CONTROLE DE UM CONVERSOR CA

Prévia do material em texto

CONTROLE DE UM CONVERSOR CA-CC TRIFÁSICO PWM DE TRÊS NÍVEIS COM FATOR DE POTÊNCIA UNITÁRIO UTILIZANDO DSP
Lista de tabelas
Tabela 1 – Exigência dos conversores.............................................................6
Tabela 2 – Características de DSP.................................................................6
Tabela 3 – Escolha do DSP feita por aplicação...................................................7
Lista de figuras
Figura 1 – Retificado trifásico de três níveis.......................................................4
Figura 2 – retificador monofásico.........................................................................5
Figura 3 – Retificador trifásico........................................................................5
Figura 4 – ADMC401...................................................................................8
Figura 5 – ADMC331....................................................................................8
Figura 6 – Diagrama de blocos do controle do conversor................................9
Figura 4 – Diagrama de blocos do sistema de controle do retificador...............10
As normas vigentes que nos remetem a fontes de telecomunicações estabelecem um fator de potência próximo de um, além de baixo harmônicos na rede. A partir do momento em que a potência das fontes possuírem valores extremamentes altos torna-se necessário a aplicação de topologias trifásicas, como por exemplo:
- Ponte trifásica com capacitor de saída e filtro de entrada indutivo;
- Ponte trifásica com filtro LC de saída;
- Ponte trifásica com interruptores auxiliares conectados ao neutro;
- Ponte trifásica com conversor boost e indutor no lado cc;
- Ponte trifásica com conversor boost e indutor no lado ca;
- Ponte trifásica com interruptores conectados ao ponto médio dos capacitores.
Quando se aplica essas topologias trifásicas o operador faz a utilização do controle digital via microprocessadores no comando e controle de sistemas, trazendo maior flexibilidade na implementação do controlador dinâmico na malha de realimentação; capacidade de decisão lógica e de armazenamento de dados; maior facilidade na implementação de algoritmo de controle complexos; menor custo e maior confiabilidade no controle de processos que envolvam a implementação de várias malhas de um processo complexo e maior imunidade a ruídos.
A topologia a ser aplicada é a de um retificador PWM trifásico de três níveis, com ponto médio na tensão de saída, que o qualificam para aplicações como estágios de entrada em fontes para telecomunicações para potência de 6 kW e 12 kW, umas de suas principais características é a forma simples apresentada na topologia do retificador e do controle apresentando um interruptor por fase, além da baixa distorção harmônica da corrente de entrada devido aos três níveis de tensão.
Figura 1 – Retificado trifásico de três níveis
Este retificador escolhido possui semelhanças em sua composição ao retificador monofásico a partir do momento que é feita a conexão estrela, na verdade, a composição do retificador trifásico é de três retificadores monofásicos.
Figura 2 – retificador monofásico
Figura 3 – Retificador trifásico
O DSP (Digital Signal Processor – Processador Digital de Sinais) é um microprocessador, que tem a função de tratar, manipular e operar os dados, sendo ele um componente especializado em processamento numérico. 
Dentre os tipos de microprocessadores o DSP é tido como um dispositivo de maior velocidade de processamento e mais eficiente. Hoje se encontra no mercado várias empresas que fabricam este dispositivo, mas em sua formula geral, eles possuem a mesma arquitetura básica.
Neste trabalho será apresentado três tipos de DSP, de duas famílias diferentes: AnalogDevices e Texas Intruments. 
Critério de escolha do DSP
Primeiramente é necessária uma análise geral de operação e funcionamento da topologia a ser utilizada, determinando os requisitos que o DSP deve possuir. Como por exemplo:
- Número de interruptores a serem comandados;
- Frequência de operação do conversor;
- Tipos de modulação a ser empregada no comando dos interruptores;
- Circuitos de condicionamento de sinais;
- Principais sinais a serem monitorados pelo DSP;
- Pré-análise dos algoritmos a serem utilizados no controle.
A tabela 1 mostra os tipos de aplicação de um DSP expondo suas características, já a tabela 2 faz uma relação das principais informações dos periféricos associados aos DSP’s mais utilizados em controle dos conversores estáticos.
Tabela 1 – Exigência dos conversores
Tabela 2 – Características dos DSPs
Analisando os critérios estabelecidos nas tabelas acima chegamos a uma conclusão dos DSP que serão utilizados, conforme mostra a tabela abaixo.
Tabela 3 – Escolha do DSP feita por aplicação
→DSP ADMC401
É um controlador DSP de um ship utilizado em aplicações que envolvam controle, acionamento de motores elétricos e em eletrônica de potência, projetos aplicados ao controle digital de conversores estáticos.
Ele é da família AnalogDevices, possui um núcleo que opera em 26 MIPS, com duas portas seriais síncronas bidirecionais, além de memória RAM interna, uma memória ROM.
Possui sistema de conversão analógico-digital rápido e preciso, possibilitando a conversão de tensões, correntes e outros sinais que envolvem o processamento digital de sinal.
Figura 4 – ADMC401
→ DSP ADMC331
Também pertence à família Analog Devices, possuindo basicamente as mesmas especificações que o DSP ADMC 401, sendo utilizado em projetos para correção de fator de potência, acionamento e controle de conversores, com 16 bits e 26 MIPS sabendo que em seu núcleo há um ADSP-2171.
Figura 5 – ADMC331
→ DSP TMS320LF2407
É o novo componente da geração de DSP da família Texas Instruments, possui baixo custo, baixo consumo de energia e alta performance na capacidade de processamento, alto nível de integração periferia com memória flash. Conta com desempenho de 30/40 MIPS, oito canais digitais de 16 bits, três unidades de captura.
Técnica de Controle Digital do Retificador Monofásico
Nesta etapa é realizado um monitoramento da corrente de entrada do conversor em forma senoidal com o menor erro possível, em alta frequência, obtendo um alto fator de potência e equilíbrio da tensão de saída.
A figura abaixo mostra o diagrama básico da estratégia de controle a ser utilizada no comando do retificador, o diagrama possui duas malhas de controle, sendo uma interna de corrente outra externa de tensão, tendo como resultado uma tensão de saída equilibrada e regulada.
Figura 6 – Diagrama de blocos do controle do conversor
Cv – bloco responsável pela regulação da tensão de saída do conversor.
Ci – Este é o controlador de corrente.
I ref. – É comparada com uma amostra da corrente no indutor.
Realizando a implementação de um conversor de 1 kW controlado através do controlador DSP ADMC 331, entende-se que algumas variáveis são monitoradas e tratadas pelo DSP, obtendo uma ação de controle adequada ao comando dos interruptores do retificador. 
A programação dos periféricos presentes no controle do conversor, sistema ADC e o controlador PWM é realizada com linguagem própria desenvolvida pelo fabricante do DSP. 
Técnica de Controle Digital do Retificador Trifásico de Três Níveis
Utilizando a técnica aplicada no controle do retificador trifásico e baseando na técnica de controle empregada no retificador monofásico, será utilizada a técnica de controle por valores médios instantâneos da corrente de entrada. 
A tensão de saída do retificador deve ser mantida regulada em uma tensão pré-estabelecida em projeto, fazendo-se necessária a inclusão de uma malha de controle da tensão total de saída, com a intenção de extrair ou injetar uma corrente média no ponto central do barramento CC equilibrando as tensões e saída sem alterar a formato senoidal da correntede entrada do conversor.
Se houver variações na rede de alimentação ou na carga, a manutenção da tensão total de saída será garantida pelo controlador de tensão do barramento CC. Utilizam-se os mesmos procedimentos adotados no projeto da malha de corrente para projetar-se a malha de tensão.
Figura 4 – Diagrama de blocos do sistema de controle do retificador
Utilizando esta última técnica foi implementado um conversor de 3 kW controlado digitalmente. É necessário monitorar 8 variáveis que relacionam as grandezas elétricas de tensões e correntes do retificador, o que embasa a implementação da estratégia de controle descrita nessa mesma seção. Com a aquisição dessas variáveis, o DSP calcula os algoritmos de controle e gera os sinais PWM, necessários à obtenção de um retificador trifásico com elevado fator de potência e tensão total de saída regulada, sem comprometimento do equilíbrio das tensões em cada um dos capacitores de saída.