Carga linear com comportamento indutivo

O primeiro teste realizado mostra como o sistema se comporta diante de uma carga linear com comportamento indutivo. O propósito deste teste é mostrar que o inversor é capaz de fornecer potência reativa e “trazer” a corrente do PAC à fase com a tensão.

A referência de corrente na rede utiliza apenas a componente fundamental, como visto na figura 4-9, razão pela qual ela é praticamente senoidal.





K

Hz

PR 60_

Figura 4-9 – Bloco de controle da tensão e a saída para a referência de corrente.

A figura 4-10 mostra situação anterior à operação do inversor. A corrente na rede está atrasada da tensão assim como a corrente de carga, com valor de pico próximo de 10,0A. A carga que está conectada ao PAC é composta de um motor de indução e um banco de resistores de 75Ω. A diferença entre as correntes se deve à presença dos capacitores de filtro.

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A corrente da rede é menor e com menor atraso porque os capacitores fornecem parte da potência reativa absorvida pelo motor.

Figura 4-10 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente da carga, antes da operação do inversor.

A figura 4-11 mostra a situação, em regime permanente, com o inversor já operando. É notório que a tensão e a corrente da rede estão em fase. A corrente gerada pelo inversor, adiantada, compensa a defasagem e faz com que o sistema trabalhe com fator de deslocamento unitário.

A figura 4-12 mostra a mesma situação, também em regime permanente, com a corrente e a tensão da rede em fase e a corrente da carga atrasada.

A figura 4-13 mostra a FFT da tensão no PAC, quando o inversor está atuando. Aqui o espectro tem os mesmos valores vistos na tensão da rede. Ou seja, as duas tensões são praticamente iguais, separadas pelo ângulo β, como mostra o detalhe na figura 4-14. A tensão da rede está adiantada da tensão do PAC, indicando que a potência fornecida vem da rede.

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Figura 4-11 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor.

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Figura 4-13 – FFT da tensão do PAC.

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A figura 4-15 mostra a FFT da corrente da rede. A corrente apresenta, aproximadamente, 1% de 5ª harmônica, menor que a distorção da tensão da rede. Dentro do limite de 2kHz, a banda do espectro, as outras harmônicas não têm contribuição significativa.

Figura 4-15 –FFT da corrente da rede.

Dado que a tensão da rede é distorcida e que a diferença entre esta tensão e a tensão do PAC é a queda na indutância de acoplamento, supondo uma corrente senoidal, a queda de tensão será senoidal e, portanto, toda distorção harmônica presente na rede se fará presente no PAC.

Para que a tensão no PAC seja senoidal é preciso que a queda de tensão no indutor de acoplamento apresente distorção equivalente (e oposta, em sinal) à da rede. Ou seja, para reduzir a distorção na tensão do PAC é preciso distorcer a corrente pela rede.

Esse é um vínculo inevitável e deve ser bem claro o objetivo do controle: se injetar uma corrente com baixa distorção na rede ou se garantir uma tensão senoidal à carga local. Ambos os objetivos não podem ser atingidos simultaneamente caso a rede já apresente distorção.

Com o intuito de melhorar a tensão no PAC, deve ser introduzida uma distorção na referência de corrente. Inicialmente foi ativado o compensador para a quinta harmônica, presente na malha de tensão, como mostra a figura 4-16. Dessa forma o sinal de referência da

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corrente será distorcido. Com isso a distorção presente na tensão da rede será minimizada no PAC.

A figura 4-17 ilustra a situação. É notória a distorção adicional na corrente do PAC, assim como na corrente do inversor. O sistema ainda opera com fator de deslocamento unitário. A figura 4-18 mostra os mesmos sinais, exceto a corrente do inversor. Como o valor da indutância é pequeno e sua reatância, mesmo nas frequências harmônicas, é de baixo valor relativo, a corrente harmônica poderá assumir valores relativamente elevados, de modo a produzir a queda de tensão necessária sobre a indutância, visando cancelar a distorção presente na tensão da rede.   ref PAC V _ PAC V ref PAC i _ p

K

Hz

PR 60_

Hz

CH 300_

Figura 4-16 – Controladores da malha de tensão, com a introdução de compensador na quinta harmônica.

Figura 4-17 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor, com presença de quinta harmônica.

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Figura 4-18 - Tensão da rede, tensão do PAC e corrente da rede com presença de quinta harmônica.

A figura 4-19 mostra a FFT da tensão no PAC e a figura 4-20 mostra a FFT da corrente da rede. O valor da componente de quinta harmônica se reduz, para a tensão, e aumenta, para a corrente, na nova situação, frente à anterior.

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Figura 4-20 – FFT da corrente da rede após a inserção de 5ª harmônica.

Assim como na situação anterior, agora será adicionado a distorção de sétima harmônica a fim de melhorar a tensão no PAC. A figura 4-21 mostra o novo controlador.





K

Hz

PR 60_

Hz

CH 300_

Hz

CH 420_

Figura 4-21 - Controlador da malha de tensão com a adição de um compensador na sétima harmônica.

A figura 4-22 mostra que o sistema opera com fator de deslocamento unitário, e a corrente da rede, assim como a corrente do inversor, aparecem ainda mais distorcidas, devido a adição da sétima harmônica. A figura 4-23 mostra os mesmos sinais, porém sem a corrente do inversor.

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Figura 4-22 – Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede e corrente do inversor com presença de quinta e sétima harmônica.

Figura 4-23- Tensão da rede, tensão do PAC, corrente da rede com presença de quinta e sétima harmônica.

Observando a figura 4-24 e figura 4-25, vê-se que a corrente aumenta o valor da sua componente de sétima harmônica, resultando uma pequena melhoria na forma de onda da tensão, vide melhoria na THD a ser indicada à frente.

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Figura 4-24 – FFT da tensão do PAC após inserção de quinta e sétima harmônica na corrente.

Figura 4-25 – FFT da corrente da rede com inserção de quinta e sétima harmônica.

A figura 4-26 mostra o espectro da tensão do PAC quando a referência de corrente contém apenas a fundamental. A distorção de quinta harmônica contida na tensão da rede também é vista aqui.

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A figura 4-27 mostra o espectro da tensão do PAC, mas agora com a distorção de quinta harmônica na corrente da rede. É visto que componente de 300Hz é reduzida, da mesma forma que a THD.

A figura 4-28 também mostra o espectro da tensão no PAC, mas com a distorção de quinta e sétima harmônicas. O valor da THD é reduzido.

Figura 4-26 – Espectro harmônico da tensão do PAC, referência de corrente apenas com fundamental.

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Figura 4-28 – Espectro harmônico da tensão do PAC, com adição de distorção de quinta e sétima harmônica.