continuidade
No presente trabalho foi estudado o entrelaçamento de inversores como uma alternativa para o aumento da potência do inversor sob as atuais limitações na tecnologia de semicondutores. Viu-se que com o uso de inversores entrelaçados é possível utilizar freqüências de chaveamento menores, ou diminuir a indutância e capacitância dos elementos passivos mantendo pequenos os ripples na corrente e tensão de saída. Desta maneira, este tipo de paralelismo resulta interessante porque tem vantagens adicionais sobre os outros tipos de paralelismo mencionados neste trabalho.
Foi visto que o entrelaçamento de inversores apresenta três problemas principais, a saber: A distribuição equilibrada das correntes nos braços do inversor, o ripple grande nas correntes dos braços e a corrente de circulação. Dentre eles, a distribuição equitativa das correntes nos braços talvez seja o mais importante porque se não for controlada, os componentes podem-se sobre aquecer e até se destruir. Adicionalmente uma distribuição não equitativa afeta as características do entrelaçamento; especificamente o cancelamento das harmônicas na tensão e corrente de saída. Assim, com uma distribuição não equitativa podem aparecer componentes harmônicas em freqüências menores do que Nfch e conseqüentemente deteriorar a THD da tensão de saída.
Os resultados encontrados neste trabalho são validados pela literatura técnica encontrada apresentando as vantagens e desvantagens do entrelaçamento. Porém, não foram encontradas demonstrações analíticas para algumas afirmações encontradas na literatura. Neste sentido, o presente trabalho contribui mostrando analiticamente as características do entrelaçamento de inversores.
Neste trabalho foi mostrado analiticamente que a tensão equivalente de saída do inversor entrelaçado corresponde à soma das tensões dos braços dividida pelo número de braços. A partir desta demonstração foi possível, mostrar mediante séries de Fourier, o cancelamento de harmônicos obtido do entrelaçamento. Também com as séries de Fourier obtidas foi possível demonstrar que as correntes de circulação idealmente estão formadas por bandas de componentes em torno das harmônicas da freqüência de chaveamento que não são múltiplas do número de braços do inversor. Adicionalmente foi verificado matematicamente que a corrente de circulação é igual à corrente num braço menos a soma de todas as correntes dos braços dividida pelo número de braços.
Por outra parte, foram desenvolvidas expressões para o calculo do ripple da tensão de saída e das correntes de um inversor entrelaçado de dois braços acoplados magneticamente com um indutor adicional. Além disso, o desequilíbrio das correntes provocado por diferenças entre os indutores dos braços foi quantificado em função das impedâncias dos indutores de ligação. Adicionalmente foi obtida uma expressão e uma rotina de software para o cálculo do valor RMS da corrente de circulação para inversores de meia ponte entrelaçados.
Apesar de que não foram feitos testes com inversores que somente utilizam indutores acoplados magneticamente (sem indutores de ligação), foi mostrado mediante simulações que o uso de indutores acoplados deve ser feito cuidadosamente porque o índice de acoplamento não pode estar próximo de um para conseguir controlar o ripple da corrente. Mediante simulações foi mostrado que utilizando um conjunto de indutores acoplados e indutores sem acoplamento simultaneamente no inversor, a corrente tende a se equilibrar naturalmente. Contudo, a indutância das bobinas acopladas necessária para isto é comparável com a indutância das bobinas que controlam o ripple (indutores de ligação).
A utilização de modelos discretos para o projeto de conversores chaveados é recomendável porque o comportamento comutado deste tipo de sistema é naturalmente discreto, além disso, a modelagem do atraso inserido pelo controlador digital permite prever matematicamente com uma maior exatidão o comportamento do inversor real. Assim, o uso de modelos discretos para estes sistemas facilita o projeto do controlador diminuindo o trabalho da sintonização do controlador. No caso o controlador tivesse sido projetado utilizando o modelo contínuo do sistema, a modelagem do atraso não teria sido tão fácil quanto foi utilizando o sistema discreto. Isto porque a modelagem do atraso utilizando a transformada de LaPlace não é algébrica, e no caso for modelado com uma aproximação de Padé a ordem do sistema seria bem maior para obter uma boa aproximação.
O uso de sinais de controle separados para cada braço do inversor não afeta fortemente o entrelaçamento das correntes quando as diferenças entre os elementos dos braços são pequenas. Porém, a diferença entre os sinais de controle poderia aumentar para maiores disparidades dos elementos utilizados em cada braço, aumentando conseqüentemente o entrelaçamento das correntes, e assim, afetando as características esperadas desta topologia. Contudo, as características do entrelaçamento são também afetadas pela distribuição não equilibrada das correntes, pelo que enquanto não seja garantida a distribuição equitativa das correntes por médio de técnicas passivas, o uso de sinais de controle diferentes é obrigatório porque ele ajudará a reduzir as perdas do entrelaçamento e garantirá a distribuição equitativa das correntes.
Embora o uso de um feedforward da tensão de saída na malha de controle não desacople totalmente a tensão de saída devido ao atraso inserido pelo controlador digital. A técnica reduz o acoplamento entre os braços do inversor permitindo aproximar com sistemas SISO o comportamento do inversor entrelaçado, o qual é um sistema MIMO.
Para diferenças pequenas entre os elementos de cada braço, a distribuição da corrente não é muito desequilibrada. Assim, poderia tentar-se controlar somente a corrente e tensão de saída do inversor. Isto simplificaria enormemente o projeto do controlador porque a malha de corrente poderia ser tratada como um sistema SISO sem nenhuma aproximação. Além disso, a banda passante da malha de corrente poderia ser maior porque o primeiro harmônico que vê a corrente está em torno de Nfch e
O controle repetitivo permite melhorar significativamente a qualidade da forma de onda da tensão de saída sem aumentar muito a complexidade do projeto do controlador. Porém, o uso do controlador repetitivo diminui a estabilidade do sistema, assim, a margem de estabilidade deve ser sobre dimensionada a pesar de que a velocidade e a capacidade de rejeição de perturbações sejam sacrificadas. Além disso, o controle repetitivo insere uma dinâmica não desejada sobre a tensão de saída quando a carga do sistema é trocada de não-linear para outra. Assim o uso do algoritmo de reinicio do controlador é obrigatório porque evita oscilações que poderiam danificar o sistema.
A corrente de circulação afeta o rendimento do inversor entrelaçado principalmente pelas perdas geradas nos indutores, devido ao efeito pelicular neles e a que a corrente de circulação está formada principalmente por componentes de alta freqüência. Contudo, as perdas geradas pela corrente de circulação não deveriam mudam muito para diferentes condições de carga devido a que ela não depende da carga, como foi mostrado analiticamente. Assim, com o anterior e o fato de que as perdas nas chaves do inversor entrelaçado são menores do que as apresentadas num inversor convencional chaveando ao dobro da freqüência para manter os ripples. Viu-se que o rendimento do inversor entrelaçado resulta mais interessante, aliás, se indutores com um efeito pelicular leve forem utilizados no projeto do inversor, o rendimento poderia ser ainda melhor. Outra possibilidade para diminuir as perdas é acoplando os braços magneticamente porque assim os ripples das correntes nos braços e a corrente de circulação serão menores, com o que as perdas nas chaves e nos indutores diminuirão também.
A inserção do indutor acoplando os dois braços mostrou uma redução considerável na corrente de circulação e nos ripples das correntes nos braços do inversor. Além disso, foi possível conferir que a distribuição das correntes é melhorada mediante o acoplamento dos braços do inversor. Contudo, apesar de que o acoplamento ajuda na distribuição equitativa das correntes, ele não garante uma distribuição totalmente equitativa.
Apesar de que a comparação entre o inversor com e sem acoplamento foi feita em condições vantajosas para o inversor com acoplamento, pode-se dizer que a redução da corrente de circulação acontece mesmo fazendo a comparação em condições equitativas. Isto porque o acoplamento reduz o ripple da corrente nos braços principalmente para razões cíclicas em torno de 0,5 e a corrente de circulação apresenta o valor máximo nessa mesma faixa. Contudo, se a técnica for utilizada em conversores c.c-c.c., para alguns casos o aumento da indutância de ligação no conversor sem acoplamento poderia ser melhor, isto é devido a que a ondulação da corrente nos braços dele é menor para algumas faixas da razão cíclica (dependendo da indutância da bobina de acoplamento).
Dos resultados obtidos foram identificados alguns problemas que poderiam ser tratados com uma maior profundidade em trabalhos futuros, assim, têm-se as seguintes propostas de continuidade: Utilizar elementos magnéticos para acoplar os braços do inversor e controlar independentemente
e controlar a distribuição das correntes nos braços de maneira mais efetiva. Assim, o uso da teoria de controle multivariável seria também muito recomendável devido à relação mais forte que se apresenta entre os estados do modelo do inversor.
Analisar o funcionamento do equilíbrio natural das correntes nos braços utilizando os filtros ressonantes propostos por Devancens [2] em conversores estáticos de baixa tensão e alta corrente. Procurar uma solução para a inconstância dos ganhos dos sensores para permitir que o controlador
funcione corretamente.
Aprofundar o estudo dos controladores repetitivos com o intuito de procurar métodos analíticos para o projeto deste tipo de controladores permitindo a obtenção de um método mais claro para a escolha dos filtros do controlador. Adicionalmente melhorar o algoritmo de reinicio do controlador para evitar a subjetividade na escolha do limite para o reset.
Estudar como podem ser modeladas as perdas no cobre devidas ao efeito pelicular nos indutores e as perdas de histerese e Foucault visando resultados de simulação mais próximos da realidade.