Bidirecionais Completo
99 pág.

Bidirecionais Completo


DisciplinaEletrônica de Potência2.431 materiais36.037 seguidores
Pré-visualização14 páginas
0dB
Resposta em Freq 3 Niveis - |FTMAi (jw)|
Freqüência [Hz]
G
an
ho
 [d
B
]
4.5kHz
100 1 \uf02e103 1 \uf02e104 1 \uf02e105
200
150
100
FTMAi
FTMAsi
Resp. em Freq 2 N - Fase de FTMAi (jw)
Freqüência [Hz]
Fa
se
 [º
]
105\uf02d
10kHz
100 1 \uf02e103 1 \uf02e104 1 \uf02e105
200
150
100
FTMAi
FTMAsi
Resp. em Freq 3 N - Fase de FTMAi (jw)
Freqüência [Hz]
Fa
se
 [º
]
112\uf02d
4.5kHz
Dos diagramas de módulo e fase da FTMA I(s), concluí-se que o sistema de controle 
será estável em malha fechada.
Dentro da faixa de freqüência de operação, os dois compensadores apresentaram o 
mesmo comportamento.
Malha de Controle da Tensão\uf0b7
Dado o ajuste da malha de corrente, esta apresenta-se dinâmicamente desacoplada da 
de tensão. Disto, resulta que a estrutura básica de controle da tensão média de saída 
do conversor pode ser apresentada na forma da fig.5. 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
60
Figura 5 - Estrutura de controle da corrente.
Modelo por Valores Médios do Conversor Boost em CCM\uf0b7
Figura 6 - Estrutura do Conversor Boost p/ obtenção do 
modelo por valores médios.
Baseando-se no modelo para valores médios (fig. 6), pode-se obter como modelo da 
planta o seguinte:
t
Vo t( )
d
d
Vo t( )
Co Ro\uf0d7
\uf02b
Io t( )
Co
\uf03d
Efetuando a transformada de LaPlace
Vo s( )
Io s( )
HV s( )\uf03d HV s( )
Ro
Ro Co\uf0d7 s\uf0d7 1\uf02b
\uf03a\uf03d
Assim, os diagramas de módulo e fase da planta sem compensação, são:
f 0.010Hz 0.020Hz\uf02c 1kHz\uf02e\uf02e\uf03a\uf03d
0.1 1 10 100 1 \uf02e103
0
50
Resposta em Freqüência - |Hv(jw)|
Freqüência [Hz]
G
an
ho
 [d
B
]
0.1 1 10 100 1 \uf02e103100
50
0
Resposta em Freqüência - Fase de Hv(jw)
Freqüência [Hz]
Fa
se
 [º
]
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
61
Figura 7 - Estrutura do medidor de tensão.
RMs 217.8k\uf057\uf03dRMs RMi
1 GMv\uf02d
GMv
\uf0e6\uf0e7\uf0e8
\uf0f6\uf0f7\uf0f8
\uf0d7\uf03a\uf03d
RMi 2.2k\uf057\uf03a\uf03dAssim, arbitrando-se o valor para um dos resistores:
GMv 0.01\uf03a\uf03dGMv
RMi
RMi RMs\uf02b
\uf03d
A leitura da tensão de saída será feita através de um divisor resistivo, cuja estrutura está 
apresentada na fig.7, tal arranjo confere ao medidor o ganho GMV.
Ganho do medidor\uf0b7
G 0.625\uf03dG GIref GCI\uf0d7 GPk\uf0d7\uf03a\uf03d
Total:
GPk 0.389\uf03dGPk
1
2
Vinp
Vo
\uf0d7\uf03a\uf03d
Potência:
GCI 1 10
5\uf0b4\uf03dGCI
R1
RShunt
\uf03a\uf03d
Compensador de Corrente:
GIref 1.607 10
5\uf02d\uf0b4\uf03dGIref
k V\uf0d7 Vinp\uf0d7
Vin
2 A\uf0d7
\uf03a\uf03d
k iRef
Vin
2
Vinp VRef\uf0d7
\uf0d7\uf03a\uf03dVRef 4V\uf03a\uf03d
Multiplicador:
Ganhos da Malha de Controle\uf0b7
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
62
Cv 49\uf03dCv
1 \uf065o\uf02d
\uf065o GIref\uf0d7 GCI\uf0d7 Ro\uf0d7 GPk\uf0d7 GMv\uf0d7
\uf0e6\uf0e7\uf0e7\uf0e8
\uf0f6\uf0f7\uf0f7\uf0f8
\uf03a\uf03d
Ganho estático de C v(s):
Os outros elementos, podem ser obtidos da seguinte forma:
Va 100mV\uf03a\uf03dValor de pico da ondulação em 120Hz:
R6 10k\uf057\uf03a\uf03dEstimativa p/cálculo dos parâmetros:
Vref 4V\uf03a\uf03dReferência do compensador de tensão (400V):
\uf065o 0.02\uf03a\uf03dErro estático de tensão:
Definindo-se aos seguintes parâmetros do controlador:
Cálculo dos Parâmetros do Compensador
A função de transfêrencia dos dois compensadores que representam as suas dinâmicas 
em torno do ponto de operação são iguais.
Figura 8b - Estrutura do compensador simétrico de tensão.
Figura 8a - Estrutura do compensador de tensão.
Compensador de Tensão\uf0b7
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
63
Através da fase da resposta em freqüência para a FTMAV(s), observa-se que o sistema 
possui uma margem de fase positiva e de cerca de 25º. Logo, também a estrutura de 
controle de tensão será estável em malha fechada. 
0.1 1 10 100 1 \uf02e103180
135
90
45
0
Resp. em Freqüência - Fase de FTMAv (jw)
Freqüência [Hz]
Fa
se
 [º
]
165\uf02d
15Hz
0.1 1 10 100 1 \uf02e103
0
50
Resposta em Freqüência - |FTMAv (jw)|
Freqüência [Hz]
G
an
ho
 [d
B
] 15Hz
FTMAv s( ) CV s( ) G\uf0d7 HV s( )\uf0d7 GMv\uf0d7\uf03a\uf03d
Para que se possa analisar o efeito do controlador de tensão na estrutura, será traçada 
a resposta em freqüência da FTMA para esta malha. Do diagrama de blocos contido na 
fig.5.
Função de Transferência de Malha Aberta (FTMAv)\uf0b7
0.1 1 10 100 1 \uf02e103 1 \uf02e104
90
67.5
45
22.5
0
Resposta em Freqüência - Fase de Cv (jw)
Freqüência [Hz]
Fa
se
 C
v(
jw
) [
º]
0.1 1 10 100 1 \uf02e103 1 \uf02e104
0
Resposta em Freqüência - |Cv (jw)|
Freqüência [Hz]
|C
v(
jw
)| 
[d
B
]
Função de Transferência de Gv(s) f 0.1 0.2\uf02c 10000\uf02e\uf02e\uf03a\uf03d
CV s( )
R7
R6 R7 C3\uf0d7 s\uf0d7 1\uf02b\uf028 \uf029\uf0d7\uf03a\uf03d
fp 2.041Hz\uf03dfp 1
2 \uf070\uf0d7 C3\uf0d7 R7\uf0d7
\uf03a\uf03d
Freqüência obtida para o pólo:
C3 159.155nF\uf03dC3
\uf044Vo Vo\uf0d7 GMv\uf0d7
2 \uf070\uf0d7 2\uf0d7 fr\uf0d7 R6\uf0d7 Va\uf0d7
\uf03a\uf03d
R7 490K\uf057\uf03dR7 Cv R6\uf0d7\uf03a\uf03d
Componentes do compensador:
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
64
7. RESULTADOS DE SIMULAÇÃO 
 
 Nesta seção serão apresentados os resultados de simulação obtidos para o retificador 
boost bidirecional de onda completa \u2013 PFC, com modulação PWM 2 e 3 níveis. Para que se 
possa estabelecer um comparativo entre as duas formas de modulação serão traçadas as 
mesmas formas de onda para as duas situações distintas. 
 Para a visualização do comportamento dinâmico da estrutura, quando submetida a 
transitórios de carga, durante a operação dos circuitos em regime, serão aplicados degraus 
de 100% para 50% da carga nominal do retificador, no instante t = 500ms. 
 Realizou-se também a simulação da regeneração de energia, que consiste na 
transferência de energia da carga para a fonte de alimentação, sendo uma das grandes 
vantagens do retificador bidirecional. Utilizando-se de uma elevação de carga para 500V, 
deseja-se observar que a mesma malha de controle pode ser utilizada com grande eficácia 
para o fim de regeneração. 
 
7.1. MODULAÇÃO A 2 NÍVEIS 
 O diagrama contendo as malhas de controle de tensão e corrente, projetadas para o 
retificador boost bidirecional PWM 2 níveis, é apresentado na Figura 35. As simulações da 
estrutura foram realizadas utilizando-se os compensadores: assimétrico de corrente (CSI(s)) 
e simétrico de tensão (CSV(s)) propostos no texto. 
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
65
 
Figura 35 - Circuito para simulação do retificador 2 níveis. 
 
 Na Figura 36 são apresentadas a corrente e tensão de entrada do retificador. É 
possível constatar a eficácia da estrutura PFC, isto porque, a corrente de entrada assemelha-
se muito a uma sinusóide em fase com a tensão de alimentação. Assim, o que a rede de 
alimentação \u201cenxerga\u201d é uma carga equivalente a um resistor, logo uma carga com alto 
fator de potência. 
 
 
 
 
 
 
_________________________________________________________________________ 
Retificador Boost Bidirecional de Onda Completa com Alto Fator de Potência 
66
Figura 36 - Tensão e corrente de entrada. 
 A corrente de entrada, apesar de possuir uma envoltória sinusoidal, possui um 
conteúdo em alta freqüência, na forma de uma ondulação, que corresponde à freqüência de 
chaveamento da estrutura. Para que se possa avaliar a distorção harmônica causada por 
esses efeitos, foi traçado seu espectro harmônico, cujo resultado está apresentado na Figura 
37. 
 
Figura