica UFC Estabilizador de Tensão Alternada Autores: René Pastor Torrico Bascopé, Dr.; Igor de Souza Gonçalves; Lucas Cordeiro Herculano; Ricardo Antônio de Oliveira Sousa Junior; Túlio Naamã Guimarães Oliveira

2 Sumário 1. Motivação do trabalho 2. Tipos de estabilizadores 3. Estabilizador adotado 4. Controle aplicado 5. Circuito de Potência para Montagem 6. Circuito de Controle para Montagem 7. Resultados de simulação 8. Conclusões

3 1. Motivação do trabalho - A energia que alimenta máquinas e circuitos elétricos normalmente sofre interferência na forma de onda dos seus sinais elétricos. Dentre as falhas na rede elétrica que ocasionam isso, pode-se citar: subtensão, sobretensão, picos de tensão, harmônicos; Figura 1 Modelos de estabilizador Figura 2 Sinal estabilizado

4 2. Tipos de estabilizadores Figura 3 Estabilizador a reator saturável Figura 5 Estabilizador com mudança de derivações de transformadores Figura 4 Estabilizador a impedância variável

5 2. Tipos de estabilizadores VANTAGENS: - Erro estático da ordem de 0,1%; - Baixo conteúdo harmônico - Robustez. Figura 3 Estabilizador a reator saturável

6 2. Tipos de estabilizadores Figura 4 Estabilizador a impedância variável VANTAGENS: DESVANTAGEM: - Baixa THD; - Complexo circuito de controle exigindo grande - Baixo erro estático; sincronismo nos interruptores. - Rápida resposta dinâmica.

7 2. Tipos de estabilizadores Figura 5 Estabilizador com mudança de derivações de transformadores DESVANTAGEM: - O erro estático não é nulo em regime permanente o que acarretaria em um elevado custo para aumentar o número de derivações.

8 2. Tipos de estabilizadores Figura 6 Estabilizador usando sequência de transistores VANTAGENS: DESVANTAGENS - THD praticamente nula; - Alto custo; - Funciona como abaixador e elevador de tensão. - Baixo rendimento.

9 3. Estabilizador adotado Figura 7 Estabilizador do tipo compensador de tensão VANTAGENS: - Boa resposta dinâmica; - Baixo THD; - Baixo erro estático.

10 4. Controle Aplicado Função de transferência Figura 8 Controlador Proporcional-Integral-Derivativo VANTAGENS Combina as vantagens dos controladores PI e PD: - PI: precisão do sistema, erro nulo em regime permanente; - PD: Aumenta a estabilidade relativa do sistema e torna a resposta mais rápida.

11 5. Circuito de Potência para Montagem CIRCUITO DE POTÊNCIA Figura 9 Circuito de potência para montagem

12 6. Circuito de Controle para Montagem CIRCUITO DE CONTROLE Figura 10 Circuito de controle para montagem

13 7. Resultados de simulação Especificações de Projeto Tensão de entrada Vin(rms) = 220 V Potência S = 1 KVA Frequência da rede F = 60 Hz Figura 11 Forma de onda da tensão de entrada com -20% do valor ideal Frequência de comutação Fs = 20 KHz Tensão de saída Vout(rms) = 220 V Relação de transformação a = 0,8 / 0,5 Figura 12 Forma de onda da tensão e saída; Verde Saída; Azul Saída não controlada; Vermelha Saída controlada

14 7. Resultados de simulação Figura 13 Forma de onda da tensão de entrada com +20% do valor ideal Figura 14 Forma de onda da tensão e saída; Verde Saída; Azul Saída não controlada; Vermelha Saída controlada

15 Figura 15 Forma de onda da corrente de entrada Figura 16 Forma de onda da corrente de saída

16 7. Resultados de simulação Figura 17 Forma de onda da tensão na chave, dois ciclos de f = 60 Hz Figura 18 Forma de onda da tensão na chave, ciclos de f = 20 khz

17 7. Resultados de simulação Figura 19 Forma de onda da corrente na chave, dois ciclos de f = 60 Hz Figura 20 Forma de onda da corrente na chave, ciclos de f = 20 khz

18 7. Resultados de simulação Figura 21 Forma de onda da tensão no diodo Figura 22 Forma de onda da corrente no diodo

19 8. Conclusões O objetivo da pesquisa foi conhecer o princípio de funcionamento de um estabilizador, os tipos mais utilizados comercialmente e projetar um estabilizador de baixo custo e alto rendimento. Para o controle da malha de tensão, foi implementado um controlador PID, pois o mesmo abrange as vantagens dos controladores PI e PD. Após a análise dos resultados simulados, percebe-se que o projeto é viável, tendo como próxima fase a implementação experimental do sistema. Para o acionamento das chaves serão utilizados os circuitos drivers do projeto Circuitos de comando para MOSFETs e IGBTs de potência.

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