DESCRIÇÃO FUNCIONAL DO CONTROLE

O controle do retificador baseia-se na aquisição e processamento de dados e na geração dos sinais de controle. Primeiramente, descreve-se a operação das malhas de controle da corrente de entrada do retificador. As tensões da rede

de alimentação (VR, VS e VT) são condicionadas por intermédio de circuitos de

interface apropriados, a fim de representar essas grandezas em níveis compatíveis com as entradas analógicas do sistema de conversão analógico-digital do

ADCM401 (Unidade ADC). Essas amostras de tensão da rede de alimentação são

convertidas em um valor numérico através do conversor A/D interno do DSP – as entradas utilizadas para leitura das tensões de entrada foram VIN0, VIN1 e VIN2.

As tensões de saída do conversor, V01 e V02, são adquiridas por meio de

um circuito de interface composto por sensores de efeito Hall; os níveis de tensões proporcionais a essas grandezas são amostrados pelas entradas VIN3 e VIN7 do conversor A/D. As outras grandezas a serem monitoradas são as correntes de fase do conversor (iR(t), iS(t) e iT(t)), que são condicionadas empregando-se circuitos de

condicionamento de sinais compostos de sensores de efeito Hall, nos quais se pode ajustar o ganho mediante a adequação dessas grandezas elétricas aos valores permitidos para as entradas do A/D (VIN4, VIN5 e VIN6).

As amostras das tensões de entrada da rede de alimentação servirão como referências para as correntes de entrada, as quais possuem amplitude proporcional à saída do controlador da malha de tensão total, que controla o nível de tensão na saída do conversor em um valor determinado em projeto. Se a carga, ou a tensão de entrada variarem, a amplitude da referência de corrente acompanhará essas variações, mantendo constante a tensão total na saída do retificador trifásico.

As tensões de saída do conversor, V01 e V02, são somadas, com o

propósito de obter a tensão total de saída do conversor, valor esse que será comparado com a tensão de referência estabelecida em projeto; como resultado dessa comparação tem-se o erro, que por sua vez será a entrada do controlador de tensão. A saída do controlador de tensão é multiplicada pela amostra da tensão da rede, originando um sinal no formato senoidal com amplitude dependente da saída do controlador de tensão. As tensões de saída do retificador também são utilizadas para impor um nível de tensão CC nas correntes de referência, com o objetivo de obter o equilíbrio das tensões de saída do retificador. A amplitude

desse sinal é obtida pela diferença entre as tensões V01 e V02; logo, esse valor

poderá assumir valores positivos ou negativos, impondo, desse modo, um nível médio positivo ou negativo de corrente no ponto de conexão central dos capacitores. Assim, conforme seção 7.5 (Capítulo 7), pode-se obter o balanceamento das tensões de saída do conversor.

A corrente imposta em cada uma das fases de alimentação do retificador possui sua própria referência, que acompanha a tensão na respectiva fase, com amplitude resultante da ação de controle da malha de tensão. O nível CC, adicionado ou subtraído nas referências de corrente, é utilizado nas três referências simultaneamente, fazendo com que as correntes de fase contribuam para o controle do equilíbrio das tensões de saída. As tensões lidas, nos capacitores de saída V01 e V02, passam por um algoritmo que calcula o valor médio

dessas grandezas em cada período da rede de alimentação.

Uma vez determinadas as correntes de referência de fase, seu valor absoluto é comparado com as respectivas amostras retificadas das correntes de entrada do retificador, resultando em sinais de erro, que aplicados aos controladores de corrente do tipo P.I geram os sinais que, enviados à unidade de geração PWM do ADMC401, produzem a largura de pulso a ser utilizada como comando dos interruptores de potência do retificador trifásico (SR1, SR2, SS1, SS2, ST1

e ST2). São gerados três sinais PWM distintos, um para cada par de interruptores

(SR1/SR2, SS1/SS2 e ST1/ST2), ou seja, o comando é único para cada um dos

interruptores bidirecionais que conectam as fases ao ponto central dos capacitores; dependendo do setor onde se encontra operando o conversor, um dos interruptores estará em condições de condução, e o outro não. Esses sinais PWM gerados pela unidade trifásica do ADMC401 são aplicados aos módulos de acionamento dos interruptores. Utilizaram-se módulos comerciais para acionamento dos interruptores.

8.3 P

A partir da aquisição das grandezas elétricas envolvidas no processo de controle do retificador trifásico, o elemento responsável pela implementação da estratégia de controle é o Processador Digital de Sinais (DSP). Dessa forma, é por intermédio de programação dos algoritmos e rotinas no DSP que se obtém o controle do conversor, fazendo com que ele opere sob elevado fator de potência e com tensões de saída reguladas e equilibradas. Sendo necessária uma linguagem de programação para implementação das rotinas, para tal utilizou-se uma linguagem de baixo nível − assembler do DSP ADMC401 [20-22].

Além dos algoritmos de controle do retificador, alguns elementos periféricos do ADMC401 devem ser inicializados, tais como o conversor A/D, contadores e o gerador PWM trifásico − detalhes de operação e programação desses elementos podem ser vistos no apêndice A. Uma das características do DSP utilizado é a integração entre os componentes periféricos, pelo que facilmente se programa o conversor A/D sincronizado com o evento de geração de pulsos PWM.

O diagrama em blocos do fluxograma do programa implementado pode ser observado na Fig. 8.2. Inicialmente, todas as variáveis e constantes envolvidas nas rotinas de controle do conversor são inicializadas nas memórias de dados e de programas, a seguir os periféricos associados ao controle são inicializados, tais como o conversor A/D, interrupções e a unidade PWM trifásica. Na unidade PWM, definem-se variáveis de projeto, a exemplo da freqüência de chaveamento e do tempo morto. Uma vez definida a freqüência de chaveamento, um sinal de sincronismo é gerado no início de cada período PWM, esse sinal serve de sincronismo para o conversor A/D do DSP, ou seja, cada vez que inicia o período PWM, o conversor A/D inicia a conversão das grandezas elétricas de tensão e corrente. O programa principal aguarda uma interrupção gerada pelo conversor A/D, sinalizando o final da conversão, com o que se podem efetuar com

segurança as leituras dos valores convertidos das tensões e correntes monitoradas no retificador.

A corrente de referência é composta pelas leituras de tensões da rede de alimentação somadas ao sinal de offset, o qual é gerado pela diferença entre as tensões de saída (V01 - V02), e multiplicadas pela saída do regulador de tensão do

barramento total de saída. A referência de corrente produzida para cada fase do retificador é comparada com o valor das correntes lidas, de onde se obtém o erro, que aplicado ao controlador P.I produz a ação de controle imposta ao modulador PWM.

Inicio

Inicialização das variáveis e constantes Inicialização do PWM e interrupções PWMSYNC Conversor ADC IR,IS,IT,VR,VS,VT,V01 e V02

Cálculo do valor médio de V₀₁ e V₀₂ (V₀₁+V₀₂) > Limite erro_V = V_ref - (V₀₁+V₀₂) Offset = (V01-V02) Controlador de Tensão Uv(k) V_R = V_R + Offset V_S = V_S + Offset VT = VT + Offset IR_REF = |V_R| . Uv(k) IS_REF = |V_S| . Uv(k) IT_REF = |V_T| . Uv(k) erro_I_R= IR_REF-|I_R| erro_I_S= IS_REF-|I_S| erro_I_T= IT_REF -|I_T|

Controlador de Corrente Ui_R(k), Ui_S(k), Ui_T(k) Ajuste de escala Ui_R(k), Ui_S(k), Ui_T(k) PWM Trifásico Uv(k) = 1 Sim Não Sim Não

Nessa estratégia de controle adotada, utilizou-se como sinal de referência para a corrente a forma de onda da tensão da rede, embora outras formas de obtenção da corrente de referência tenham sido exploradas neste trabalho, constituindo estratégias de controle modificadas em relação à proposição explanada na seção 7.2. A variação dessas estratégias desenvolvidas e implementadas ocorre no modo como o sinal de referência para as correntes de entrada do conversor é gerado. O objetivo das malhas de controle de corrente é fazer a corrente de entrada do conversor seguir uma referência senoidal e em fase com a tensão da rede de alimentação. Em decorrência, foram implementadas e testadas três formas distintas de obtenção do sinal de referência para as malhas de corrente de fase, que são:

REFERÊNCIA DA REDE DE ALIMENTAÇÃO

O controle impõe que a forma da corrente de entrada em cada fase tenha o mesmo formato da tensão de entrada. O sinal de referência é a própria amostra da tensão da fase correspondente. Esse método é o mais simples, visto que basta monitorar a tensão da rede disponível nos terminais do conversor para se obter o formato de referência para as correntes de entrada. Porém, apresenta a desvantagem de que as distorções presentes na tensão da rede se refletem também na forma de onda das correntes, podendo, por isso, degradar o fator de potência do conversor. A esse método corresponde a estratégia de controle relatada no capítulo 7.

REFERÊNCIA INTERNA

O sinal de referência para as correntes é um sinal senoidal sem distorção, calculado ponto a ponto pelo processador, ou obtido por intermédio da leitura de uma tabela de dados que representa um sinal senoidal previamente gravado na memória do DSP. É necessária uma rotina de detecção da passagem da rede por zero para sincronizar o sinal de referência com a tensão na fase. Utilizou- se uma rotina para calcular o valor médio retificado da tensão da fase, a fim de se estabelecer uma relação com a amplitude do sinal de entrada da rede de