Nesta seção serão apresentados os critérios de projeto do controlador proporcional- integral utilizado na estrutura do PLL, assim como os respectivos resultados de simulação computacional obtidos de modo a comprovar do algoritmo utilizado.
Conforme descrito anteriormente, o controlador proporcional-integral é responsável por gerar um OFFSET na onda dente-de-serra de modo a alterar a defasagem da senóide de saída no sentido de atracá-la em fase com a tensão de alimentação. A eq 4.1 apresenta a função de transferência da saída com relação à entrada do PI.
𝑃𝐼(𝑠) = 𝐾 (𝑠. 𝑇 + 1)𝑠. 𝑇 eq ( 4.1 )
Os parâmetros de controle do PI são o ganho (K) e a constante de tempo (T). Fixando o ganho K = 1, pode-se alterar a resposta dinâmica do PI através da constante de tempo (T). Quanto menor seu valor, mais rápida será a resposta do PI. Ressalte-se que a velocidade está relacionada ao tempo de atracamento. Portanto, a metodologia de projeto do PI foi baseada na fixação do valor do ganho K, da variação da constante de tempo T e a verificação acerca da eficiência da resposta da referida malha de controle no que tange a geraração de um sinal em fase com a componente fundamental da tensão de entrada. Para validação da teoria exposta, utilizou-se o programa PSIM®.
A Figura 4.14 apresenta o circuito utilizado para extração do valor do fator de potência do sinal de saída do PLL (Vsen) e a componente fundamental do sinal de teste
(1sen(wt)) em função da constante de tempo T.
O fator de potência entre a componente fundamental da massa de teste e a saída do PLL será utilizado como indicativo da defasagem entre esses sinais. Um fator de potência unitário significa que esses sinais estão em fase. Valores diferentes da unidade indicam uma defasagem entre a componente fundamental e a saída do PLL.
Capítulo 4 – Estratégias de Controle
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Figura 4. 14 - Circuito para extração do fator de potência dos sinais de entrada e saída do PLL
Fonte: LIMA, 2015
No circuito ilustrado na Figura 4.14 o bloco “Param Sweep” é responsável por variar a constante de tempo T deste o valor 0,002 a 0,008. A constante de tempo T é um parâmetro do bloco “PI”. O circuito em destaque é responsável por calcular o fator de potência entre a componente fundamental da massa de teste (1sen(wt)) e o sinal de saída do PLL (Vsen) através do bloco “VA/PF”.
Figura 4. 15 - Sinal de entrada (f(t)), sua componente fundamental (1sen(wt)) e sinal de saída do PLL (Vsen) em regime permanente utilizando um PI com K = 1 e T = 0,005
Capítulo 4 – Estratégias de Controle
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Figura 4. 16 - Transformada de Fourier da massa de teste (f(t)) e do sinal de saída do PLL (Vsen)
Fonte: Dados do próprio autor
Percebe-se que apesar do sinal de entrada do PLL possuir elevadas componentes harmônicas, seu sinal de saída possui forma de onda senoidal e está atracado em fase com a componente fundamental do sinal de entrada, comprovando assim a eficácia do modelo utilizado.
Para verificação da eficiência na geração de uma referência senoidal com estes parâmetros de PI (K=1 e T = 0,005) analisou-se a resposta do PLL para o sinal de entrada. A Figura 4.15 ilustra a forma de onda sinal de saída do PLL (Vsen) comparado com sinal
de entrada (f(t)), sua respectiva componente fundamental (1sen(wt)), assim como a Figura 4.16 demostra seu espectro em frequência.
Capítulo 4 – Estratégias de Controle
115
4.6
Conclusão
Neste capítulo foram apresentados os detalhes referentes a estratégia de controle do cicloconversor e dos conversores compensadores, assim como o princípio de funcionamento e critério de projeto do PLL, indispensável para a operação da estrutura na pratica.
É demonstrado que a forma de onda do cicloconversor pode ser formada atraves de um código de controle que envia pulsos discretos periodicamente com o intuito de gerar uma onda com frequencia fixa, ou pode-se utilizar um código que dispara os tiristores de forma apropriada dependendo da frequencia da tensão de referencia desejada. Já os conversores compensadores possuem técnicas de controle simples e eficazes empregando, para isto, eletrônica analógica. São demostrados as variáveis necessarias ao controle e o modo com que elas são comparadas para formar os pulsos de acionamento das chaves. Com isso, o capítulo é capaz de fornecer todo o conhecimento nescessario para o entendimento das estratégias de controle desenvolvidas para o funcionamento dos arranjos topológicos propostos.
Capítulo 5 – Resultados de Simulação
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Capítulo 5
Resultados de Simulação
5.1 Considerações Iniciais
A simulação das topologias estudadas foi realizada a partir do software OrCAD®, versão 10.3, onde pretendeu-se verificar o comportamento dinâmico dos conversores, além de obter dados pertinentes à especificação dos elementos ativos e passivos do circuito. O software PSIM® também foi utilizado para testar e validar o PLL utilizado para gerar a forma de onda senoidal, sincronizada com a tensão do cicloconversor, tão importante para este trabalho.
A simulação computacional envolve os resultados de duas conjunturas distintas: (1) Cicloconversor híbrido monofásico utilizando como compensador o inversor Buck EIE, e (2) Cicloconversor híbrido monofásico utilizando como compensador dois conversores Buck EI.
Situações específicas e relevantes para a compreensão da operação da plataforma proposta também são descritas e avaliadas em detalhes. Com o objetivo de melhorar o entendimento da operação dos conversores estudados, são apresentadas algumas formas de onda obtidas através de um modelo de simulação. Para tanto, foi utilizado na simulação modelos dos componentes eletrônicos utilizados na montagem de forma a aproximar a simulação da realidade prática.
Serão apresentados três casos de simulação distintos. Sendo o primeiro caso a plataforma do cicloconversor com entradas trifásicas e saída monofásica de seis pulsos com comutação natural utilizando o inversor Buck EIE como compensador; no segundo caso a mesma plataforma do cicloconversor com entradas trifásicas e saída monofásica de seis pulsos utilizando o inversor Buck EIE, porém, com uma diferença nos tempos de disparo dos tiristores, na qual é denominada comutação otimizada; e no terceiro e último caso a plataforma do cicloconversor com entradas trifásicas e saída monofásica de seis pulsos com comutação natural utilizando dois conversores Buck. Em todos os três casos
Capítulo 5 – Resultados de Simulação
117 será a ele imposta uma referência senoidal de 22,5 Hz e serão avaliadas formas de onda de tensão, corrente, índice de distorção harmônica total de tensão de saída e contribuição de potência do compensador série. Formas de onda que permitam uma maior compreensão da estratégia de controle adotada também serão consideradas.
Vale ressaltar que os circuitos aqui simulados operam conforme descrito no desenvolvimento deste trabalho e utilizam as mesmas estratégias de controle apresentadas.