2012.2 - Estabilizador de Tensão Alternada

Universidade Federal do Ceará
PET Engenharia Elétrica
Fortaleza – CE, Brasil, Abril, 2013
Universidade Federal do Ceará
Departamento de Engenharia Elétrica
PET – Engenharia Elétrica UFC
Estabilizador de Tensão Alternada
Autores: René Pastor Torrico Bascopé, Dr.; Igor de Souza Gonçalves;
Lucas Cordeiro Herculano; Ricardo Antônio de Oliveira Sousa Junior; Túlio
Naamã Guimarães Oliveira
Sumário
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Motivação do trabalho
Tipos de estabilizadores
Estabilizador adotado
Controle aplicado
Circuito de Potência para Montagem
Circuito de Controle para Montagem
Resultados de simulação
Conclusões
1. Motivação do trabalho
- A energia que alimenta máquinas e circuitos elétricos normalmente sofre interferência na
forma de onda dos seus sinais elétricos. Dentre as falhas na rede elétrica que ocasionam isso,
pode-se citar: subtensão, sobretensão, picos de tensão, harmônicos;
Figura 1 – Modelos de estabilizador
Figura 2 – Sinal estabilizado
2. Tipos de estabilizadores
Figura 3 – Estabilizador a reator saturável
Figura 5 – Estabilizador com mudança
de derivações de transformadores
Figura 4 – Estabilizador a impedância variável
2. Tipos de estabilizadores
Figura 3 – Estabilizador a reator saturável
VANTAGENS:
- Erro estático da ordem de 0,1%;
- Baixo conteúdo harmônico
- Robustez.
2. Tipos de estabilizadores
Figura 4 – Estabilizador a impedância variável
VANTAGENS:
DESVANTAGEM:
- Baixa THD;
- Baixo erro estático;
- Rápida resposta dinâmica.
- Complexo circuito de controle exigindo grande
sincronismo nos interruptores.
2. Tipos de estabilizadores
Figura 5 – Estabilizador com mudança de derivações de transformadores
DESVANTAGEM:
- O erro estático não é nulo em regime permanente o que acarretaria em
um elevado custo para aumentar o número de derivações.
2. Tipos de estabilizadores
Figura 6 – Estabilizador usando sequência de transistores
VANTAGENS:
DESVANTAGENS
- THD praticamente nula;
- Funciona como abaixador e elevador de tensão.
-
Alto custo;
Baixo rendimento.
3. Estabilizador adotado
Figura 7 – Estabilizador do tipo compensador de tensão
VANTAGENS:
- Boa resposta dinâmica;
- Baixo THD;
- Baixo erro estático.
4. Controle Aplicado
Função de transferência
Figura 8 – Controlador Proporcional-Integral-Derivativo
VANTAGENS
Combina as vantagens dos controladores PI e PD:
- PI: precisão do sistema, erro nulo em regime permanente;
- PD: Aumenta a estabilidade relativa do sistema e torna a resposta mais rápida.
5. Circuito de Potência para Montagem
CIRCUITO DE POTÊNCIA
Figura 9 – Circuito de potência para montagem
6. Circuito de Controle para Montagem
CIRCUITO DE CONTROLE
Figura 10 – Circuito de controle para montagem
7. Resultados de simulação
Especificações de Projeto
Tensão de entrada
Vin(rms) = 220 V
Potência
S = 1 KVA
Frequência da rede
F = 60 Hz
Figura 11 – Forma de onda da tensão de entrada com -20% do valor ideal
Frequência de comutação
Fs = 20 KHz
Tensão de saída
Vout(rms) = 220 V
Relação de transformação
a = 0,8 / 0,5
Figura 12 – Forma de onda da tensão e saída; Verde – Saída;
Azul – Saída não controlada; Vermelha – Saída controlada
7. Resultados de simulação
Figura 13 – Forma de onda da tensão de entrada com +20% do valor ideal
Figura 14 – Forma de onda da tensão e saída; Verde – Saída;
Azul – Saída não controlada; Vermelha – Saída controlada
Figura 15 – Forma de onda da corrente de entrada
Figura 16 – Forma de onda da corrente de saída
7. Resultados de simulação
Figura 17 – Forma de onda da tensão na chave, dois ciclos de f = 60 Hz
Figura 18 – Forma de onda da tensão na chave, ciclos de f = 20 kHz
7. Resultados de simulação
Figura 19 – Forma de onda da corrente na chave, dois ciclos de f = 60 Hz
Figura 20 – Forma de onda da corrente na chave, ciclos de f = 20 kHz
7. Resultados de simulação
Figura 21 – Forma de onda da tensão no diodo
Figura 22 – Forma de onda da corrente no diodo
8. Conclusões
• O objetivo da pesquisa foi conhecer o princípio de funcionamento de um
estabilizador, os tipos mais utilizados comercialmente e projetar um estabilizador
de baixo custo e alto rendimento.
• Para o controle da malha de tensão, foi implementado um controlador PID, pois o
mesmo abrange as vantagens dos controladores PI e PD.
• Após a análise dos resultados simulados, percebe-se que o projeto é viável, tendo
como próxima fase a implementação experimental do sistema.
• Para o acionamento das chaves serão utilizados os circuitos drivers do projeto
“Circuitos de comando para MOSFETs e IGBTs de potência”.
Obrigado pela Atenção.
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