Ensaio do conversor no modo de Descarga

Para o modo de descarga, o conversor foi ensaiado para diferentes níveis de potência, variando a carga conectada ao barramento e consequentemente a potência processada. Nessa situação o conversor deve atuar na regulação da tensão do barramento CC, fornecendo para a carga de saída uma tensão contínua igual a 230 V.

Os ensaios foram realizados considerando o banco de baterias completamente carregado, com uma tensão de circuito aberto igual a 60 V. A razão cíclica do conversor é definida em torno de 0,48 para adequar a tensão das baterias ao barramento CC, de 230 V.

Inicialmente o conversor foi ensaiado com uma carga resistiva de aproximadamente 115 W. Para essa situação, através do analisador de energia WT1800 é verificado um rendimento igual a 87,68% onde foram medidas as potências de 129,14 W do lado das baterias e 113,24 W no barramento CC.

Para avaliar a implementação da modulação proposta, foram obtidas pelo osciloscópio as formas de onda das tensões sobre os semicondutores do conversor operando no modo de descarga.

Na Figura 41 são apresentadas as formas de onda de tensão nos semicondutores, de onde é possível concluir que a modulação proposta foi implementada de maneira correta, resultando em uma resposta similar aos resultados de simulação mostrados anteriormente na Figura 34. Como as tensões sobre as chaves S8 e S6 são similares as tensões sobre as chaves S5 e S7, as mesmas não são apresentadas.

0 100 200 300 0 100 200 300 0 50 100 150 0 50 100 150 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 (b) (c) (d) (a)

Tensão sobre a chave S5

Tensão sobre a chave S7

Tensão sobre a chave S2

Tensão sobre a chave S4

Tempo (ms)

Figura 41: Resultados experimentais das tensões sobre os semicondutores do conversor no modo de carga para uma razão cíclica igual a 0,48; a) Tensão sobre a chave S5 b) Tensão sobre a chave e S7; c) Tensão sobre a chave S2;d) Tensão sobre a chaves S4.

Pelos resultados experimentais é observado que as tensões sobre as chaves do lado do barramento CC apresentam tensão igual a 230 V, sem sobretensão durante o transitório de comutação. O mesmo ocorre com as chaves do lado do banco de baterias, onde é verificada uma tensão igual a 115 V, correspondente a tensão do barramento CC, refletida no lado de baixa tensão do transformador.

Na Figura 42 são apresentadas as tensões sobre o transformador e barramento CC, como também a corrente de descarga das baterias.

2,25 2,50 -100 0 100 -200 0 200 150 225 300 (a) (b) (c) Tempo (ms) (d) Corrente no indutor L2

Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador

Tensão sobre o lado de alta tensão do transformador

Tensão no barramento CC 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 2,75

Figura 42: Resultados experimentais das tensões sobre o transformador e tensão do barramento CC e corrente de descarga das baterias, para uma carga de 113W; a) Corrente no indutor L2; b) Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador; c) Tensão sobre o lado de alta tensão do transformador; d) Tensão do barramento CC.

No que diz respeito a ondulação da tensão do barramento e corrente de descarga das baterias, ambos os casos resultaram em baixa ondulação como o estabelecido pelos critérios de projeto do conversor. Para a tensão do barramento foram medidos 9 V de ondulação, sendo permitido 10,13 V máximos de pico a pico. Na corrente de descarga, novamente tem-se uma ondulação de 0,2 A, confirmando que o projeto do indutor L2 atende as especificações de ondulação de corrente para ambos os modos de operação do conversor.

Para avaliar o comportamento do circuito em relação a diferentes valores de potência, as mesmas formas de onda foram verificadas para uma potência próxima da nominal. Nesse

caso conversor foi ensaiado para uma carga resistiva de 215 W. Através do analisador de energia WT1800 obteve-se um rendimento igual a 89,51% para uma potência de entrada igual a 240 W e potência de saída de 215,11 W.

Em relação as formas de onda do conversor, o resultado é apresentado pela Figura 43. Novamente são encontrados baixos níveis de ondulação na tensão no barramento onde foram medidos 10,45 V de pico a pico e na corrente de descarga uma ondulação de 0,2 A.

3,25 4,00 -100 0 100 -200 0 200 150 225 300 (a) (b) (c) Tempo (ms) (d) Corrente no indutor L2

Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador

Tensão sobre o lado de alta tensão do transformador

Tensão no barramento CC 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,005 0,010 0,015 0,020 4,75

Figura 43: Resultados experimentais das tensões sobre o transformador e tensão do barramento CC e corrente das baterias para o modo de descarga, para uma carga de 215,11 W; a) Corrente no indutor L2. b) Tensão sobre o lado de baixa tensão do transformador; c) Tensão sobre o lado de alta tensão do transformador; d) Tensão do barramento CC.

Para as tensões sobre o transformador, assim como nos semicondutores, são encontradas pequenas distorções em suas formas de onda, entretanto, mesmo atuando fora dos limites de potência para o qual foi projetado, o conversor não apresenta problemas, visto que não resulta em sobretensões nos semicondutores e transformador.

Uma vez que o conversor tem características de fonte de corrente, a partir dos resultados experimentais é evidente que a modulação proposta evita sobretensões nos semicondutores, assim como não acarreta em grandes distorções nas formas de onda de tensão sobre as chaves e transformador. Esse resultado comprova a eficiência da técnica de comutação proposta, visto que o mesmo não ocorre em outras modulações encontradas na literatura, como nos trabalhos propostos por Prassana et al. (2013) e Rashid (1999).

Para avaliar a eficiência do conversor o mesmo foi ensaiado para diferentes níveis de potência, onde foram medidas através do analisador de energia WT 1800 as potências de entrada e saída do conversor. Os resultados das medições foram tabelados e são apresentados em forma de gráfico pela Figura 44. Dos resultados experimentais é verificado um rendimento de 89,50 % com o conversor operando em sua potência nominal.

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 78% 80% 82% 84% 86% 88% 90%

Curva de rendimento do conversor para diferentes níveis de potência

Potência fornecida ao barramento CC (W)

Figura 44: Resultado experimental da curva de rendimento do conversor para diferentes níveis de potência.

Por não utilizar de circuitos auxiliares como grampeadores de tensão ou snubbers passivos, a modulação proposta se mostra adequada ao não resultar em sobretensão nos semicondutores ou distorções significativas nas formas de onda do conversor. Esse resultado é de grande importância para o trabalho em questão, visto que permite o desenvolvimento do projeto com um número reduzido de componentes, da mesma forma que garante a operação bidirecional de maneira adequada.

Em relação os níveis de tensão processadas entre o barramento CC e banco de baterias, o conversor proposto se mostrou adequado para a aplicação em questão, atuando como um redutor ou elevador de tensão, considerando uma tensão fixa no barramento CC para os diferentes estados de operação das baterias e barramento. Esses resultados são fundamentais para a desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia, pois dão ao conversor características necessárias para atender os diferentes casos de carga e descarga das baterias.

5.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO

Após a realização de simulações em malha aberta que validaram o dimensionamento dos filtros envolvidos no projeto, o presente capítulo tratou dos detalhes da implementação do conversor.

Inicialmente foram construídos os elementos magnéticos, dimensionados os dispositivos semicondutores e detalhados os circuitos de acionamento do conversor, construído e ensaiado em laboratório.

Para o modo de carga das baterias, foram analisados diferentes pontos de operação, onde o conversor atuou com o objetivo de fornecer para a bateria uma corrente de carga constante. Nesse modo de operação, a razão cíclica do conversor foi variada sendo verificadas as ondulações de tensão e corrente na bateria. Como resultado, os filtros projetados mantiveram os níveis de ondulação dentro dos limites de projeto.

No modo de descarga, foram realizados testes de variação de carga no conversor. Para esse modo de operação o conversor foi ensaiado operando com potências que variaram na faixa de 110 W a 215 W. Através dos resultados experimentais, novamente foi verificado que os filtros de tensão e corrente mantiveram as especificações do projeto para ambos os modos de operação do conversor bidirecional. Assim é validada a análise do conversor realizada no capítulo anterior.

Por não utilizar de circuitos auxiliares como grampeadores de tensão ou snubbers passivos, as técnicas de comutação implementadas se mostraram adequadas ao atenuarem problemas de sobretensão nos semicondutores e transformador. Este resultado é de grande importância para o trabalho, visto que ao comparadas com técnicas de comutação

convencionais, as modulações propostas apresentaram melhor resposta para o conversor bidirecional, garantindo a operação adequada do sistema.

Após a implementação do conversor e obtenção dos resultados em malha aberta, o capítulo a seguir apresenta a modelagem do conjunto conversor e banco de baterias para fins de projeto de controle.