ESTABILIZADORES DE TENSÃO ALTERNADA PARA ALIMENTAÇÃO DE CARGAS NÃO- LINEARES: ESTUDO DE VARIAÇÕES TOPOLÓGICAS E MÉTODOS DE CONTROLE

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1 UNIERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓSGRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA PROJETO DE TESE DE DOUTORADO ESTABILIZADORES DE TENSÃO ALTERNADA PARA ALIMENTAÇÃO DE CARGAS NÃO LINEARES: ESTUDO DE ARIAÇÕES TOPOLÓGICAS E MÉTODOS DE CONTROLE CLÓIS ANTÔNIO PETRY Proponente PROF. JOÃO CARLOS DOS SANTOS FAGUNDES Orentador PROF. IO BARBI Coorentador Floranópols, Janero de 2004.

2 PROJETO DE TESE DE DOUTORADO PÓSGRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA UNIERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA TÍTULO PROISÓRIO ESTABILIZADORES DE TENSÃO ALTERNADA PARA ALIMENTAÇÃO DE CARGAS NÃOLINEARES: ESTUDO DE ARIAÇÕES TOPOLÓGICAS E MÉTODOS DE CONTROLE ÁREA DE CONCENTRAÇÃO ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E ACIONAMENTO ELÉTRICO CLÓIS ANTÔNIO PETRY Proponente PROF. JOÃO CARLOS DOS SANTOS FAGUNDES Orentador INEP UFSC PROF. IO BARBI Coorentador INEP UFSC Duração prevsta: 13 meses a partr de março de 2004.

3 Sumáro 1 Introdução Contextualzação do Problema Proposção da Tese Metodologa de trabalho Cronograma de atvdades Contexto atual da Eletrônca de Potênca Defnções ncas Conversão CACA Classfcação dos Conversores CACA Conversão CACA no Brasl Conclusões ncas 28 2 Establzador monofásco estudo teórco Introdução Topologa proposta Etapas de funconamento Prncpas formas de onda arações topológcas Ganho estátco Modulação dos níves Modulação três níves Relação de transformação Ondulação de corrente Dos níves Três níves Ondulação de tensão Dos níves Três níves Ganho estátco usando modelo da chave PWM 53

4 2.11 Função de transferênca Controle da tensão de saída Conclusão 62 3 Metodologa de projeto e resultados expermentas Introdução Projeto do estágo de potênca Introdução Dados de entrada Transformador T Fltro de saída 65 Subda da corrente 66 Descda da corrente Esforços nos componentes 67 Semcondutores 67 Capactor de fltragem 68 Indutor de fltragem 68 Dsspador Projeto físco do ndutor 68 Escolha do núcleo 68 Número de espras 69 Entreferro 69 Perdas no núcleo 69 Seção dos condutores 70 Perdas nos condutores 70 Elevação de temperatura 70 Fator de ocupação Esquemátco e foto do estágo de potênca Projeto dos crcutos de comando e controle Introdução Sensor da tensão da saída Retfcador de precsão Fltro passabaxas Sncronsmo e pulsos de comando de S 1 /S 4 e S 2 /S Geração da senóde de referênca Geração das trangulares PWM Geração dos pulsos para S 5 a S Sensor de corrente no ndutor L o 77

5 v Compensador de tensão Lógca de geração da tensão de controle Esquemátco do crcuto de comando e controle Resultados expermentas Comando aração de freqüênca Controle Malha aberta Partda aração na tensão de entrada Transtóros de tensão e de carga Carga nãolnear Rendmento Ensao térmco Análse harmônca e fator de potênca sto pela rede 94 A vazo 94 Com carga lnear nomnal ( 10 ka) 94 Com carga nãolnear nomnal ( 10 ka) sto pela carga 95 Com carga lnear nomnal ( 10 ka) 95 Com carga nãolnear ( 6,5 ka) 96 Com carga nãolnear nomnal ( 9,6 ka) Conclusão 97 4 Conclusão 99 5 Referêncas Bblográfcas Contexto atual da Eletrônca de Potênca Classfcação dos Conversores CACA Conversores Matrcas Ccloconversores Compensadores sére dretos Choppers CACA e Controle de Fase Conversores com Mudança de Dervação de Transformadores 114

6 v 5.8 Conversores com Lnk CC, Lnk CA, Alta Freqüênca e Sem Lnk UPS Fltros Atvos Interruptores Bdreconas Medção, controle e comando Normas Metodologa centífca 120

7 1 Introdução 1.1 Contextualzação do Problema A qualdade da energa elétrca é, atualmente, um tema de destaque no meo acadêmco e ndustral. Em especal, a qualdade das grandezas tensão e corrente é objeto de estudo no meo da Eletrônca de Potênca (EP). Os establzadores de tensão se enquadram neste contexto vsando entregar à carga uma tensão regulada no valor desejado, sso em vrtude da tensão dsponblzada pela rede apresentar varações na sua ampltude da ordem de ± 20%. Estes se enquadram na Conversão CACA, sendo que essa é uma das áreas mas antgas da Eletrônca de Potênca [24]. A comutação sempre fo o maor problema enfrentado na mplementação de conversores CACA. A fm de soluconar este problema fo proposta uma célula de comutação com sobreposção dos snas de comando dos nterruptores [176], a qual fo aprovetada em [8891 e 175]. Estes trabalhos abordaram de forma nédta o controle do valor nstantâneo da tensão de saída a fm de dsponblzar à carga uma tensão senodal com baxo conteúdo harmônco. Duas dfculdades surgram na mplementação dos conversores empregando tal célula de comutação. A prmera, referente à própra célula de comutação, dz respeto à contnudade de corrente nos ndutores e que precsara ser elmnada pela nserção de resstênca no camnho desta, dmnundo o rendmento da estrutura [88]. A segunda, com respeto à qualdade da tensão de saída, aparece devdo à ndutânca de dspersão dos transformadores da entrada, a qual causa quedas de tensão que precsaram ser levadas em conta durante o projeto do estágo de potênca do conversor [88]. Com o ntuto de dmnur o problema da contnudade da corrente nos ndutores, pode ser utlzado um transformador na saída, conforme mostrado na Fg. 1. Neste caso usase um transformador com dos enrolamentos prmáros e um enrolamento secundáro. A resstênca dos condutores fca no camnho da corrente e pode ser sufcente para dmnur consderavelmente o problema da contnudade da corrente. Outro ponto nteressante desta estrutura é o fato de que no papel de ndutores usamse as ndutâncas de dspersão dos enrolamentos. Uma desvantagem da mesma é o fato de que a tensão de saída só pode ser elevada ou abaxada pelo controle da razão cíclca do conversor. O problema da contnudade da corrente nos ndutores também está presente nos conversores apresentados em [175]. A extensão feta naquele trabalho envolvendo três conversores (Buck, Boost e BuckBoost) podera ser feta para outros três conversores (Cuk, Sepc e Zeta). Os conversores ctados anterormente, no contexto deste tem, operam de forma dreta, não necesstando de lnk e elementos de armazenamento de energa. Conversores que operam de forma ndreta apresentam o nconvenente do elevado volume dos elementos armazenadores de

8 2 energa. Em [224] temse um retfcador undreconal segudo de um nversor com otmzação do elemento armazenador de energa no barramento. Establzadores de tensão devem ser bdreconas em tensão e corrente, daí não ser possível utlzar a déa de [224]. A topologa apresentada em [229], com base no trabalho de [219] é bdreconal em corrente e tensão, sem elementos armazenadores de energa e utlza nterruptores com confgurações comercas. A topologa de [229] tem as vantagens de poder elevar e abaxar a tensão na saída e operar na forma de compensador de tensão, processando parte da potênca da carga. No entanto, o controle da mesma é baseado na detecção ortogonal da tensão de saída, levando ao problema da má qualdade na forma de onda da tensão de saída caso sejam utlzadas cargas nãolneares conectadas na saída do conversor. (ωt) o (ωt) Fg. 1 Conversor Buck modfcado para dmnur a contnudade da corrente nos ndutores. erfcase assm, dentre as númeras publcações analsadas na revsão bblográfca, a defcênca na conclação das característcas desejadas em um establzador de tensão alternada, quas sejam: Bdreconaldade em corrente e tensão; Tensão de saída senodal perante operação com cargas nãolneares e com tensão de entrada dstorcda; Capacdade de elevar e abaxar a tensão na saída; Processamento de parte da potênca da carga, apenas; Reduzdo volume (otmzação ou elmnação de elementos armazenadores de energa); Utlzação de nterruptores dsponíves comercalmente; Atender ao requsto de taxa de dstorção máxma de 5% conforme a norma IEE [258]. Establzadores comercas, e os que foram apresentados nos trabalhos posterormente referencados no estudo bblográfco, não alam a capacdade de entregar energa de qualdade à carga sob operação com tensão de entrada dstorcda e cargas nãolneares. E, levandose em conta a utlzação crescente deste tpo de carga, a qualdade da tensão dsponblzada pela rede de

9 3 energa elétrca tende a porar anda mas, prejudcando sensvelmente o funconamento de cargas consderadas de alta sensbldade. Em sendo assm, há necessdade de establzadores que atendam as característcas acma ctadas, sendo o domíno tecnológco para construção destes equpamentos um fator prmordal para a ndústra de um país desenvolvdo. O tema da presente proposta de tese é Establzadores de Tensão Alternada, tendo como problema chave conclar num establzador de tensão alternada as característcas desejadas menconadas anterormente. Além deste, no decorrer do desenvolvmento do trabalho podem ocorrer o surgmento de dfculdades menores, as quas também serão abordadas à luz da análse, smulação e estudos expermentas, vsando contrbur ao estudo dos conversores CACA. 1.2 Proposção da Tese Pretendese neste trabalho de doutoramento desenvolver um establzador de tensão alternada operando com alta freqüênca de comutação dos nterruptores (>> 10 vezes a freqüênca da rede), atendendo as característcas ctadas no tem anteror. O enfoque dado será quanto à operação com cargas nãolneares e com tensão de entrada dstorcda. Para tal, o método de controle empregado é o de controle nstantâneo da tensão de saída, fazendo com que a resposta do establzador quanto a varações de carga e de tensão de entrada seja rápda, além do que, a tensão de saída tenha baxo conteúdo harmônco. Com base na revsão hstórca realzada, tomase como ponto de partda [229]. Esta estrutura contém um estágo retfcador bdreconal operando em baxa freqüênca, o qual apresenta baxas perdas de comutação e elevada robustez, alada ao fácl comando dos seus nterruptores. Sucedendo este estágo, temse um nversor, o qual pode operar a dos ou três níves e que opera baseado na modulação PWM senodal, adaptada para este conversor. Num momento ncal não se pretende realzar o nversor com crcutos de ajuda a comutação vsando obter comutações suaves, a fm de consoldar soldamente os conhecmentos a respeto do establzador, partndo de estruturas mas smples em dreção às mas complexas. Pretendese com este trabalho atender a alguns objetvos específcos, lstados a segur: 1. Permtr ao INEP o domíno e aprmoramento da tecnologa dos establzadores para tensão alternada operando em alta freqüênca e alta potênca, nclundo estratégas de modulação, comutação, crcutos de comando dos semcondutores de potênca, proteção, controle, metodologa de dmensonamento, aspectos prátcos, etc. 2. Formação de um profssonal em nível de doutorado com capacdade de projeto e mplementação de equpamentos envolvendo establzação CACA. 3. Habltar os membros no INEP a oferecer cursos de trenamento para empresas que necesstem formar recursos humanos nessa área.

10 4 4. Habltar os membros do INEP para atuação em forma de consultoras, repassando conhecmentos técncos e tecnológcos à ndústra naconal da área. 5. Dsponblzar para o setor empresaral do país os conhecmentos necessáros para utlzação dessa tecnologa. sando atender ao objetvo geral e a esses objetvos específcos, sugeremse as seguntes metas, as quas rão delnear, nclusvamente, as atvdades a serem desenvolvdas: A. Aprofundamento do conhecmento de establzadores de tensão, através do estudo de dscplnas correlatas; B. Pesqusa bblográfca sobre o tema; C. Estudos teórcos sobre possíves topologas (exstentes ou novas) a serem usadas como establzadores de tensão; D. Defnção de uma topologa; E. Estudo analítco da topologa escolhda; F. Estudo de estratégas de modulação; G. Modelagem da topologa escolhda; H. Metodologa de projeto e dmensonamento; I. Smulação numérca do crcuto completo; J. Confecção de um protótpo de laboratóro; K. Realzação de estudos expermentas; L. Redação do exame de qualfcação; M. Defesa da qualfcação de doutorado; N. Refnamento da metodologa de projeto do estágo de potênca; O. Remodelagem do conversor estudado; P. Estudo de topologas de fltros de entrada; Q. Estudo da nteração entre o fltro de entrada e o crcuto de controle; R. Metodologa de projeto e dmensonamento de um novo protótpo; S. Smulação numérca; T. Confecção de um protótpo de laboratóro; U. Realzação de estudos expermentas;. Confecção de relatóros e redação de artgos; W. Redação e defesa da tese de doutorado. Fazem parte desta proposta de tese a metodologa de trabalho adotada e o cronograma de atvdades. Em seguda apresentase a revsão bblográfca realzada de forma ampla e geral, mostrando o estado da arte na área de Conversão CACA e afns. Dedcase especal atenção aos

11 5 trabalhos sobre establzadores de tensão publcados no Brasl ou por brasleros no exteror, objetvando o mapeamento do que fo realzado até os presentes das relatvo ao presente tema de estudo. Nos capítulos seguntes, apresentamse os resultados obtdos até o momento da redação deste documento. Assm sendo, no capítulo 2 temse o estudo teórco da topologa escolhda para um establzador de tensão alternada de 10 ka. Apresentamse as prncpas expressões necessáras para o projeto dos estágos de potênca e de controle do conversor. No capítulo 3 apresentase a metodologa de projeto e os resultados expermentas para a topologa estudada. Durante o desenvolvmento dos capítulos 2 e 3 surgem dfculdades quer sejam de ordem prátca ou de ordem teórca, as quas não necessaramente nvablzam o funconamento do crcuto, mas podem prejudcar o desempenho do mesmo. Estes melhoramentos já foram ncorporados ao cronograma de atvdades para estudo e mplementação posterores à redação deste documento. Por fm, apresentamse as conclusões extraídas do estudo realzado até o presente momento. Como parte das conclusões fnas apontamse os tópcos a serem estudados no restante deste trabalho de doutoramento Metodologa de trabalho A metodologa a ser usada neste trabalho permease pelo método hpotétcodedutvo [260] e para tanto passa pelas seguntes grandes etapas: 1. Revsões bblográfcas, enfocando prncpalmente, possíves soluções ao problema a ser soluconado e em segundo plano um acréscmo de conhecmento sobre o tema em estudo; 2. Seleção de possíves soluções e análse préva das mesmas; 3. Defnção de uma hpótese soluconadora (escolha da topologa); 4. Análse matemátca, smulação e metodologa de projeto da hpótese defnda; 5. Estudos expermentas a fm de verfcar a hpótese (protótpo de laboratóro); 6. Análse dos dados obtdos; 7. Corroboração ou refutação da hpótese; 8. Se rejetada, retornase ao tem 1; 9. Se corroborada, apontamse novos problemas para possível contnudade do trabalho Cronograma de atvdades O cronograma apresentado a segur envolve tanto as atvdades já desenvolvdas, como aquelas a serem realzadas. As etapas referemse aos tens lstados na seção precedente.

12 6 Ano Atv.\Mês Dez. Jan./ Mao/ Set./ Jan./ Mao/ Set./ Jan./ Mao/ Set./ Jan./ Abrl Agos. Dez. Abr. Agos. Dez. Abr. Agos. Dez. Mar. A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U W 1.3 Contexto atual da Eletrônca de Potênca Desde o níco do século 20 até os presentes das a Eletrônca de Potênca tem alcançado grandes avanços e se alastrado às mas dversas áreas. Consderase que a ela é responsável pela segunda revolução na eletrônca, sendo que a prmera fo causada pela nvenção dos transstores e conseqüente fabrcação de crcutos ntegrados [6 e 13] 1. Com o desenvolvmento de materas semcondutores capazes de comandar potêncas da ordem de centenas de watts o processamento eletrônco da energa passou a ntegrar uma nfndade de equpamentos eletroeletrôncos, caracterzando o que se denomna de era da Eletrônca de Potênca [13]. Em vrtude dsto, países ndustralzados começaram a depender muto mas destas tecnologas, fazendo com que elas se tornassem essencas à vda humana [11]. Atualmente está se vvendo numa era de renvenção ndustral, para a qual a Eletrônca de Potênca e outras áreas báscas, como comuncações, computação e tecnologas de transporte são 1 Bmal K. Bose tem excelentes artgos [2, 3, 6, 7, 13 e 19] tratando do passado, presente e futuro da Eletrônca de Potênca, com destaque a [19].

13 7 ndspensáves e evoluem rapdamente [19]. Juntamente com a computação, a Eletrônca de Potênca forma a base para as ndústras automatzadas [3 e 19]. Em vrtude do aumento de compactcdade e queda nos custos na tecnologa dsponblzada pela Eletrônca de Potênca, está rá se expandr anda mas nas áreas resdencal, comercal, ndustral e mltar [10, 13, 18 e 19] 2. Avanços no campo teórco, seja em ferramentas de análse e de smulação e no campo prátco, seja na capacdade elétrca e dsponbldade dos semcondutores, tem possbltado o surgmento de númeras topologas de conversores, com desempenhos cada vez melhores, o que também contrbu para o avanço e expansão desta mportante área do conhecmento [13, 16 e 19]. De acordo com [5], a redução de custos pode ser conseguda por meo da mplementação em software de todas as funções possíves de um conversor e da ntegração de crcutos, vsando reduzr o número de componentes nos crcutos eletrôncos. Estmase que os preços médos dos crcutos ntegrados usados em Eletrônca de Potênca deverão car na faxa de 2,4 a 6,3% ao ano, dependendo da categora do produto [14]. Dentre as utlzações do processamento eletrônco de energa temse: aplcações eletroquímcas, controle de lumnosdade e aquecmento, reatores eletrôncos, equpamentos eletroeletrôncos, transmssão de energa elétrca, aconamento de motores, fltragem atva de corrente e tensão, entre outras. A Eletrônca de Potênca pode ser vsta como uma nterface entre as fontes de energa dsponíves e os consumdores, realzando a conformação das grandezas conforme as necessdades a montante ou a jusante [7 e 23]. Notase, então, a característca de multdscplnardade desta área, quas sejam: componentes semcondutores, crcutos, máqunas elétrcas, teora de controle, eletrônca de snas, mcrocomputadores, ntegração de crcutos, projeto auxlado por computador, resframento, tecnologa de produção, entre outras [3 e 15]. Num planeta em busca de soluções para os problemas de polução e esgotamento de fontes energétcas, a Eletrônca de Potênca pode contrbur oferecendo tecnologa para a utlzação em grande escala de energas lmpas, tas como: solar, eólca e células combustíves [3 e 7]. A utlzação de energa elétrca, levando em conta que a mesma não é poluente, de forma mas ampla e efcente também permte uma expansão das possíves aplcações da Eletrônca de Potênca, fazendo com que esta seja uma tecnologa necessára à qualdade de vda da população de um país desenvolvdo [3, 7, 13 e 19]. Estmase que nos EUA, de 15 a 20% da energa elétrca pode ser aprovetada de forma mas efcente com ajuda da Eletrônca de Potênca, além do que, da energa gerada, 20% é consumda com lumnação e outros 65% com aconamentos de motores, o que mas uma vez é campo de aplcação da Eletrônca de Potênca, prncpalmente com equpamentos de alta 2 O artgo de Steffen Bernet [18] apresenta um bom estudo dos semcondutores de potênca e suas característcas.

14 8 efcênca para uso resdencal [7, 19 e 21] 3. Da mesma forma, com a queda dos custos, condconadores de energa podem ser usados em escala maor, vsando à regeneração de energa em aconamentos de motores de alta potênca [19]. A Eletrônca de Potênca é umas das áreas de pesqusa que mas tem evoluído nos últmos anos. Isto se deve à rápda evolução dos semcondutores de potênca, topologas de conversores, técncas PWM (modulação por largura de pulsos), métodos analítcos e de smulação, métodos de estmação e controle, avanço nas capacdades de processamento dos computadores pessoas, processadores dgtas e controle de software e hardware [2, 3, 10, 13, 16 e 19]. A hstóra da Eletrônca de Potênca pode ser confundda com a própra hstóra da Engenhara Elétrca, desde que as prmeras aplcações envolvendo eletrcdade exgam seu controle e nterfaceamento. Na Fg. 2 mostrase uma cronologa resumda da Eletrônca de Potênca até o presente momento [2, 3, 6, 8, 13, 15, 17, 16, 20 e 24] 4. A evolução desta área está fortemente lgada à evolução dos dspostvos utlzados para realzar a comutação. Após a nvenção dos semcondutores de potênca tveramse avanços nmagnáves anterormente, sendo que, a evolução destes dspostvos é seguda a passos largos pela evolução da Eletrônca de Potênca [3 e 10]. Esta dependênca é tão grande, que em termos de custo, 20 a 30% do custo total envolvdo num equpamento é despenddo nos semcondutores de potênca [6]. Supõese que com uso de novos materas semcondutores, como por exemplo o slíco carbde e o damante, terseá uma nova revolução na Eletrônca de Potênca, de maor ntensdade do que a vsta com o advento dos trstores [3, 4 e 19]. Da mesma forma, os elementos passvos deverão evolur, vsto que os mesmos não tveram a mesma atenção que os semcondutores [15]. Com a queda drástca dos preços, os motores elétrcos rão ncorporar os crcutos de aconamento e controle [7 e 19]. As formas de encapsulamento dos conversores de potênca, nfluencadas atualmente pelo sstema de ventlação, sofrerão mudanças radcas, devdo ao aumento de rendmento dos crcutos usando semcondutores de melhores característcas elétrcas, bem como da ntegração trdmensonal, que ntegra os crcutos de potênca, controle, montoramento, elementos passvos e dsspadores, possbltando montagens mas compactas e 3 Rudy Severns [21] publcou um bom artgo chamando a atenção para o esquecmento de concetos e crcutos anterormente nventados. Traz também nteressantes dcas para levantamentos bblográfcos. 4 No Capítulo 1 da tese de Ewaldo Luz Mehl [8] temse uma revsão hstórca sobre os prmeros estudos na área de engenhara elétrca. O artgo de an Wyk [15] trata hstorcamente de forma ampla a Eletrônca de Potênca, mostrando algumas tendêncas futurstas em estudo atualmente. [17] é um excelente artgo de Thomas G. Wlson, com defnções e dados hstórcos mportantes, mostrando os prmeros passos da Eletrônca de Potênca. A tese de João Carlos de Olvera no ano de 2001[20] é o prmero trabalho a nível de doutorado envolvendo Establzadores de Tensão publcado no Brasl.

15 9 aprovetamento de elementos parastas [4 e 15] Motor elétrco por Thomas Alva Edson 1931 Surgmento dos ccloconversores Estudo de métodos de retfcação 1933 Igntron por Slepan e Ludwg 1880 George Stanley mplementou o transformador 1940 Dodos de junção PN 1883 Dodo de selenum por C. T. Frtts 1883 Efeto termônco 1888 Motor de ndução por Tesla Década de Desenvolvmento dos amplfcadores magnétcos e elementos saturáves Novos materas com melhoras nos amplfcadores magnétcos Transstor de contato por Barden, Brattan e Schokley 1891 Geração hdrelétrca por Semens 1950 Trstores a controle de fase 1900 Lâmpadas de vapor de mercúro por P. CooperHewtt Osclador de Hertz, predecessor do nversor de onda quadrada 1901 Explcação do efeto termônco por O. W. Rchardson 1951 Transstor de junção na Bell Laboratores 1903 Dodo de tubo de vácuo 1952 Semcondutor de potênca sgnfcante por Hall 1903 Prevsão de controlar o retfcador de mercúro por CooperHewtt 1954 Transstor de slíco comercalmente dsponível Retfcação com o efeto termônco por J. A. Flemng Uso dos tubos de mercúro para retfcação por Stenmetz Tubo de vácuo termônco de três elementos por L. DeForest Adoção do sstema alternado trfásco nos EUA Amplfcador magnétco por E. F. W. Alexanderson Uso do amplfcador magnétco com potênca de 70 kw 1956 Invenção do SCR pela Bell Laboratores 1957 Fabrcação do SCR pela General Electrc 1960 e 1961 Comercalzação do SCR 1958 a 1975 Domíno dos trstores 1961 GTO 1964 TRIAC Década de 20 Desenvolvmento dos tubos de vácuo 1967 Fonte CC lnear a 1933 Crcutos passvos com dodos de vácuo mplementando nversores Retfcador a arco com tercero elemento por Langmur e Prnce Desenvolvmento dos retfcadores controlados a gás e vapor 1970 MOSFET de potênca Técncas de controle vetoral RCT Década de 30 Fabrcação de dodos de selenum, óxdo de cobre entre outros materas Década de 70 Transstores Darlngton Controle da grade de dodos de vácuo e mercúro objetvando nversores Desenvolvmento ntenso das aplcações Melhoras nos amplfcadores magnétcos por Frank G. Logan 1983 IGBT Tubos de gás, gntrons e thyratrons 1987 SIT Desenvolvmento dos retfcadores 1988 SITH e MCT Fg. 2 Cronologa da Eletrônca de Potênca. Em termos de controle vslumbrase o uso de controle ntelgente, vsando uma ntegração maor entre dversos equpamentos. A utlzação de elementos dscretos, analógcos ou dgtas, restrngese a equpamentos smples, tas como controle de lumnosdade, carregadores de bateras, ou fontes de baxa potênca. Já em aplcações de elevada freqüênca, como fontes chaveadas, por exemplo, usamse crcutos ntegrados dedcados, devdo a sua smplcdade e resposta rápda. Em sstemas complexos, como aconamento de motores, transmssão de energa e sstemas

16 10 nnterruptos de energa (UPS) preferemse mcroprocessadores [3]. As formas de projetar crcutos eletrôncos tenderão a mudar drastcamente, com o uso ntenso de computadores e ferramentas automatzadas de projeto, levando a uma mudança de mentaldade dos engenheros da área [19]. Estes também devem levar em consderação que crcutos e soluções muto complexas dfclmente são usadas pela ndústra, que busca smplcdade alada a confabldade, baxo custo e reduzdo volume [4 e 5]. Outro tem mportante é o ponto de vsta do consumdor, levandose em conta que a nterface com o usuáro é um dos fatores decsvos no momento da compra [5]. Desde que a ntegração trdmensonal atnja seus objetvos, a pesqusa em Eletrônca de Potênca deverá se concentrar bascamente em duas frentes: novos e melhores dspostvos e controle usando técncas modernas de alto desempenho [3]. Num futuro mas próxmo, esperase que a conversão eletrônca de energa elétrca alcance níves de potênca cada vez maores, aplcada cada vez mas em transmssão e controle da energa elétrca gerada nas mas dversas formas, como também em aconamento a base de motores de corrente alternada [19]. 1.4 Defnções ncas Dentre as tarefas do processamento eletrônco da energa está a de controlar o fluxo de energa e para tal faz uso de crcutos elétrcos denomnados de conversores estátcos de potênca [1]. O termo estátco fo ncorporado para dferencar a forma de processar a potênca, sem o uso de elementos móves. Em [24] encontrase a defnção de que Eletrônca de Potênca envolve o estudo de crcutos eletrôncos objetvando o controle do fluxo de energa elétrca. Estes crcutos manpulam o fluxo de energa com níves maores do que a capacdade ndvdual de cada componente. A energa elétrca é processada pelos crcutos eletrôncos para fazêla acetável para dversas aplcações [3]. Para terse um controle completo, o conversor deve ter a capacdade de conformar a ampltude da tensão de entrada, a freqüênca e o número de fases numa tensão de saída ajustável, com freqüênca de saída e número de fases também ajustáves [1]. Conforme [17], Eletrônca de Potênca é a tecnologa assocada com conversão efcente, controle e condconamento de potênca elétrca através de nterruptores estátcos de uma fonte dsponível na entrada numa saída desejada. O objetvo desta área do conhecmento é o controle do fluxo de energa de uma fonte elétrca para uma carga elétrca com alta efcênca, alta dsponbldade, alta confabldade, pequeno tamanho, reduzdo peso e baxo custo [17]. No passado era costumero referrse ao termo conversor em termos de um crcuto elétrco envolvendo conexões de componentes eletrôncos, sendo este um conceto bastante

17 11 restrtvo [15]. Um conversor será dado pelo equpamento total entre a fonte e a carga, tendo as seguntes funções: chaveamento, condução, armazenamento de energa eletromagnétca e controle/nformação [15]. Para [25], a Eletrônca de Potênca pode ser defnda como uma cênca aplcada dedcada ao estudo dos conversores estátcos de energa elétrca. Este últmo pode ser defndo com um sstema, consttuído por elementos passvos (resstores, capactores e ndutores) e elementos atvos (nterruptores), tas como Dodos, Trstores, Transstores, GTO s, Tracs, IGBT s e MOSFET s, assocados segundo uma le préestabelecda. Anda para [25], os conversores realzam o tratamento eletrônco da energa elétrca, sendo empregados para o controle do fluxo de energa elétrca entre dos ou mas sstemas elétrcos. Entendese que Eletrônca de Potênca é uma área da Engenhara Elétrca que tem a fnaldade de estudar e construr conversores de potênca vsando o controle de energa elétrca. A classfcação mas geral é aquela segundo a qual os conversores são classfcados segundo sua função em quatro grupos [3, 15, 16, 17 e 25]: 1) Conversores CCCC; 2) Conversores CACC; 3) Conversores CCCA e 4) Conversores CACA. No contexto deste trabalho, conversão CACA (corrente alternada corrente alternada) será defnda como aquela que converte energa da forma alternada (tensão e corrente), preferencalmente da rede de energa elétrca, em energa alternada (tensão e corrente) com valores de ampltude ajustável e freqüênca bem defnda. Em [26] 5 é apresentada a dstnção entre Regulador Automátco de Tensão e Establzador de Tensão. Para as potêncas processadas naquela época pelos conversores estátcos faza sentdo a dstnção apresentada. Atualmente a mesma não pode mas ser usada. Conforme [26], Regulador é um equpamento que mantém a tensão na saída num valor préestabelecdo acetando varações de carga, mas não na tensão de entrada. Já um Establzador faz a mesma função permtndo varações na tensão de entrada, mas não de carga. Obvamente, estas defnções não são adequadas ao presente estado da Eletrônca de Potênca. Establzador segundo notação em dconáros 6 é um dspostvo que serve para assegurar a constânca do valor efcaz da corrente em um crcuto ou da dferença de potencal entre dos pontos. Esta defnção não é geral o sufcente para ser adotada atualmente. Defnrseá Establzador como um dspostvo capaz de assegurar a constânca do valor efcaz e conformar a tensão em sua saída conforme uma referênca desejada. Anda, adotarseá como snônmos 5 O lvro de G. N. Patchett é uma excelente referênca em termos de Establzadores e Reguladores de Tensão. Com númeras referêncas bblográfcas, o mesmo pode ser consderado o mas completo levantamento bblográfco na área. 6 Dconáro Aurélo da Língua Portuguesa Século XXI ersão Eletrônca.

18 12 establzador e regulador de tensão. Para dentfcação e classfcação dos conversores é nteressante defnlos de acordo com a transferênca de energa em Dretos e Indretos, conforme seja: Conversor Dreto aquele no qual a energa é transferda de forma dreta da entrada para a saída; Conversor Indreto aquele no qual a energa é transferda de forma ndreta da entrada para a saída. 1.5 Conversão CACA A conversão eletrônca de energa envolve a comutação em baxa ou alta freqüênca de dspostvos semcondutores ou qualquer outro elemento que possa realzar a função de comutação. A expansão de conversores de potênca para conversão de tensão alternada em tensão alternada, operando com semcondutores em alta freqüênca tardou a ocorrer, em comparação com conversores de tensão contínua, justamente em vrtude dos fenômenos de comutação. Para mostrar o problema da comutação em conversores CACA será utlzado um conversor do tpo Buck com nterruptores bdreconas em corrente e tensão, o qual é mostrado na Fg. 3. Para analsar a comutação, supõese que a tensão da entrada e na carga estejam postvas, e que a corrente na carga, e conseqüentemente no ndutor L o, também esteja postva, conforme ndcado na Fg. 3. Supondo que o nterruptor S a esteja conduzndo, terseá o crcuto apresentado na Fg. 4. Desta forma a tensão na carga rá aumentar. Se for desejado dmnur a tensão na carga, devese fazer conduzr o grupo S b. Têmse duas possbldades: comandar o grupo S b a entrar em condução antes de abrr o grupo S a ou abrr o grupo S a e depos comandar a entrada em condução do grupo S b. No prmero caso dzse que o comando é com sobreposção de snas, enquanto no segundo caso é com tempo morto. Fg. 3 Conversor Buck CACA. Na Fg. 5 mostrase o crcuto resultante se os snas de comando forem sobrepostos, que é a prmera possbldade ctada anterormente. Podese perceber pela fgura que rá ocorrer um curtocrcuto da fonte de entrada, o que poderá destrur os nterruptores.

19 13 Fg. 4 Interruptor S a conduzndo. Fg. 5 Comando com sobreposção. Se o comando for realzado com tempo morto temse o crcuto resultante mostrado na Fg. 6. Neste caso a corrente do ndutor L o não terá camnho para crcular, o que provocará uma sobretensão sobre os nterruptores, também podendo destrur os mesmos. Resolver o problema de comutação apresentado tem sdo um dos prncpas temas de pesqusa em Conversão CACA ao longo da hstóra. áras soluções foram apresentadas, mutas vezes de dfícl mplementação, dspendosas, de baxo rendmento ou, prncpalmente, de baxa confabldade. Fg. 6 Comando com tempo morto. Desde que a tensão alternada fo adotada como padrão nos sstemas de transmssão e dstrbução de energa elétrca [8] nos EUA, a conversão CACA é tema de trabalho de engenheros e pesqusadores no mundo todo. É dfícl precsar a data exata do surgmento dos prmeros conversores CACA devdo à falta de fontes de nformação prmáras. Tomando como

20 14 base referêncas ndcadas em [25] podese apontar para o ano de 1929, no qual H. M. Stoller e J. R. Power publcaram um artgo denomnado de A precson regulator for alternatng voltages. Após esta data dversos trabalhos apresentaram establzadores, quer sejam com amplfcadores magnétcos ou válvulas eletrôncas. Em 1950, G. N. Patchett apresentou o artgo nttulado Precson a.c. voltage stablzer, descrto em [25], que caracterza o prmero conversor do tpo compensador de tensão. A dferença entre establzadores do tpo compensador de tensão e do tpo não compensador de tensão fo apresentada em [89]. Naquele trabalho foram denomnados de Conversores Seras e NãoSeras. Um establzador do tpo nãocompensador de tensão processa toda potênca da carga, em contrapartda, um establzador do tpo compensador de tensão processa apenas um percentual da potênca da carga, proporconal à varação tolerável na tensão de entrada. Em outras palavras, um establzador de tensão do tpo compensador atua compensando as varações presentes na tensão de entrada. Na Fg. 7 mostrase os dos tpos de establzadores. Podese notar que os establzadores do tpo compensador fcam em sére com a saída, daí a denomnação de seras e nãoseras. (ωt) o (ωt) (ωt) C o n v e r s o r o (ωt) Fg. 7 Establzador do tpo compensador e não compensador de tensão. 1.6 Classfcação dos Conversores CACA Com o avanço da Eletrônca de Potênca nas últmas décadas surgram mutos conversores novos, tornando confusa a tarefa de escolher um entre os possíves para determnada aplcação. Com a conversão CACA não fo dferente, e desta forma, tornase nteressante classfcar os conversores em grupos, conforme smlardades quanto ao funconamento ou forma de conversão de energa. Uma classfcação conforme a função de conversão exgda entre a entrada e saída fo feta em [1]. Na Fg. 8 mostrase esta classfcação. Devese notar que a mesma não se restrnge aos conversores CACA, mas a toda a Eletrônca de Potênca. Em [15] encontrase uma classfcação segundo as funções de chaveamento dos conversores. Também esta classfcação aborda toda área do conhecmento de conversão eletrônca

21 15 de potênca, como mostra a Fg. 9. Nesta fgura, a freqüênca da rede ndca que os conversores estão conectados à rede comercal de energa elétrca. Freqüênca da Rede Retfcadores e Inversores com Comutação na Freqüênca da Rede DC Conversores CC CC Chaveados DC CA Retfcadores e Inversores Chaveados Inversores Chaveados Inversores de Freqüênca Chaveados CA Alta Freqüênca Ccloconversores na Freqüênca da Rede DC Retfcadores a Dodo em Alta Freqüênca Conversores CACA com Comutação na Freqüênca da Rede Reguladores de Tensão na Freqüênca da Rede Freqüênca da Rede Ccloconversores CACA em Alta Freqüênca AC Fg. 8 Classfcação segundo [1]. CC CC CA CC CA CA CC CA Chopper CA Controle de Fase Conversores CACA Dretos Paralelos Ccloconversores com Comutação Natural Ccloconversores com Comutação Forçada Conversores Matrcas Conversores CACA Dretos Sére Conversores CACA Dretos com Lnk em Corrente Lnk Conversores CACA Dretos com Lnk em Tensão Fg. 9 Classfcação segundo [15].

22 16 A classfcação restrta aos conversores CACA fo feta em [31] 7. Nesta, os conversores foram classfcados conforme o estágo (Lnk) ntermedáro. Na Fg. 10 mostrase a classfcação feta por [31]. Na referda fgura não foram nserdos todos os subgrupos lá dentfcados. Pelo fato daquele trabalho não ser recente, o mesmo não traz no grupo de conversores de Lnk Dreto os modernos conversores PWM, como também as topologas usadas em fltros atvos e sstemas nnterruptos de energa. CA CA Lnk CC Lnk CA Lnk Dreto PWM Ressonantes Ressonante Sére Ressonante Paralelo Matrcas Ccloconversores Fg. 10 Classfcação dada em [31]. Num trabalho mas recente [16] 8 temse uma classfcação de todos os conversores da Eletrônca de Potênca, mostrada na Fg. 11. Não fca explícto em [16] o crtéro usado para classfcação, mas podese sugerr que a mesma fo feta segundo o estágo ntermedáro (Lnk), em sendo o mesmo com ou sem elementos armazenadores de energa. Neste trabalho adotarseá uma classfcação que leva em conta a forma de transferênca de energa. Conforme defnção adotada anterormente, os conversores podem ser classfcados em Dretos e Indretos. Esta classfcação concorda com [16]. No entanto, aqu se adota um crtéro bem defndo, o qual não se refere necessaramente ao estágo ntermedáro, mas sm em como a energa é transferda. Por transferênca Dreta se entende que se a entrada é em tensão alternada, a saída também é em tensão alternada, sem estágos de armazenamento ou de conversão da tensão alternada para contínua. Já em conversão Indreta, estão presentes os estágos ntermedáros de armazenamento de energa, ou então de conversão de tensão alternada para contínua, e posterormente de contínua para alternada. 7 Os artgos de S. Bhowmk e R. Spée[31 e 34] são os úncos que fazem uma classfcação dos conversores CACA, sendo excelentes referêncas para quem trabalha na área. 8 Masao Yano et al. publcaram este artgo [16], no qual classfcam os conversores estudados no Japão. É uma boa referênca, mesmo se o assunto em estudo for apenas CACA.

23 17 Sem Corrente de Crculação Ccloconversores Com Corrente de Crculação Interruptores Bdreconas Dretos Matrcas Crcutos Bdreconas Retfcadores Bdreconas CA CC Controle de Fase Controle de Potênca CA Chopper CA CA CA Compensador Sére Lnk de Tensão CA CC Lnk CC Lnk de Corrente Ressonantes Lnk CC Lnk CC Lnk CC Ccloconversor Indretos Lnk de Alta Freqüênca Ccloconversor Lnk CC Ccloconversor Ccloconversor UPS Aplcações Drves Transmssão H DC Fg. 11 Classfcação de acordo com [16].

24 18 Na Fg. 12 mostrase a classfcação adotada neste trabalho. Podese notar em destaque um subgrupo denomnado de Lnk Dreto, sendo que este subgrupo está nserdo no grupo dos conversores Indretos. Esta aparente contradção desaparece se for atentado ao fato destes conversores transferrem energa de forma ndreta e, no entanto não apresentarem elementos no estágo ntermedáro. Na Fg. 13 mostrase o dagrama de blocos destes conversores, onde podese notar que a tensão de entrada e a de saída são alternadas. No entanto, no estágo ntermedáro temse tensão contínua, mas sem elementos armazenadores de energa. Uma grande vantagem destes conversores é a ausênca do grande volume de capactores no estágo ntermedáro, em vsta dos mesmos não terem barramento em tensão contínua (barramento CC). Outro ponto mportante é o fato de que, em vrtude de se ter um retfcador precedendo um nversor, os nterruptores usados nestes conversores não necesstam serem bdreconas em tensão, mas apenas em corrente. CC CC CA CC CA CA CC CA Dretos Indretos Controle de Ccloconversores Matrcas Lnk DC Lnk Dreto Potênca AC Aplcações Lnk AC Compensadores Sére Chopper AC Controle de Fase Tap arável UPS Fltros Atvos Drves Fg. 12 Classfcação dos Conversores CACA. Entrada CA Estágo ntermedáro Saída CA Retfcador Inversor Fg. 13 Dagrama de blocos dos conversores Indretos de Lnk Dreto. A classfcação feta neste trabalho não vsa abordar todos os possíves conversores CA CA. A quantdade de publcações na área é bastante grande, tornando dfícl abordar cada trabalho ndvdualmente. Assm sendo, será feta aqu uma síntese de Establzadores de Tensão conforme os grupos mostrados na Fg. 12. Apresentar todas as possbldades de mplementar um Establzador sera mpratcável no contexto deste trabalho. Em [27] e em [88] foram apresentadas algumas possbldades de mplementar a função de establzação. Estudos comparatvos entre dversos conversores foram realzados em [28, 32, 3539, 41 e 43], oferecendo a possbldade de avalar vantagens e desvantagens dos números conversores apresentados. Trabalhos tratando de

25 19 aconamento de motores podem ser de consulta nteressante, vsto que se trata de conversores CA CA [29, 33, 40 e 42] 9. Os conversores matrcas foram propostos por Gyugy e Pelly e estudados posterormente por enturn [31]. Na verdade, conforme [30], estes conversores teram sdo dealzados por Alf Refsum em 1977, com posterores estudos por M. enturn em 1980 e Uma das maores desvantagens destes conversores é a lmtação da tensão de saída em 86,6% da tensão de entrada. Necesstam de nterruptores bdreconas em tensão e corrente, os quas são dfíces de serem mplementados, exgndo controle complexo ou o uso de grampeadores de tensão [16]. Mutas publcações foram fetas a respeto destes conversores, no entanto os mesmos são pouco usados na prátca 10. Os conversores CACA do tpo Ccloconversores tem a fnaldade de converter tensões alternadas de determnada freqüênca numa tensão alternada de freqüênca dferente [16 e 25]. São uma tecnologa bem estabelecda e são preferencalmente usados em aconamentos de motores elétrcos 11. Conforme mostrado anterormente, o método de establzação através de compensação de tensão é vantajoso, pos o conversor processa apenas parte da potênca da carga. Para mplementar compensadores do tpo sére, dretos, é necessáro o emprego de nterruptores bdreconas em corrente e em tensão. Estes conversores podem ser solados ou não, sendo que para sto é usado um ou mas transformadores de baxa freqüênca. Estruturas usando nterruptores bdreconas com comando usando tempo morto são apresentadas em [7088], de [8991] temse estruturas com sobreposção dos snas de comando dos nterruptores. O prmero grupo tem a desvantagem de necesstar de crcutos de ajuda à comutação ou então utlzar crcutos de comando mas complexos, enquanto que o segundo grupo não necessta de tas crcutos, mas tem problemas de contnudade de corrente. Um dos métodos mas utlzados para establzação de tensão é através do controle de fase [27, 88 e 134]. Este método anda é utlzado para pequenas cargas, no entanto tem um séro problema de harmôncas de corrente njetadas na rede de energa elétrca. O controle da tensão de saída através de varação da mpedânca é mostrado em [27, 9497, 103, 107, 121, 125, 132 e 156]. Alguns trabalhos foram realzados vsando melhorar o fator de potênca ou elmnar harmôncas na tensão de saída de Conversores CACA do tpo Chopper [98, 100, , 117, , 123, 9 Em [42] temse uma revsão da lteratura referente aos prncpas conversores usados para aconamento de motores monofáscos. 10 De [45 a 57] temse trabalhos sobre conversores matrcas. Revsões da lteratura e evolução destes conversores podem ser encontradas em [53, 54 e 57]. Em [30] temse uma abordagem nteressante para realzação de conversores matrcas. 11 Trabalhos sobre ccloconversores podem ser encontrados em [58 a 69].

26 20 131, , 165 e 176]. Dversos trabalhos abordando conversores do tpo Chopper CACA foram publcados, desde novas topologas até estratégas de controle e comando, entre os quas temse [93, 99, , , , , 118, 122, 124, , 133, , , e ] 12. Os establzadores usando troca de dervação de transformadores são conhecdos como de Tap arável. Foram os mas utlzados pela ndústra e no Brasl anda contnuam sendo usados em larga escala, tanto em equpamentos para fns doméstcos como para fns ndustras. Apesar dos problemas de conteúdo harmônco causado pelos establzadores trstorzados, seu baxo custo e facldade de mplementação os tornam atratvos para a ndústra. Em [27] e [88] mostrouse o prncípo de funconamento destes establzadores, bem como algumas varações topológcas. Exstem dversos trabalhos tratando destes equpamentos [177 a 193], sendo que alguns são relatvamente recentes [192 e 193]. Ao contráro dos conversores dretos, os ndretos possuem ou um lnk com elementos armazenadores de energa ou dupla conversão. O lnk, conforme a Fg. 12, pode ser CC, dreto ou CA. Os trabalhos [197, , , , 218, , e 231] 13 tratam de conversores com lnk CC ou CA. Com lnk em alta freqüênca têmse os trabalhos [194, 198 e 217]. Estruturas denomnadas de Trport são apresentadas em [ e 214]. Trabalhos mas recentes trataram de conversores com lnk sem elementos armazenadores de energa ou com a otmzação destes [206207, 213, 219, 224, ] 14. Estes conversores têm característcas nteressantes, pos não necesstam de barramento (lnk) CC, dmnundo consderavelmente o volume. No entanto, sto tem uma restrção: a freqüênca de saída do conversor deve ser a mesma que a entrada. Sstemas de energa nnterrupta (UPS) podem ser adaptados para operar como establzadores de tensão. Trabalhos tratando de topologas e classfcações desses sstemas são apresentadas em [ e ]. Uma UPS do tpo SéreParalela é tratada em [234]. Da mesma forma que sstemas de energa nnterrupta, fltros atvos, compensadores de reatvos e compensadores de tensão de alta potênca podem ser utlzados, com algumas restrções, como establzadores de tensão. Fltros atvos, sua classfcação, revsão e prncípos geras são 12 A tese de Éle Lefeuvre [171] trata de dversas topologas de Conversores CACA Dretos, entre as quas monofáscas e trfáscas, usadas como Establzadores de Tensão ou em outras aplcações. 13 Um artgo bastante referencado na lteratura fo apresentado por Deeppakraj M. Dvan [199] e trata de lnk CC ressonante. 14 Os artgos de Yasuhro Okuma [219] e de BongHwan Kwon et al. [229] apresentam topologas de conversores CACA ndretos sem elementos armazenadores de energa no barramento. Já o artgo de Henrk Kragh [224] apresenta um método de otmzar o capactor do lnk CC.

27 21 apresentados em [237239, e ] 15. Em [240 e 241] foram apresentados fltros atvos paralelos, que se prestam para dmnur o conteúdo harmônco da corrente extraída da rede por cargas nãolneares. Os fltros atvos sére apresentados em [246 e 250] foram propostos para corrgr a dstorção harmônca da tensão da rede e entregar à carga uma tensão senodal pura. Estes não tnham o objetvo de corrgr o valor fundamental da tensão da rede, mas poderam ser projetados para tal fm. No âmbto de Conversão CACA podem ser encontrados outros trabalhos, os quas não tratam necessaramente de topologas de conversores, seu projeto e mplementação. Assm, em [251] temse um estudo sobre nterruptores bdreconas, abordando seus prncípos e perspectvas de aplcações daquela época. Já os trabalhos [252, 255 e 257] tratam de modulação, geração de pulsos e sncronzação. Em [ e 256] 16 temse trabalhos versando sobre medção e detecção da tensão de saída a fm de realzar a realmentação de conversores CACA. 1.7 Conversão CACA no Brasl Neste tem pretendese abordar a Conversão CACA no Brasl, concentrando atenção em reguladores e establzadores de tensão alternada. A abordagem é cronológca, no entanto, pretendese estabelecer vínculos entre os trabalhos, agrupandoos por semelhanças topológcas ou por autora. Neste ponto do trabalho não serão dscutdas as característcas elétrcas de cada conversor, bem como vantagens e desvantagens. Dversos conversores mostrados a segur foram analsados em [27 e 88]. Em 1983 teve níco a hstóra dos (pesqusa sobre) reguladores/establzadores de tensão no Brasl com duas dssertações de mestrado [27 e 105] realzadas na Unversdade Federal de Santa Catarna. O método de establzação utlzado em [27] é a varação da mpedânca entre a entrada e saída. Incalmente este método fo usado com trstores [27, 107 e 121] e posterormente com transstores de potênca [125 e 132]. Na Fg. 14 mostrase o establzador usando trstores empregando o método de varação da mpedânca. Em se tratando de conversores para aplcação em Conversão CACA, a déa ncal, tomandose como ponto de partda os conversores CCCC, é um conversor do tpo Buck com nterruptores bdreconas. Em [105 e 106] fo apresentado um varador de tensão alternada empregando a confguração de um conversor Buck com nterruptores bdreconas em tensão e 15 O artgo de B. H. L [249] trata de compensadores de tensão sem transformadores, chamando atenção aos problemas causados pela presença deste elemento nestes crcutos. 16 Em [253] temse a apresentação do detector ortogonal, o qual serve para medr o valor de pco de tensões de manera rápda e precsa, no entanto, se aplca apenas a snas senodas com pouca dstorção harmônca.

28 22 corrente. Topologcamente semelhantes se tem os conversores abordados em [158 e 163], nos quas as células de comutação são lgeramente dferentes e os mesmos ncorporam fltros na entrada e na saída. Nas Fg. 15 e Fg. 16 mostramse os conversores ctados anterormente. S 1 (ωt) o (ωt) (ωt) S 2 o (ωt) Fg. 14 Establzador usando varação da mpedânca. Fg. 15 arador de tensão baseado no conversor Buck. S 1 (ωt) S 2 o (ωt) Fg. 16 Conversor Buck CACA com fltro de entrada e saída. Um estudo comparatvo entre os conversores com controle de fase de trstores e com mudança de dervações de transformadores (tap varável) é apresentado em [28]. O método de controle da tensão de saída através do controle do ângulo de fase de trstores fo e contnua sendo bastante empregado em mercados com poucas exgêncas normatvas. Na Fg. 17 mostrase um conversor operando com este prncípo. Em [183] fo apresentado um conversor operando com mudança de dervações de transformadores. Este conversor é mostrado na Fg. 18. S 4 Trac o (ωt) S 1 S 2 S 5 S 6 Fg. 17 Conversor a controle de fase de trstores. (ωt) S 3 S 7 o (ωt) Fg. 18 Conversor com mudança de dervações de transformadores. A partr de 1986 foram realzados na UFSC dversos trabalhos abordando Conversão CA CA. Em [251] tratouse de nterruptores bdreconas, bem como de suas perspectvas e aplcações. Posterormente, em [118] fo apresentado um conversor do tpo Flyback CACA mostrado na Fg. 19. Em [126] apresentouse uma nova célula de comutação, com sobreposção dos snas de comando nos nterruptores, a qual não necessta de crcutos de ajuda a comutação. Este conversor

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