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Universidade Federal de Santa CatarinaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Instituto de Eletrônica de Potência
Estabilizadores de Tensão Alternada paraEstabilizadores de Tensão Alternada paraAlimentaAlimentaçção de Cargas Nãoão de Cargas Não--Lineares: Lineares:
Estudo de VariaEstudo de Variaçções Topolões Topolóógicas e gicas e MMéétodos de Controletodos de Controle
FlorianFlorianóópolis, julho de 2005.polis, julho de 2005.
Proponente: Clóvis Antônio Petry, Me. Eng.Orientador: Prof. João Carlos dos Santos Fagundes, Dr.Co-Orientador: Prof. Ivo Barbi, Dr. Ing.
Defesa PDefesa Púública de Tese de Doutoradoblica de Tese de Doutorado
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Parte 1/6Parte 1/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
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IntroduIntroduçção Geralão Geral
Identificação do Problema
Sistema de energia elétrica
Cargas
Filtros ativos
Restauradores dinâmicos
Condicionador de energia
Estabilizadores
Fluxo de energiareativa e harmônica
Fluxo de energiaativa e reativa
Qualidade da energiaQualidade da energia
• Legislação do setor elétrico;• Limitações de fornecimento;• FACTs;• Custom Power.
• Conversores CA-CA;• Tecnologia usando tiristores;• Norma NBR 14373.
• Geração de harmônicas;• Cargas não-lineares;• Cargas críticas.
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IntroduIntroduçção Geralão Geral
Identificação do Problema
Compensação série
Conversão indireta com link
direto
PrincPrincíípiospios
+Patchett em 1950
[39]Bong-Hwon Kwon et al. Em 2002
[263]
iv
oi
+− riv
+
−
( ), ,o i ov v i d
+
−
LZ d
iv
oi
LZ+
−
( ), ,o i ov v i d
+
−
d
Retificador Inversorriv+
−( ),dp rv d v+
−
oL
oC
riv rv dpv
-
IntroduIntroduçção Geralão Geral
Identificação do Problema
Proposta deum condicionador
de tensão alternada
Princípio de funcionamento
= +i F Hv v v
= +o F Hi i i
LZ
+− riv
ov
′iv dsv
+− = +ds dsF dsHv v v
ov
′iv
+ =
-
IntroduIntroduçção Geralão Geral
Motivações
• Contribuir com a qualidade de vida das pessoas;
• Domínio tecnológico para o país;
• Auxiliar a indústria nacional;
• Contribuir para o estudo de conversores CA-CA;
• Doutoramento em Eletrônica de Potência.
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IntroduIntroduçção Geralão Geral
Objetivo Geral
Propor e estudar um estabilizador indireto de tensão alternada,
sem elementos armazenadores de energia no barramento,
que opere com tensão de entrada distorcida e cargas
não-lineares, disponibilizando na saída uma tensão
estabilizada e conformada segundo
uma referência desejada.
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Parte 2/6Parte 2/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Definições Iniciais
Eletrônica de PotênciaEletrônica de Potência é uma área da Engenharia Elétrica que tem a finalidade de estudar e construir conversores de energia visando o processamento eletrônico da energia elétrica.
Classificação dos Conversores1. Conversores CC-CC;
2. Conversores CA-CC;
3. Conversores CC-CA;
4.4. Conversores CAConversores CA--CACA.
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Definições Iniciais
Conversão CA-CAConversão CA-CA (corrente alternada – corrente alternada) é aquela que converte energia da forma alternada (tensão e corrente), preferencialmente da rede de energia elétrica, em energia alternada (tensão e corrente) com valores de amplitude ajustável e freqüência bem definida.
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Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Definições Iniciais
Estabilizador de TensãoÉ um dispositivo capaz de assegurar a constância do valor eficaz da tensão em sua saída.
Condicionador de TensãoÉ um dispositivo capaz de assegurar a constância do valor eficaz e conformar a tensão em sua saída segundo uma referência desejada.
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Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Definições Iniciais
Conversor DiretoAquele no qual a energia é transferida de forma direta da entrada para a saída.
Conversor IndiretoAquele no qual a energia é transferida de forma indireta da entrada para a saída.
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Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Classificação dos Conversores CA-CA
CC - CC CA - CC CA - CA CC - CA
Diretos Indiretos
Cicloconversores Link CC Link Direto
Chopper CA
CompensadoresSérie
Controle de Fase
TapVariável UPS
Filtros Ativos Drives
MatriciaisControle dePotência CA Link CAAplicações
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Conversão CA-CA
aS
iv
+
−
Loi
bS ov
+
−
oL
oC
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Generalização dos Compensadores Série
Alimentaçãodo conversor
CA-CA
rv
+
−
ov
+
−
+−
−+
dsv
iv
Compensador
Série
rv
+
−
ov
+
−
+−
+−
dsv
iv
Compensador
Série
rv
+
−
ov
+
−
+−
+−
dsv
iv
Compensador
Série
Pela Entrada
Pela Saída
Independente
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Generalização dos Compensadores Série
Injeção daTensão de
Compensação
abv
+
−
ov
+
−
+−
+−
dsv
iv
oLoC
oi
+
−
ov
+
−
+− dsv
ivoLo
C
1T
oi
abv +−
+
−
ov
+
−
+− dsv
ivoL
oC
1T
oi
abv +−
Direta
Transformador+ Filtro no Primário
Transformador+ Filtro no Secundário
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Generalização dos Compensadores Série
Isolamentodo conversor
No lado do retificador (entrada)No lado do retificador (entrada)
+
−
ov
+
−
+− dsv
iv
oLoC
ConversorCA-CA
1T +
−fv
Retificador Inversor
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Generalização dos Compensadores Série
Isolamentodo conversor
No lado do inversor (saNo lado do inversor (saíída)da)
+
−
ov
+
−
+− dsv
iv
oLoC
1T+
−fv
ConversorCA-CA
Retificador Inversor
-
Condicionador de Tensão AlternadaCondicionador de Tensão Alternada
Fluxo de energia
AlimentaAlimentaçção pelo lado da redeão pelo lado da rede
+− ( )ds ov v= −∆ ⋅
( )1i ov v= ⋅ + ∆ 1T
oi
InversorRetificador
ov
P
( ) P−∆ ⋅
( ) P−∆ ⋅
( )1 P+ ∆ ⋅
( ) P−∆ ⋅
P
Fluxo direto
Fluxo indireto
-
Parte 3/6Parte 3/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
-
Topologia Proposta
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
Retificador
Inversor
-
Etapas de Funcionamento do Retificador (2 etapas)
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
vi(t)>0 vi(t)
-
Etapas de Funcionamento do Inversor (5 etapas)
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
S5 e S8 ON S5 e S7 ON
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
1a 2a
-
Etapas de Funcionamento do Inversor (5 etapas)
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
S6 e S7 ON S6 e S8 ON
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
3a 4a
-
Etapas de Funcionamento do Inversor (5 etapas)
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
S5 e S8 OFF
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
rv
+
−
1D
2D
3D
4D
5D
6D
7D
8D
5a
-
Principais Formas de Onda e Modulação do Retificador
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
iv
CompensadorSomador
CompensadorSubtrator
0 π 2π 0 π 2π
1,4gv
2,3gv
rv
cv
abv
dsv
oviv
2sTd ⋅
2sT0
t t
iv
0 π 2π
1,4gv
2,3gv
rv
02rT
2 3_ ,on S St
rT
1 4_ ,on S St t
-
Modulação do Inversor – dois níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
abv
cvtriv
7,8gv
0 π 2π 0 π 2π
5,6gv
sd T⋅0 sT sT sd T⋅0 sT
sd T⋅0 sTsT
sd T⋅0 sT
1t0t 1
t0t 1
t0t 1
t0t
t t
Razão Cíclica Teórica0 ↔ 1
( ) ( )send t M tω= ⋅
_ds pk
r
vM
V=
Modulação PWMSenoidal
-
Modulação do Inversor – três níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
abv
cv
triv
triv
7,8gv
0 π 2π 0 π 2π
5,6gv
2sTd ⋅
1t0t
02sT
sT 2sTd ⋅0
2sT
2sTd ⋅0
2sT
sT
2sTd ⋅0
2sT
1t0t 1
t0t 1
t0t
t t
Razão Cíclica Real-1 ↔ 1
_
_
ds pk
i pk
vM
v=
( )/ 0/ 2
M p td t
M p tω π
π ω π≤
-
Modulação do Inversor – análise harmônica
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
0 5m 10m 15m 20m
( )ab RPWMv t
( ) 1000ab SPWMv t +
500−
0
1500
1000
500
[ ]t s
111,1%SPWM96,6%RPWMvab(t)
Largura dosPulsos é Fixa
Largura dosPulsos Varia
Senoidalmente
-
Ganho Estático
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Ganho EstáticoÉ a relação entre as tensões de entrada e saída do condicionador, ou seja, é a razão linear entre vo(t) e vi(t).
( ) ( )( )= o
i
v tg t
v t
( ) ( )( )( )( )1
1
2 1oi
N d ttt
t N+ ⋅ −
= =v
gv
( ) ( )( )( )1
1
o
i
t N d tt
t N+
= =v
gv
2 níveis
3 níveis
-
Relação de Transformação de T1
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
( )( )
_
_
1i maxi nom
v tv t
+∆ = −( )( )
_
_
1 i mini nom
v tv t
−∆ = −
11
maxN D−
−−
− ∆= ⋅
∆
11
minN D+
++
+ ∆= ⋅
∆
0 2,8m 5,6m 8,4m 16,7m
[ ]t s13,9m11,1m
400−
200−
0
200
400
( )iv t
0
[ ]θ graus
10
20
30
40
50
20 40 60 80 100 120 140 1801600
56
( )311 θTHD
Anexo II
-
Ondulação de Corrente – 3 níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
iv
+
−
ov
+
−
oL
1T
+− dsv
Loi
oi+ −
abv+ −dpv+
−
a
b
Loi
t
abv
t
2sTd ⋅
2sT
Loi∆
( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )
1
1
( ) 0
( ) 0i i o
Loi o i
v t v t v t N se d tv t
v t v t v t N se d t
⎧ − − ⋅ ≤⎪= ⎨− − ⋅ ≥⎪⎩
( ) ( ) ( )2
LoLo
o s
v ti t d t
L F∆ = ⋅
⋅ ⋅
-
Ondulação de Corrente – 3 níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
( ) ( ) ( )oLo Loo s
v ti t i t
L F∆ = ⋅∆
⋅
( ) ( ) ( )( ) ( )( ) ( )
1
1
1 02 1 0Lo
d t se d td t Ni tN d t d t se d t
+ ≤⎧⎪∆ = ⋅ ⋅ ⎨+ − ≥⎪⎩
( )( )( )( )( )raízes 0
Lo
max
d i td t
d d t
⎛ ⎞∆⎜ ⎟= =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠
( ) ( )21 1 1 1 0amaxd N N N N se d t= − + − ≤
( ) ( )21 1 1 1 0bmaxd N N N N se d t= − + + ≥
-
Ondulação de Corrente – 2 níveis versus 3 níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
1− 0,5− 0 10,50
0,2
0,4
0,6
( )d t
( )Loi t∆
1 3N =
-
Ondulação de Tensão
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
iv
+
−
ov
+
−
oL
1T
+− dsv
Loi
oi+ −
abv+ −dpv+
−
a
b
*oC *CoiLov
iv
+
−
ov
+
−
oL
1T
+− dsv
Loi
oi+ −
abv+ −dpv+
−
a
b
oC Coi
Filtro no Primário Filtro no Secundário
-
Ondulação de Tensão
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
( ) ( )Co Loi t i t= ∆ ( ) ( ) ( )24 cosCo Lo si t i t tωπ
= ⋅∆ ⋅ ⋅
( ) ( ) ( ) 12Co Co Co Co s o
v t i t X i tCω
= ⋅ = ⋅⋅ ⋅
( ) ( )24 1cos
2 2 2Co Lo s s ov t i t t
F Cπω
π π⎛ ⎞= ⋅∆ ⋅ ⋅ − ⋅⎜ ⎟ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⎝ ⎠
( ) ( )3 cos 2Lo
Co ss o
i tv t t
F Cπω
π∆ ⎛ ⎞= ⋅ ⋅ −⎜ ⎟⋅ ⋅ ⎝ ⎠
( ) ( )33níveis2 Lo
Cos o
i tv t
F Cπ⋅∆
∆ =⋅ ⋅
( ) ( )32níveis4 Lo
Cos o
i tv t
F Cπ⋅∆
∆ =⋅ ⋅
Coi
t
Cov
t
2sTd ⋅
2sT
Coi∆
Cov∆
sT
-
Ondulação de Tensão – 2 níveis versus 3 níveis
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
1− 0,5− 0 10,50
0,5
1
2
( )d t
( )Cov t∆
1,51 3N =
-
Modelagem da Carga Não-Linear
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
0,182 0,184 0,186 0,188 0,19 0,192 0,194 0,196 0,198 0,2 0,202
[ ]t s
400−
300−
200−
100−
0
100
200
300
400
ov
oi
_o pki
Derivada de subida
Derivada de descida
ov
+
−
nLL
nL_1D
nL_2D
nL_3D
nL_4D
nLC nLR _CC nLv
+
−
oi
-
Modelagem da Carga Não-Linear – Modelo Simples
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
_o pki
_− o pki
π 2π t
oi
2π
32π
1ψ 2ψ
3ψ 4ψ
ψ
_o pki
_− o pki
π 2π t
oi
2π
32π
1ψ 3ψ
4ψ 6ψ
ψ
2ψ
5ψ
ov
+
−
nLL
nL_1D
nL_2D
nL_3D
nL_4D
_CC nLv
+
−
oiRelaçõesEmpíricas
-
Modelagem da Carga Não-Linear – Comparativo
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
0,986[ ]t s
0,9865 0,987 0,9875 0,988 0,9885 0,989 0,9895 0,9920−
0
20
40
60
80
100
120
140
1mi
2mi
3mi
oi
-
Parte 4/6Parte 4/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
-
Técnicas de Controle da Tensão de Saída
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv _1
o ref i
i
v vN
v−
⋅ k
triv
triv
Atenuador
Modulador
Comando
ModuladorGanho
( )Cálculo de d t
5S 6S 7S 8SComando
Pré-Alimentação
-
Técnicas de Controle da Tensão de Saída
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
DetecçãoOrtogonal
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv
Atenuador
Modulador
Comando
Modulador
Comando
( )5x t⎡ ⎤⎣ ⎦ +++−( )C s
triv
triv
5S 6S 7S 8S
Detector
Compensador
Atenuador
Ortogonal1
23
4
56
o90
( ) 2⎡ ⎤⎣ ⎦2x t ( )2
⎡ ⎤⎣ ⎦1x t
-
Técnicas de Controle da Tensão de Saída
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Modo Corrente
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv
Atenuador
Modulador
Comando
Modulador
Comando
++( )iC striv
triv
5S 6S 7S 8S
Compensador
Atenuadores
−+
( )vC s−+
decorrente
Compensadorde
tensão
_Lo refi
-
Técnicas de Controle da Tensão de Saída
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
RealimentaçãoInstantânea
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv
Atenuador
Modulador
Comando
Modulador
Comandotriv
triv
5S 6S 7S 8S
Atenuador
+−( )C s
Compensador
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Coi
oi
rv
+
−
+ −Lov
+ −dpv
Loi
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Coi
oi
rv
+
−
+ −Lov
+ −dpv
Loi
Operação no semiciclo positivo
Circuito simplificado
Modelagem do Conversor CA-CAAnexo I
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
iv
+
−
ov
+
−
oL
oC
1T
+− dsv
Coi
oi+ −Lov
+ −dpv
Loi
( )1: d t
cpv+
−apv+
−
+− eqv
eqiri fv v=
+
−
a c
p
ci
Modelo dePequenos Sinais
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
210 310 410 510
0
50−
100−
200−
150−
60
40
20
0
20−
40−210 310 410 510
( )Freqüência Hz
( )Freqüência Hz
[ ]Módulo dB
[ ]Fase graus
Freqüência de ressonância do filtro de saída
( ) ( )( )
( ) 12 2
1
vo o io o o o o
s R v s NG s
s L C R s L R Nd s⋅ ⋅
= =⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025270
280
290
300
310
320
330
340
350
[ ]calculadoov V
[ ]simulaçãoov V
( )Perturbação em d t
( )Perturbação em iv t
[ ]t s
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
0,030,0250,020,0150,010,0050400−
300−
200−
100−
0
100
200
300
400
[ ]t s
[ ]simulaçãoov V
[ ]calculadoov V
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Resposta aoDegrau da FTMF(s)
[ ]%ov
0 0,5m 1m 1,5m
140
120
100
80
60
40
20
0
[ ]t s
cv*
ov
_o refv +
−1R 2R
3R1C 2C
+
( )F s
+
( )G s
ov
iv
( )Fm s( )C s−+_o refv
( )H s
-
Estudo do Controle para o Condicionador Ideal
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Simulação
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02
400
300
200
100
0
100−
200−
300−
400−
[ ]t s
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]Loi A
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Coi
oi
rv
+
−
+ −Lov
+ −dpv
Loi
iZ
Zii+ −Ziv
ri iv v ′=
+
−
O Problema daImpedância de Linha
• Capacitor na saída;• Capacitor no barramento;• Filtro de entrada.
Soluções?
No estágio de PotênciaIndependem do controle
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Entendimento Físicodo Zero na G(s)
iv
+
−
ov
+
−
oi
iZ
Zii+ −Ziv
triv
triv
5cv
00,1
5m
oZ
Conversor
iv ′
+
−
( ) ( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( )
( ) ( ) ( )( )( )
22 2 11 1 1
1222 2 2
1 1 1
v o i o o o oo i
o o o o o i o o o o
N d sR N Z s s L C s C R N d s N d s
Ns v sG s
Nd s s L C R s L R N Z s s L C s C R d s N d s
⎛ ⎞+⎛ ⎞⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ + +⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠= = ⋅
⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ ⋅ + +
Zero no ladodireito no plano
complexo
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Entendimento Físicodo Zero na G(s)
4,9m 4,95m 5m 5,05m 5,1m 5,15m 5,2m 5,25m[ ]t s
295
300
305
310
315
320
325
330
Capacitor na saída
Sistema ideal[ ]ov V
Capacitor no barramento
Filtro de entrada
( )Perturbação em d t
t∆
Melhor solução?
Filtro de entrada
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Algumas soluções da literatura
• Filtros de entrada em conversores CC-CC;• Pré-alimentação para o conversor Buck CC-CC;• Eliminação do zero em conversores Boost CC-CC;• Interação entre filtro e pré-reguladores de fator de potência;
+
( )F s
+
( )G s
ov
iv
( )Fm s( )C s−+_o refv
( )H s
++
( )Cp s ( )Y sfv
d( ) ( )( ) ( )CC CC id s
Cp sFm s v s−
= −⋅
( )( )( )
( ) ( )
2 21 1
1
o o
CA CAi
s L C N d s NCp s
Fm s v s N−⋅ ⋅ + ⋅ +
= −⋅ ⋅
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
110 210 310 410 510 61020−
10−
0
10
20
30
40
50
60
70
( )Freqüência Hz
[ ]Módulo dB2
3
4
1
5
6
Filtros
Anexo IV – Filtros de Entrada
′iv
+
−
fv
+
−
fL
f 2R
f1Cf1R
f 2C
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
2m1,8m1,6m1,4m1,2m1m0,8m0,6m0,4m0,2m00
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
[ ]t s
2
3
4
1
5
6
Filtros
[ ]%100′
ivAnexo IVFiltros deEntrada
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Anexo IV – Filtros de Entrada
33,5
44,5
55,5
6
11,5
22,5
33,5
44,513
13,5
14
14,5
15
15,5
16
16,5
[ ]f1R Ω[ ]f2R Ω
[ ]f _Z max dB
′iv
+
−
fv
+
−
fL
f 2R
f1Cf1R
f 2C
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real com Filtro
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Modelagem
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Coi
oi
rv
+
−
+ −Lov
+ −dpv
Loi
iZZii
+ −Ziv
ri av v=
+
−
iv ′
+
−
fv
+
−Zfi
Zai
fZ
aZ
f1C
f 2C
f1R
fL
fv
+
−
iv
+
−
iZ
′iv
+
−
f 2RFiltro
deentrada
f1C
f 2C
fR
fL
fv
+
−
iv
+
−
iZ
′iv
+
−
Filtrode
entrada
Filtro a
Filtro b
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real com Filtro
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
FTLA(s)
210( )Freqüência Hz
310 410 510 610
210( )Freqüência Hz
310 410 510 610
[ ]Módulo dB
[ ]Fase graus
700−
600−
500−
400−
300−200−
100−
0
50−40−30−20−10−0
102030
Filtro a
Filtro b
Filtro a
Filtro b
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real com Filtro
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
FTMF(s)
[ ]%ov
[ ]µiL
65
100
150
200
250
300
0,5m0 1m 1,5m 2m 2,5m 3m
[ ]t s
40−
20−
0
20
40
60
80
100
120
140
-
Estudo do Controle para o Condicionador Real com Filtro
Condicionador de Tensão Alternada Condicionador de Tensão Alternada --Estudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Simulações
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02
400
300
200
100
0
100−
200−
300−
400−
[ ]t s
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]Loi A0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02
400
300
200
100
0
100−
200−
300−
400−
[ ]t s
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]Loi A
-
Parte 5/6Parte 5/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
-
Metodologia de Projeto
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
1. Projeto do Estágio de Potência
2. Projeto dos Circuitos de Comando e Controle
• ....
• Corrente média em T1;
• Lógica de geração da tensão de controle.
-
Metodologia de Projeto – Valor Médio no Primário de T1
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Plantaov( )Fm s( )C s−+_o refv
( )H s
++
( )I s
d
−+
0
Loi
cv
_c offsetv
Retificadorde precisão
Plantaov( )Fm s( )C s−+_o refv
( )H s
dcv
*ov
-
Metodologia de Projeto – Valor Médio no Primário de T1
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Plantaov( )Fm s( )C s−+
( )H s
d_c cav
*ov
++_o refv
( )I s −+0
Loi_c offsetv
ε ca ε cc _c ccv
( )isign v ( )isign v
x x
-
Metodologia de Projeto – Lógica de Geração da Tensão de Controle
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
iv
cv
_o refv
0 π 2π 0 π 2π
iv
cv
_o refv
0 π 2π 0 π 2π
Referência senoidal Referência senoidal retificada
ov( )Fm s( )C s−+
( )H s
d_c cav
*ov
_o refvε
_c ccv
( )isign v
x
Retificadorde precisão
Planta
-
Resultados Experimentais – Teste dos Filtros de Entrada
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
450
400
350
300
250
2000 0,4m 0,8m 1,2m 1,6m 2,0m 2,4m 2,8m 3,2m 3,6m 4,0m
[ ]t s
Filtro mistoFiltro paralelo
Filtro série
Semfiltro
[ ]ov V
Média
40 sµ1/100
( )[%]d t
0
60
[ ]t s
360
340
320
300
280
260
240
2200 0,4m 0,8m 1,2m 1,6m 2,0m 2,4m 2,8m 3,2m 3,6m 4,0m
[ ]t s
Filtro mistoFiltro paralelo
Filtro série
Semfiltro
[ ]fv V
Média
40 sµ1/100
( )[%]d t
0
60
[ ]t s
Tensão na saída do conversor
Tensão de entrada do retificador
-
Resultados Experimentais – Teste dos Filtros de Entrada
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conversor Sem filtro
Conversor Com filtro
9,0m 10m 11m 12m
[ ]t s
240
260
280
300
320
340
360
380
[ ]ov V
Sim. ideal
Sim. real
Teórico
Exper.
Média
40 sµ2/1000
( )[%]d t
0
20
[ ]t s
240
260
280
300
320
340
360
380
9,0m 10m 11m 12m
[ ]t s
[ ]ov V
Sim. ideal
Sim. real
Teórico
Exper.
Média
40 sµ2/1000
( )[%]d t
0
20
[ ]t s
-
Resultados Experimentais – Verificação da Estabilidade
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
6−
4−
2−
0
2
4
6
6−
4−
2−
0
2
4
6
[ ] comb.12lento
+cv V
[ ] comb.22lento
−cv V
[ ] comb.12rápido
+cv V
[ ] comb.22rápido
−cv V
-
Resultados Experimentais – Comando e Controle
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Comando do retificador
Sincronismo e referência
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
30
20
10
0
10−
20−
30−
40
40−
[ ]100
iv V
[ ]1,4gv V
[ ]2,3gv V
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
12
10
8
2
0
2−
14
6
4
4−
6−
[ ]10400
+iv V
[ ]sincv V
[ ]_o refv V
-
Resultados Experimentais – Comando e Controle
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Sincronismo e controle
Comando do inversor
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
20−
15−
10−
5−
0
5
10
15
[ ]10400
+iv V
[ ]sincv V
[ ]_ 10−c ccv V
[ ]_ 152
−c cav
V
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
40−
35−
30−
25−
20−
15−
10−
5−
0
5
10
[ ]8 354
−gv
V
[ ]7 254
−gv
V
[ ]6 154
−gv
V
[ ]5 54
−gv
V
[ ]5+triv V
[ ]5+triv V[ ]_ 5+c cav V
-
Resultados Experimentais – Comando e Controle
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Malha de compensaçãode valor médio
Simulação de compensação devalor médio somado na referência
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
8−
6−
4−
2−
0
2
4
6
8
[ ]_ 5+c cav V
[ ]4⋅offsetv V
[ ]35−Lo
i A
[ ]6250
−abv V
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2[ ]t s
4−3−2−1−
012
34
0,15−
0,1−
0,05−
0
0,05
[ ]offsetv V
[ ]_o refv V
-
Resultados Experimentais – Ondulação de Corrente e Tensão
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Principais formas de onda
Detalhe no semiciclo positivo
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
8−
6−
4−
2−
0
2
4
6
8
10
[ ]6100
+iv V
[ ]6100
+ov V
[ ]1100
−retv V
[ ]3250
−abv V
[ ]62−Lo
i A
Média
80 sµ2/1000
Sem média
Sem média
0 10µ 20µ 30µ 40µ 50µ 60µ 70µ 80µ 90µ
[ ]t s
1−
0
1
2
50−0
50100150200
170180190200210220
[ ]abv V
[ ]Loi A
Média
0,5 sµ5/1000
[ ]ov V
[ ]iv V Média
5 sµ5/100
Média
0,5 sµ5/1000
-
Resultados Experimentais – Ondulação de Corrente e Tensão
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
0 10µ 20µ 30µ 40µ 50µ 60µ 70µ 80µ 90µ
[ ]t s
218216214212210208
206204202
186184
182180−
178176
174
172
[ ]comfiltroov V
[ ]semfiltroov V
[ ]comfiltroiv V
[ ]semfiltroiv V
Média
0,5 sµ5/1000
Média
0,5 sµ5/1000
-
Resultados Experimentais – Variação na Freqüência da Rede
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
63 Hz – potência desligado
57 Hz – potência ligado
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
20−
15−
10−
5−
0
5
10
15,87rT ms
63rF Hz
[ ]5+rv V
[ ]5−sincv V
[ ]_ 15−o refv V
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
20−
25−
15−
10−
5−
0
5
10
15
[ ]15−Loi A
[ ]20−cv V
Média
80 sµ2/1000
[ ]rv V
[ ]25
iv V17,54rT ms
57rF Hz
-
Resultados Experimentais – Operação com Carga Linear
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Sem filtro à vazio
Com filtro à vazio
0 5m 10m 15m 20m 25m 30m 35m 40m 45m 50m
[ ]t s
2−
4−
0
2
4
6
8
10
[ ]6100
+ov V
[ ]6100
+iv V
[ ]22−f
iA
[ ]Loi A
Média
200 sµ2/1000
2−
4−
0
2
4
6
8
10
0 4,0m 8,0m 12m 16m 20m 24m 28m 32m 36m 40m
[ ]t s
[ ]6100
+ov V
[ ]6100
+iv V
[ ]3Loi A
[ ]210
−fi
A
Média
80 sµ2/1000
-
Resultados Experimentais – Operação com Carga Linear
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
3 5 7 19171513 219 110
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Harmônica
sem filtro 2,08%=iv
THD sem filtro 3,02%=ov
THD
com filtro 2,61%=iv
THD com filtro 1,46%=ov
THD
-
Resultados Experimentais – Operação com Carga Não-Linear
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
Sem filtro e controlador lento
Com filtro e controlador rápido
13m 14m 15m 16m 17m 18m 19m 20m 21m
[ ]t s
50−
0
50
100
150
200
250
300
350
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]3⋅Loi A
[ ]1,5⋅oi A
Média
200 sµ2/1000
13m 14m 15m 16m 17m 18m 19m 20m 21m
[ ]t s
50−
0
50
100
150
200
250
300
350
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]3⋅Loi A
[ ]1,5⋅oi A
Média
200 sµ2/1000
-
Resultados Experimentais – Operação com Carga Não-Linear
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
3 5 7 19171513 219 110
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Harmônica
sem filtro 3,42%=iv
THD sem filtro 4,89%=ov
THD
com filtro 6,54%=iv
THD com filtro 2,05%=ov
THD
-
Resultados Experimentais – Rendimento
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
[ ]oP kW
91
92
93
94
95
98
97
98
99
100
Comb. 2
Comb. 3
Comb. 1
[ ]%Rend
Comb. 1 – Sem filtro e lento;Comb. 2 – Com filtro e lento;Comb. 3 – Com filtro e rápido.
-
Resultados Experimentais – Regulação
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
[ ]oP kW
226224222220218216
224
222
220
218
216
230
225
220
215
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]ov V
[ ]iv V
[ ]ov V
[ ]iv V
Conversor sem filtro de entrada/Compensador de tensão lento
Conversor com filtro de entrada/Compensador de tensão lento
Conversor com filtro de entrada/Compensador de tensão rápido
-
Resultados Experimentais – Transitório na Tensão de Entrada (+10%)
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
8,0m 8,4m 8,8m 9,2m 9,6m 10m 10,4m 10,8m 11,2m 11,6m 12m
[ ]t s
2−
1,5−
1−
0,5−
0
0,5
200
250
300
350
[ ]sem filtroov V
[ ]com filtroov V
[ ]sem filtrocv V
[ ]com filtrocv V
Média
40 sµ2/1000
Média
40 sµ2/1000
-
Resultados Experimentais – Transitório na Tensão de Entrada (-20%)
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
8m 9m 10m 11m 12m 13m 14m 15m 16m
[ ]t s
4−2−
0246
200−
0
200
400
400−
200−
0
200
400[ ]sem filtroov V
[ ]com filtroov V
[ ]sem filtroiv V
[ ]com filtroiv V
[ ]sem filtrocv V
[ ]com filtrocv V
Média
40 sµ2/1000
Média
40 sµ2/1000
Média
40 sµ2/1000
-
Resultados Experimentais – Transitório de Carga Com Filtro (+50%)
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
0 2,0m 4,0m 6m 8m 10m 12m 14m 16m 18m 20m
[ ]t s
4−
2−
0
2
4
8
10
6
[ ]5100
+ov V
[ ]_5
c cav V
[ ]250
−oi A
-
0 5m 10m 15m 20m 25m
[ ]t s
300−
400−
200−
100−
0
100
200
300
400
[ ]ov V
[ ]iv V
Resultados Experimentais – Alimentação Independente
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
1S
iv
+
−
ov
+
−
2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
_o refv
Modulador
Comandotriv
triv
5S 6S 7S 8S
Atenuador
+−( )C s
Compensador
Fonteindv+
−CA/CC
-
Resultados Experimentais – Fonte com THD Controlado
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv
Atenuador
Modulador
Comando
Modulador
Comandotriv
triv
5S 6S 7S 8S
Atenuador
+−( )C s
Compensador
0 5m 10m 15m 20m 25m
[ ]t s
300−
200−
100−
0
100
200
300
[ ]ov V
-
Resultados Experimentais – Forma de Onda Programável
Metodologia de Projeto e Metodologia de Projeto e Resultados ExperimentaisResultados Experimentais
1S
iv
+
−
ov
+
−2S
3S
4S
5S
6S
7S
8S
oL
oC
1T
a b
+− dsv
Loi
oi
rv
+
−
1S 2S 3S 4S
_o refv
Atenuador
Modulador
Comando
Modulador
Comandotriv
triv
5S 6S 7S 8S
Atenuador
+−( )C s
Compensador
0 2m 4m 6m 8m 10m 12m 14m 16m 18m 20m
[ ]t s
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
300−
200−
100−
0
100
200
300
0 2m 4m 6m 8m 10m 12m 14m 16m 18m 20m
[ ]ov V
[ ]refv V
-
Parte 6/6Parte 6/6
IntroduIntroduççãoão Condicionadores deCondicionadores deTensão AlternadaTensão Alternada
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de PotênciaPotência
Condicionadores de Tensão AlternadaCondicionadores de Tensão AlternadaEstudo do EstEstudo do Estáágio de gio de ControleControle
Metodologia de Projeto eMetodologia de Projeto eResultados ExperimentaisResultados Experimentais
Conclusões eConclusões eContribuiContribuiççõesões
NNíível analvel analííticotico
-
Resultados Obtidos
Conclusões e ContribuiConclusões e Contribuiççõesões
• Implementação de um protótipo de 10 kVA;
• Comprovação experimental das predições teóricas:
• metodologia de projeto;
• controle de valor instantâneo da tensão de saída;
• operação como estabilizador e filtro ativo;
• modulação PWM retangular;
• operação com filtro de entrada;
• operação com carga não-linear e entrada distorcida.• Formação de base de conhecimento sobre conversores CA-CA;
• Integração de circuitos eletrônicos e outros usos da topologia.
-
Contribuições da Tese
Conclusões e ContribuiConclusões e Contribuiççõesões
• Ampla revisão bibliográfica sobre conversão CA-CA;
• Generalização dos compensadores série;
• Introdução de conceitos e definições;
• Estudo completo de um condicionador de tensão alternada;
• Modelagem de conversores CA-CA com impedância de linha;
• Identificação de algumas técnicas de controle da tensão de saída;
• Entendimento físico do zero na função G(s);
• Modelagem da tensão de entrada distorcida;
• Modelagem da carga não-linear;
-
Contribuições da Tese
Conclusões e ContribuiConclusões e Contribuiççõesões
• Entendimento das implicações da conversão indireta com linkdireto no controle;
• Metodologia de projeto para operação com cargas não-lineares e tensão de entrada distorcida.
-
Considerações complementares
Conclusões e ContribuiConclusões e Contribuiççõesões
• Armazenamento de energia para resolver o problema da impedância negativa na entrada de conversores;
• Conversores com link direto → Estabilizadores de tensão;
• Conversores com link direto + armazenamento ou + filtro de entrada → imposição de uma referência desejada na saída;
• Para inversores isolados em baixa freqüência é necessário o controle do valor médio;
• Modelagem por valores médios instantâneos;
• Proteção do conversor com transformador na saída/entrada;
• Conversores com link otimizado podem ser uma solução.
-
Continuidade do trabalho
Conclusões e ContribuiConclusões e Contribuiççõesões
• Customização no estágio de potência;
• Aplicação de técnicas de controle moderno ao conversor;
• Uso direto do controle digital no conversor com filtro de entrada;
• Migração para condicionadores de energia, conformando a corrente de entrada;
• Uso de transformadores de alta freqüência no inversor.
“... Entre o dado empírico e o objeto teórico existe, e sempre existirá,uma distância que é impossível vencer.”
Alexandre Koyré, 1982.