C ONCLUSÕES

Um estudo aprofundado sobre o comportamento de filtros LCL associados a retificadores PWM foi apresentado e a relação entre a operação do controle de corrente em tempo discreto e o desempenho dinâmico do filtro foi avaliada, em especial o impacto da frequência de amostragem sobre seu amortecimento. Os conversores regenerativos foram descritos em termos de seu funcionamento básico, suas estratégias de controle, suas principais aplicações e vantagens, enfatizando-se a necessidade do uso de filtros na conexão à rede elétrica a fim de reduzir a emissão de correntes com alto conteúdo harmônico e garantir o cumprimento de recomendações internacionais de qualidade de energia.

O argumento frequentemente utilizado em prol dos métodos de amortecimento ativo, a redução das perdas no filtro, foi questionado tendo-se em vista que o aumento geralmente necessário na frequência de amostragem e de chaveamento acarreta em maiores perdas nos dispositivos semicondutores e no indutor de saída do conversor, por efeito pelicular e histerese. Considerando-se ainda a maior complexidade e maior custo, associado ao maior número de sensores, ficou estabelecido que há interesse em se estudar formas de reduzir o nível de amortecimento dissipativo necessário para se garantir a estabilidade do filtro, de forma que se possa empregar a técnica mais simples e barata.

Baseando-se em relatos de diversos autores a respeito da interdependência entre a frequência de amostragem empregada no controle discreto do retificador PWM e a estabilidade do sistema, optou-se por investigar este efeito, aqui denominado amortecimento discreto. Embora os trabalhos consultados tenham apresentado justificativas para a observação desse fenômeno a efeitos não modelados como as perdas por histerese nos indutores, resultados semelhantes foram verificados em modelos de simulação com

componentes ideais, sugerindo que uma análise quantitativa deveria ser feita.

Desta forma, foram elaborados diversos modelos para justificar e determinar a origem do amortecimento discreto. A discretização da representação em espaço de estados do filtro através do cálculo da exponencial da matriz permitiu observar porque o amortecimento permanece constante em malha fechada devido à simetria da matriz, apesar de cada termo da matriz de parâmetros variar individualmente em função do intervalo de amostragem. Desta forma, foi possível verificar como a introdução do ganho proporcional do controlador de corrente em malha fechada leva ao desbalanceamento da matriz, provocando na mesma alterações semelhantes àquelas devidas à introdução um resistor em série como indutor de saída do conversor. O modelo discreto obtido utilizando-se a aproximação hold equivalent demonstrou que para valores relativamente reduzidos de tempos de amostragem, o ganho em malha fechada não só faz papel semelhante ao de um resistor, como também seu valor absoluto fica escalonado por T, demonstrando a influência deste parâmetro sobre o amortecimento adicional introduzido.

Ao se compararem os modelos até então obtidos aos resultados de simulação observou-se que considerar os tempos de atraso, tanto do processamento quanto do modulador PWM, ambos inerentes ao funcionamento do retificador, alterava significativamente os resultados obtidos, ficando estabelecida uma limitação na utilização dos modelos até então empregados. Estabeleceu-se também que os efeitos observados são fortemente influenciados pela forma como o ganho proporcional do controlador de corrente é calculado, tendo sido definida uma relação qualitativa entre os modelos em que os atrasos são desprezados e os modelos em que eles não são desprezados. Por fim, foi estipulado para qual valor de intervalo de amostragem ocorre o máximo amortecimento, em relação aos parâmetros do filtro, muito embora não tenha sido possível determinar de forma exata qual o máximo fator de amortecimento possível de se alcançar ou calcular a parcela devida ao

amortecimento discreto, em distinção à parcela devida ao resistor.

Buscou-se a comprovação prática dos resultados teóricos e numéricos obtidos, o que não se concretizou devido a inúmeras dificuldades técnicas encontradas, sendo as principais delas: a utilização de um conversor regenerativo que não permitia o ajuste da frequência de amostragem, apenas da frequência de chaveamento; pouca variedade de valores de componentes para a montagem do filtro, deixando pouca margem para se variar parâmetros como a frequência de ressonância e o resistor de amortecimento e a indisponibilidade de uma fonte de alimentação com possibilidade de injeção de componentes harmônicas. Desta forma optou-se pela implementação de um modelo de simulação mais detalhado e procedeu-se ao estudo da estabilidade do sistema no domínio do tempo. Nestas simulações se confirmaram as observações feitas anteriormente, mas com algumas ressalvas, como a necessidade de valores ligeiramente maiores de resistores para garantir a estabilidade e o fato de algumas frequências de amostragem relativamente próximas à frequência ótima ou desejada tornarem o sistema mais susceptível a ressonâncias do que o esperado. Outra informação importante obtida a partir destas simulações foi em relação ao impacto negativo que a seleção do instante de amostragem pode ter sobre a distorção harmônica total das correntes controladas.

Por fim, o projeto de um filtro LCL foi desenvolvido a partir da definição do intervalo de amostragem que proporcionasse o máximo amortecimento para uma faixa de passagem selecionada, tendo sido desenvolvidos alguns critérios com base nessa premissa. O método proposto foi testado via simulação do filtro projetado e a comparação de seu desempenho ao do filtro utilizado na montagem experimental, tendo sido alcançado um fator de amortecimento superior.

O estudo apresentado mostra que a forma tradicional de se tratar o problema do projeto de filtros LCL além de desconsiderar o efeito do controle em tempo discreto sobre a estabilidade do sistema é baseada em regras práticas, que em geral são vagas e não

contribuem para tornar este um tópico determinístico. Não há consenso sobre a distribuição da indutância total, uma restrição forte sobre o valor da capacitância a ser utilizada ou ainda um algoritmo de projeto estrito para os resistores de amortecimento, nos casos em que estes são empregados. A própria operação em malha fechada é negligenciada, sendo que muitas vezes a necessidade de se utilizar um filtro de terceira ordem, bem como seu projeto, é identificada posteriormente à implementação do conversor, uma vez que as características da rede à qual este conversor é conectado acabam interferindo muito no resultado final. Neste cenário, o tratamento da ressonância do filtro é relegado ao empirismo, levando a um comprometimento do desempenho do sistema, especialmente em relação à eficiência energética. A proposta de minimizar a dissipação de potência empregando técnicas ativas nem sempre é alcançada, pois valores pequenos de resistência frequentemente se mostram imprescindíveis para garantir-se o nível desejado de amortecimento, além da potencial elevação de perdas nos dispositivos estáticos.

Tendo em vista a dificuldade em se determinar um procedimento adequado para a seleção desses componentes, conclui-se que há vantagens em se realizar de forma concomitante o projeto do controlador de corrente do retificador ativo e do filtro de conexão à rede de energia, do ponto de vista da otimização da eficiência global do sistema. A redução da frequência de chaveamento e amostragem tem impacto negativo sobre a faixa de passagem do controlador e sobre a amplitude das componentes harmônicas a serem filtradas, além de promover maior distorção na corrente controlada, que pode ser transmitida à corrente real e provocar o não cumprimento dos requisitos de qualidade da energia. Deve-se avaliar de forma criteriosa os ganhos que serão obtidos com a redução das perdas nos resistores, componentes magnéticos e dispositivos semicondutores e contrapô-los aos efeitos negativos sobre o desempenho dinâmico e em regime permanente. Contudo, sabendo-se que a redução da frequência de amostragem, dentro de certos limites, não agrega nenhum custo ao equipamento

e efetivamente promove maior estabilidade, considera-se que a utilização destes critérios de projeto é vantajosa e deve ser explorada.