Os resultados de simulação para a estratégia com controle indireto apresentados na seção 5.5 evidenciaram a desvantagem dessa estratégia em relação às estratégias IPT e SRF quando submetida à variação de carga. A queda de tensão para o controle indireto durante o transitório foi maior que nas outras estratégias. A proposta do controle indireto com feed-forward é reduzir as variações de tensão no barramento CC durante variações de carga.
Os ensaios para comparação entre o desempenho do controle indireto e do controle indireto com feed-foward foram realizados submetendo o sistema a variações de carga. A carga é composta por um retificador trifásico alimentando um circuito RL de impedância
Zr. No primeiro ensaio, a variação de carga é realizada diminuindo a impedância Zr de
(2, 5 + s0, 0003)Ωpara (1,25 + s0,0003)Ω. O resultado do sistema para uma diminuição da impedância da carga é apresentado na Fig. 5.75. A curva em azul representa a tensão no barramento CC para o controle indireto e a curva em verde, a tensão no barramento CC para o controle indireto com feed-forward. A curva em vermelho representa a referência da tensão no barramento CC, que foi fixada em 600V . A utilização do feed-forward fez com que a queda de tensão durante o transitório diminuísse de aproximadamente 102V para 21V . No segundo ensaio, a variação de carga é realizada aumentando a impedância
Zrde (1,25 + s0,0003)Ωpara (2,5 + s0,0003)Ω. O resultado do sistema para o aumento
da impedância da carga é apresentado na Fig. 5.76. A utilização do feed-forward fez com que o aumento de tensão durante o transitório diminuísse de aproximadamente 92V para 15V . 0 0.2 0.4 0.6 t(s) 450 500 550 600 650 Vcc* ,Vcc,VccFF(V)
Figura 5.75: Tensão no barramento CC durante diminuição da impedância da carga.
0 0.2 0.4 0.6 t(s) 550 600 650 700 750 Vcc* ,Vcc,VccFF(V)
Figura 5.76: Tensão no barramento CC durante aumento da impedância da carga.
rede is1 foi computado. A Fig. 5.77 apresenta o espectro de frequência da corrente na
rede até o 25o harmônico. Nessa figura, são mostrados os resultados da corrente na rede antes da compensação do SAPF e a corrente na rede após a compensação do SAPF com e sem a utilização do Feed-forward no controle de tensão.
0
5
10
15
20
25
0
20
40
60
80
100
120
i
l1(n), i
s1(n),i
s1FF(n)(A)
Ordem Harmônica (n)
Figura 5.77: Espectro de frequência da corrente na rede is1.
O THD das correntes na rede foi calculado considerando até o 50o harmônico e é
apresentado na Tabela 5.9. É possível observar que a utilização do feed-forward não alterou o desempenho de compensação de harmônicos do filtro ativo.
Corrente Valor THD (%) Corrente na carga 23,4 Corrente na rede sem FF 3,5 Corrente na rede com FF 3,5
Tabela 5.9: Valores de THD para as correntes.
5.9
Conclusão
Nesse capítulo foram apresentados os resultados de simulação do SAPF. Entre as 10 estratégias simuladas, o VS-APPC foi tratado como o caso 10 e, via simulação, seu de- sempenho foi comparado com os outros 9 casos. Ao longo do capítulo, não houve a in- tenção de sempre mostrar a superioridade do VS-APPC em relação às outras estratégias. Principalmente nos resultados de simulação, não foi buscado evidenciar o VS-APPC. A comparação com as outras estratégias objetivou avaliar os diferentes casos em diver- sas situações muitas vezes analisando aspectos qualitativos. Quantitativamente, os da- dos apresentadas nas diversas tabelas, não mostraram uma supremacia no desempenho do controlador VS-APPC. Esse controlador, conforme citado anteriormente, rea- liza o chaveamento de parâmetros para se adaptar e ganhar maior robustez. Os resultados desmostraram que esse chaveamento provocou uma perda de desempenho na compen- sação de harmônicos em comparação com o controlador de dupla sequência. Com ex- cessão desse último, o controlador VS-APPC obteve, no entanto, melhor desempenho que os demais controladores. Apesar do controlador de dupla sequência ter um melhor desempenho em relação a compensação de harmônicos, o VS-APPC é mais adequado quando se busca maior robustez no funcionamento do filtro ativo. Quando há variação variação paramétrica significativa do sistema, como é a situação da variação da impedân- cia da rede e do filtro, o VS-APPC é o melhor controlador entre todos os casos simulados. Ao realizar a simulação de diversas estratégias, outra contribuição do capítulo foi avaliar o desempenho do controle indireto comparado com as estratégias IPT e SRF. Ape- sar do controle indireto utilizar menos sensores de corrente, o desempenho dessa estraté- gia foi equivalente às estratégias IPT e SRF na compensação de harmônicos, e obteve desempenho superior quando submetido a carga desbalanceada e tensões de alimentação desbalanceadas. Para a partida do filtro ativo, o controle indireto apresentou uma dificul- dade maior necessitando da inicialização de parâmetros, a partir da qual o desempenho na partida fica equivalente às estratégias com controle da corrente no filtro. As estratégias IPT e SRF obtiveram melhor desempenho no controle da tensão quando submetidos à variação de carga. No entanto, a utilização do feed-foward no controle indireto melhorou
Resultados Experimentais
O sistema de controle robusto adaptativo da Figura 4.9 e o sistema com controle Feed- Forward da Figura 4.17 foram testados experimentalmente usando um protótipo de filtro ativo de potência trifásico. O barramento CC do V SI é composto por um banco de ca-
pacitores de 2200µF com tensão nominal vC = 900V . Os indutores utilizados no filtro
são lf = 1,0mH. A carga não-linear foi implementada por um retificador trifásico alimen-
tando uma carga RL composta por um indutor L = 50mH e um resistor R = 30Ω. Esse
retificador é conectado em paralelo com uma carga RL trifásica (conectada em estrela) utilizada para simular a condição de desbalanceamento de toda a carga não-linear. Esta carga é conectada à rede elétrica por indutores de ls= 100µH.
Os testes experimentais do sistema de controle proposto foram implementados com uma plataforma, composta por um microcomputador, equipado com uma placa de aquisi- ção de dados, uma placa de controle e um conversor de potência, conectado na rede por
indutores de filtro. O algoritmo de controle foi implementado em C++ e executado com
um tempo de amostragem de 100µs. As medições da tensão do barramento CC e das correntes e tensões de fase do SAPF são efetuadas por uma placa de aquisição de dados com conversores A/D de 12 bits conectados a uma unidade de medição composta por sensores de efeito hall (LEMs). O circuito de acondicionamento possui um filtro passa- baixa com uma frequência de corte f c = 2,5kHz. A Figura 6.1 apresenta a estrutura do protótipo do SAPF utilizado experimentalmente.
Para a apresentação dos resultados experimentais, duas formas de aquisição de dados foram utilizadas. Na primeira foi utilizada a placa de aquisição já citada, a partir da qual as medições são gravadas no disco rígido do computador e as curvas são plotadas usando o software livre Scilab. Na segunda opção foi utilizado um osciloscópio de quatro canais, 100MHz, 2 GSa/s Agilent MSOX2014A com o auxílio das pontas de prova de tensão e corrente Agilent N2791A - 2MHz e 1146A/100kHz/100A, respectivamente. A decisão de qual opção deve ser utilizada é baseada no seguinte critério. Se uma condição de
c c 0 q1 q4 q2 q5 q3 q6 1 2 3 VSI vs1 s3 s2 v v es1 rs ls n is1 if1 carga não-linear lr rr rl ll n’ es2 es3 rs rs ls ls rl ll rl ll Circuito de acionamento Saída do DAS Computador Placa A/D Sensores is2 vs1 vs2 vc is1
transitório tem que ser mostrada, a primeira opção é mais adequada. Por outro lado, se regimes permanentes devem ser apresentados, a segunda opção para medição é utilizada. Os parâmetros do SAPF do protótipo utilizado em laboratório são fornecidos na Tabela 6.1.
Tensão e frequência da rede Es= 110V (RMS), fs= 60Hz Impedância da rede Zs= (0, 2 + s0, 0001)Ω Impedância do filtro Zf = (2 + s0, 001)Ω Impedância da carga linear Zl = (100 + s0, 2)Ω Banda-passante do controlador de corrente ωc= 1080Hz
Constante do controlador de corrente am= 15000
Parâmetros da lei de chaveamento as= 2000, bs= 2000 and bs(nom)= 1500
Banco de capacitores C = 2200µF
Tabela 6.1: Parâmetros do SAPF.