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RESULTADOS EXPERIMENTAIS

7.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Uma vez executada a simulação e obtidos os resultados para análise, montou-se um protótipo experimental em laboratório, com o objetivo de reproduzir as condições de funcionamento desejadas e, assim, comprovar os princípios teóricos estabelecidos para a operação da fonte chaveada proposta.

7.2 - RESULTADOS EXPERIMENTAIS

Os resultados obtidos em regime permanente são mostrados nas Figura 7.1 à Figura 7.10, e estão arranjados em dois grupos de três etapas cada: no primeiro grupo os resultados são para o inversor alimentando a carga sem estar conectado a rede de distribuição; no segundo temos o inversor conectado a carga e a rede CA; onde é exposto para cada grupo o caso 1, para um índice de insolação suficiente para que os painéis forneçam 111,607W/m2, correspondendo ao ponto de potência máxima; caso 2, para um índice de insolação de 70% do ponto de potência máxima e caso 3 para representar a resposta transitória do sistema analisado, levando em consideração um degrau de variação no índice de insolação ou a corrente associada ao sistema fotovoltaico. Ao final é incluído um grupo 3 e 4 com informações sobre o espectro harmônico de tensão e corrente de saída e, aquisição dos sinais de realimentação e chaveamento do inversor.

Grupo 1 – Inversor conectado somente a carga.

Caso 1: Regime permanente com índice de insolação suficiente para que os painéis forneçam 111,607W/m2.

Na Figura 7.1 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor. O fator de potência do inversor é aproximadamente unitário.

Figura 7.1 – Tensão e corrente de saída do inversor para o ponto de máxima potência..

No caso 1, o sistema fotovoltaico está operando com índice de insolação máxima, com 140W de potência gerada pelos painéis. O sistema fotovoltaico está suprindo uma corrente eficaz de 99,3mA à carga através do inversor na tensão eficaz de 137,5V, como mostrado na Figura 7.1. Assim, estes painéis conectados em série alimentam uma carga de 250Ω.

Caso 2: Regime permanente com índice de insolação para 70% de 111,607W/m2. Na Figura 7.2 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor a 70% do ponto de máxima potência.

Figura 7.2 – Tensão e corrente de saída do inversor a 70% do ponto de máxima potência.

No caso 2, o sistema fotovoltaico está suprindo uma corrente eficaz de 877,2mA para a carga, através do inversor, para uma tensão eficaz de 109,7V, como mostrado na Figura 7.2.

Caso 3: Resposta transitória devido a uma mudança no índice de insolação.

Na Figura 7.3 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor sob uma resposta transitória.

Figura 7.3 – Tensão e corrente de saída do inversor sob uma resposta transitória.

Conforme mostrado na Figura 7.3, a corrente fornecida pelo sistema fotovoltaico ao barramento CC do inversor sofreu uma considerável alteração, de 1,2A para 0,3A, devido à mudança no índice de insolação sobre os painéis fotovoltaicos.

a) b)

Figura 7.4 – Tensão e corrente de entrada do inversor sob uma resposta transitória.

É observado na Figura 7.4(a) que a tensão no barramento CC do inversor sofreu uma leve oscilação quando o índice de insolação variou, e então retornou para faixa próxima de

118V, que é a tensão de operação para o ponto de potência máxima. Na Figura 7.4(b), é apresentado o comportamento da corrente de entrada com um desbalanço entre um semiciclo e outro, isto ocorre, pois o sinal amostrado da rede CA apresenta um offset, um deslocamento do sinal de tensão, que é verificado no próprio osciloscópio.

Grupo 2 – Inversor conectado a carga e a rede de distribuição.

Caso 1: Regime permanente com índice de insolação suficiente para que os painéis forneçam 111,607W/m2.

Na Figura 7.5 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor conectado a carga e a rede CA.

Figura 7.5 – Tensão e corrente de saída do inversor conectado a rede CA.

No caso 1, o sistema fotovoltaico está operando com índice de insolação máximo. O sistema fotovoltaico está suprindo uma corrente eficaz de 1,021A à carga através do inversor, para uma tensão eficaz de 67,37V, como mostrado na Figura 7.5. É observado também que a rede elétrica está recebendo uma corrente de 481,8mA do inversor. Assim, estes painéis conectados em série alimentam uma carga de 250Ω com uma corrente eficaz de 1,021A e própria rede de distribuição com uma corrente de 481,8mA.

Caso 2: Regime permanente com índice de insolação para 70% de 111,607W/m2. Na Figura 7.7 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor conectado a rede CA a 70% do ponto de máxima potência.

Figura 7.7 – Tensão e corrente de saída do inversor conectado a rede CA a 70% do ponto de máxima potência.

No caso 2, o sistema fotovoltaico está suprindo uma corrente eficaz de 954,5mA para a carga, através do inversor, para uma tensão eficaz de 53,94V, como mostrado na Figura 7.7. Na Figura 7.8, está o sinal de tensão do primário do transformador e a corrente que circula pelo resistor série colocado entre inversor e o transformador de baixa freqüência.

Caso 3: Resposta transitória devido a uma mudança no índice de insolação.

Na Figura 7.9 são apresentados os sinais de corrente e tensão de saída do inversor conectado a rede CA sob uma resposta transitória.

Figura 7.9 – Tensão e corrente de saída do inversor conectado a rede CA sob uma resposta transitória.

Conforme mostrado na Figura 7.9, a corrente fornecida pelo sistema fotovoltaico ao barramento CC do inversor sofreu uma considerável alteração, de 1,2A para 0,3A, devido à mudança no índice de insolação sobre os painéis fotovoltaicos.

a) b)

Figura 7.10 – Tensão e corrente de entrada do inversor conectado a rede CA sob uma resposta transitória.

É observado na Figura 7.10(a) que a tensão no barramento CC do inversor sofreu uma leve oscilação quando o índice de insolação variou, e então retornou para faixa próxima de 118V, que é a tensão de operação para o ponto de potência máxima. Na Figura 7.10(b), é apresentado o comportamento da corrente de entrada com um desbalanço entre um semiciclo

e outro, isto ocorre, pois o sinal amostrado da rede CA apresenta um offset, um deslocamento do sinal de tensão, que é verificado no próprio osciloscópio

Grupo 3 – Espectro harmônico da tensão e corrente de saída no ponto de máxima potência.

A Tabela 7.1 apresenta o espectro harmônico da tensão e da corrente obtido no inversor flyback em estudo. Os resultados experimentais são para um índice de insolação máximo sobre condições de máxima potência.

Tabela 7.1 – Espectro harmônico da tensão e corrente de saída em porcentagem da componente fundamental.

Como pode ser visto na Tabela 7.1, o fator de potência se aproxima do unitário, mas pelas características de saída do inversor, o sinal gerado apresenta um atraso, um ângulo de defasagem negativo associado à potência reativa entregue.

A Figura 7.11, ilustra o espectro harmônico da corrente de saída do inversor em porcentagem da fundamental. São considerados apenas os treze harmônicos do sinal e observando a os resultados, percebe-se que o segundo e o terceiro harmônico são os mais significativos no sinal de corrente. Os demais ficam abaixo dos 2,7% da fundamental.

Figura 7.11 – Espectro harmônico da corrente de saída em porcentagem da componente fundamental.

A Figura 7.12, ilustra o espectro harmônico da tensão de saída do inversor em porcentagem da fundamental. São considerados também apenas os treze harmônicos do sinal e observando a os resultados, percebe-se que o terceiro harmônico é o mais significativo no sinal de tensão.

Grupo 4 – Aquisição de sinais de realimentação e chaveamento.

Na Figura 7.13 é apresentado o sinal de corrente que é amostrado com o sensor de corrente no indutor de filtro de saída L5 e a tensão de controle processada pelo dispositivo

FPGA e enviado aos transistores S1 e S2. Este sinal de realimentação demonstra a capacidade

que o inversor tem de gerar um sinal próximo ao sinal de referência senoidal amostrado da rede CA.

Figura 7.13 – Sinal de corrente retificado do indutor de filtro de saída L5 e tensão de gatilho enviado aos

transistores S1 e S2.

7.3 - CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste capítulo foram apresentados os resultados experimentais obtidos do protótipo para duas situações em que o inversor é conectado a apenas a carga e para condição que é ligado a carga e rede de distribuição.

Para o inversor conectado somente a carga, os resultados apresentam baixa distorção do sinal de tensão e corrente gerada pelo inversor e valor compatível de tensão a rede CA. Porém conectado a rede, os sinais sofreram significativa distorção.

A ligação entre inversor e a rede CA teve quer feita com a utilização de um varivolt e um resistor série variável (reostato) para limitar o nível de corrente que estava circulando no secundário do transformador. Isto se deveu a componente DC de corrente resultante do desequilíbrio, ou seja, um offset do sinal de tensão da rede CA.

CAPÍTULO 8