Modulação Vetorial Aplicada ao Retificador Trifásico PWM - Ivo Barbi
Modulação Vetorial Aplicada ao Retificador Trifásico PWM - Ivo Barbi Modulação Vetorial Aplicada ao Retificador Trifásico PWM - Ivo Barbi
1Capítulo 1 - Introdução Geral1.1. IntroduçãoO desenvolvimento de circuitos retificadores trifásicos com elevado fator depotência tem merecido grande atenção por parte de engenheiros e pesquisadores da área deeletrônica de potência, visando melhoria de desempenho em características como: fator depotência, rendimento, densidade de potência, regulação da tensão de saída, esforços detensão e corrente nos semicondutores, etc.No que se refere ao fator de potência (FP), os retificadores convencionaisapresentam distorções nas correntes drenadas da rede e um reduzido fator de potência [1].Como conseqüências destas características, surgem distorções nas tensões de alimentação,aumentam as perdas nas redes de distribuição e interferências eletromagnéticas,prejudicando o funcionamento de outros equipamentos.Desta forma, estes retificadores não conseguem atingir o desempenho satisfatóriopara atender normas internacionais [2-3] que definem os limites recomendados para oconteúdo harmônico dos sinais de corrente em equipamentos eletrônicos.No caso da norma IEC 61000 3-4 que é aplicada a equipamentos com correntesmaiores que 16A, têm-se os limites das componentes individuais das harmônicas decorrente de entrada apresentados na Tabela 1-1, juntamente com o valor admissível da taxade distorção (“Total Harmonic Distortion” – THD) (1.1).THD∑ ⎛I⎞(1.1)⎝ ⎠40n40= ⎜ ⎟n=2 I1Tabela 1-1 – Limites das componentes individuais das harmônicas de corrente e THD.THD 40 I 5 /I 1 I 7 /I 1 I 11 /I 1 I 13 /I 1IEC61000 3-4 16% 14% 11% 10% 8%Por outro lado, nos retificadores com elevado fator de potência (PFC) que utilizama modulação por largura de pulso (“Pulse Width Modulation” - PWM), o comandoadequado dos interruptores nos retificadores PWM permite a obtenção de correntes deentrada praticamente senoidais e em fase com as tensões de alimentação e reduzidas taxasde distorção harmônica.
2Nesta área, podem ser citados estudos referentes ao desenvolvimento de novastopologias e métodos de comutação, estratégias de controle e modelagem e técnicas demodulação.Entre as propostas apresentadas, não existem soluções que possam ser consideradascomo um padrão a ser seguido. No que se refere às técnicas de modulação, algumasalternativas são propostas à modulação PWM convencional.Estas técnicas são direcionadas principalmente ao controle de inversores [4-8],retificadores bidirecionais [9-12] e retificadores unidirecionais de três níveis [13-18],identificando-se a necessidade de desenvolvimento ou adaptação de técnicas de modulaçãopara a aplicação em conversores CA-CC trifásicos unidirecionais de dois níveis comelevado fator de potência.Neste trabalho, serão utilizados os conceitos apresentados na teoria de potênciaativa e reativa tradicional [19-20], estes conceitos são suficientes para avaliar odesempenho dos retificadores estudados, pois se considera o sistema trifásico simétrico eequilibrado.Com isso, é possível aplicar a teoria de controle vetorial a estes retificadores everificar parâmetros como fator de potência, onde se considera principalmente ascomponentes fundamentais das correntes e tensões do sistema.Em sistemas desequilibrados, podem ser aplicados conceitos como os da teoria dapotência reativa instantânea [19-21] para a análise de sistemas em aplicações que exijam ocontrole de outras componentes que não sejam as fundamentais.1.1.1. Retificadores UnidirecionaisEm aplicações de elevada potência, como UPSs (“Uninterrupted Power Systems”) efontes de alimentação para telecomunicações, nas quais não é necessário o fluxobidirecional de potência, os retificadores unidirecionais apresentam algumas vantagenscomo a diminuição do número de interruptores, proteção natural contra curto circuito nobarramento CC e reduzido processamento de energia pelos interruptores ativos.É grande o número de topologias de conversores trifásicos PWM unidirecionaisapresentados na literatura [22-26], podendo ser identificados vários fatores quecaracterizam uma determinada estrutura como, por exemplo:
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2Nesta área, podem ser citados estudos referentes <strong>ao</strong> desenvolvimento de novastopologias e métodos de comutação, estratégias de controle e modelagem e técnicas demodulação.Entre as propostas apresentadas, não existem soluções que possam ser consideradascomo um padrão a ser seguido. No que se refere às técnicas de modulação, algumasalternativas são propostas à modulação <strong>PWM</strong> convencional.Estas técnicas são direcionadas principalmente <strong>ao</strong> controle de inversores [4-8],retificadores bidirecionais [9-12] e retificadores unidirecionais de três níveis [13-18],identificando-se a necessidade de desenvolvimento ou adaptação de técnicas de modulaçãopara a aplicação em conversores CA-CC trifásicos unidirecionais de dois níveis comelevado fator de potência.Neste trabalho, serão utilizados os conceitos apresentados na teoria de potênciaativa e reativa tradicional [19-20], estes conceitos são suficientes para avaliar odesempenho dos retificadores estudados, pois se considera o sistema trifásico simétrico eequilibrado.Com isso, é possível aplicar a teoria de controle vetorial a estes retificadores everificar parâmetros como fator de potência, onde se considera principalmente ascomponentes fundamentais das correntes e tensões do sistema.Em sistemas desequilibrados, podem ser aplicados conceitos como os da teoria dapotência reativa instantânea [19-21] para a análise de sistemas em aplicações que exijam ocontrole de outras componentes que não sejam as fundamentais.1.1.1. <strong>Retificador</strong>es UnidirecionaisEm aplicações de elevada potência, como UPSs (“Uninterrupted Power Systems”) efontes de alimentação para telecomunicações, nas quais não é necessário o fluxobidirecional de potência, os retificadores unidirecionais apresentam algumas vantagenscomo a diminuição do número de interruptores, proteção natural contra curto circuito nobarramento CC e reduzido processamento de energia pelos interruptores ativos.É grande o número de topologias de conversores trifásicos <strong>PWM</strong> unidirecionaisapresentados na literatura [22-26], podendo ser identificados vários fatores quecaracterizam uma determinada estrutura como, por exemplo:
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