ESTRUTURA E ETAPAS DE FUNCIONAMENTO

O terceiro estágio do conjunto proposto é formado por um conversor CC-CA (inversor) em ponte completa. Este inversor opera em baixa frequência, 60 Hz, e, é sincronizado com a rede elétrica. Os diodos existentes em série com as chaves S1, S2, S3 e S4, são utilizados para

impedir a existência de fluxo de potência entre a rede elétrica e o conversor. Como o conversor Zeta apresenta características de fonte de corrente, o mesmo pode ser representado por uma fonte de corrente (iLo) conforme mostra a Figura 4.8.

Figura 4.8 - Inversor de corrente em ponte completa.

ILo

Rede

S1 S3

S2 S4

Fonte: O autor (2015).

Este inversor apresenta quatro etapas de funcionamento, conforme apresentado na Figura 4.9.

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Figura 4.9 - Etapas de funcionamento do inversor de corrente em ponte completa.

ILo Rede S1 S3 S2 S4 ILo Rede S1 S3 S2 S4 ILo Rede S1 S3 S2 S4 ILo Rede S1 S3 S2 S4 (a) – 0 a π (c) – π a 2π (b) – Sobreposição (d) – Sobreposição Fonte: O autor (2015).

A cada semiciclo da rede elétrica apenas duas chaves conduzem. No primeiro semiciclo, intervalo de 0 a π, apenas as chaves S1 e S4 conduzem, conforme pode ser observado na Figura

4.9 (a). No segundo semiciclo da rede elétrica, intervalo de π a 2π, apenas as chaves S2e S3

conduzem, conforme a Figura 4.9 (c). Ao fim de cada intervalo de condução existe um tempo em que todas as chaves conduzem, chamado tempo de sobreposição, conforme mostra a Figura 4.9 (b) e (d). Este intervalo de sobreposição das chaves deve ser tão pequeno quanto possível e é de extrema importância para o funcionamento do conversor, uma vez que pode produzir picos de tensão reversa de alto valor sobre os semicondutores. Assim, a inversão da corrente iLo a cada 180°, garante a obtenção de uma corrente senoidal, a partir da onda

senoidal retificada sintetizada na saída do conversor Zeta. 4.3.2 FORMAS DE ONDA

A operação do conversor Zeta é feita utilizando uma modulação por largura de pulsos (do inglês Pulse Width Modulation – PWM) senoidal, onde o sinal modulante é uma senoide retificada com a mesma frequência da rede elétrica (60 Hz) e valor máximo Dmax. A onda

portadora possui uma frequência de 20 kHz, deste modo, o tempo de condução da chave S (tc)

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Figura 4.10 - Modulação PWM utilizada no conversor Zeta.

Fonte: Adaptado de (VIERO, 2011).

Conforme se apresenta na Figura 4.7 a corrente no indutor de saída Lo (iLo) é sempre

positiva, e oscila ao longo de um período de alta frequência entre valores mínimos (iLo(0)), e

máximos (iLomax), resultando assim, em uma ondulação denominada ΔILomax. Na Figura 4.11

são apresentadas as principais formas de onda do sistema de conversão de energia, em baixa frequência.

Figura 4.11 - Formas de onda do conversor Zeta em baixa frequência. iLm iS VS iLo VD VR π 2π π 2π 2π π π 2π 2π π ωt ωt ωt ωt ωt ωt π _2π ILm(0)min ILo(0)min ΔILomax (A) _(A) (A) (V) (V) (V) Fonte: O autor (2015).

78 4.3.3 FORMAS DE ONDA DAS CORRENTES NOS INDUTORES

As correntes nos indutores Lo e Lm, para todos os efeitos são uma função linear das suas

indutâncias próprias, da tensão a eles aplicada e do sinal modulante d(ωt), já que ao longo de um período de comutação de alta frequência da chave S (20 kHz), as tensões nesses indutores são consideradas constantes, pois estas variam segundo a frequência da rede elétrica (60 Hz). Assim, a corrente média instantânea em um período de comutação do conversor Zeta será chamada de iLomed(ωt). Isso faz com que a corrente de pico de saída instantânea iLomax e a

corrente inicial instantânea iLo(0) também se modifiquem período a período, adquirindo a

forma iLomax(ωt) e iLo(0)(ωt), respectivamente, conforme se mostra na Figura 4.12. Figura 4.12 - Corrente no indutor Lo em baixa frequência.

iLomax(ωt) iLo(0)(ωt) iLomed(ωt) ILomedmax ILo(0)max ILomax ΔILomax ΔiLo(ωt) ILomed iLo(ωt) 0 π 2π ωt (A) Fonte: O autor (2015).

A ondulação da corrente também sofre o efeito do sinal modulante d(ωt), sendo representada por ΔiLo(ωt), assumindo seu valor máximo ΔILomax no pico da senoide,

justamente quando iLomax(t) e iLo(0)(t) assumem seus valores máximos ILomax e ILo(0)max,

respectivamente.

Com base nas considerações feitas anteriormente, a corrente média instantânea no indutor Lm será representada por iLmmed(ωt), assim como as correntes máxima iLmmax(ωt) e

inicial iLm(0)(ωt) instantâneas, que terão seus valores máximos ILmmax e ILm(0)max quando iLmmed(ωt) for máxima, ou seja, ILmmedmax, como pode ser visto na Figura 4.13. A ondulação de

corrente também sofre o efeito da forma de onda |sen(ωt)|, sendo representada por ∆iLo(ωt),

assumindo seu valor máximo ∆ILomax no pico da senoide. A corrente média no indutor Lo em

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Figura 4.13 - Corrente no indutor Lm em baixa frequência.

ILmmed 0 π 2π ωt iLm(0)(ωt) ΔILmmax(ωt) iLmmax(ωt) iLmmed(ωt) ILmmax ILmmedmax ILm(0)max ΔiLm(ωt) iLm(ωt)(A) Fonte: O autor (2015). 4.4 CONCLUSÕES

Para que seja possível conectar os módulos fotovoltaicos à rede elétrica, e garantir a injeção de uma corrente senoidal na mesma, deve-se garantir que o conversor proposto tenha características de fonte de corrente, visto que a rede elétrica possui características de fonte de tensão. Neste cenário o conversor Zeta se apresenta como uma excelente solução, pois apresenta característica de fonte de corrente em sua saída, se o capacitor de saída é removido.

O indutor Lo além de dar ao conversor a necessária característica de fonte de corrente,

também é responsável pela filtragem das componentes de alta frequência da corrente de saída do microinversor. Para garantir que uma onda senoidal com 60 Hz seja injetada na rede elétrica, a corrente senoidal retificada, presente na saída do conversor Zeta, passa por um inversor em ponte completa, que opera em baixa frequência. Este inversor tem a função de inverter a senoide disponível, em valor absoluto, na saída do conversor Zeta a cada 180°, garantindo assim a síntese de uma forma de onda de corrente senoidal em sua saída.

Sendo assim, a estrutura do conversor CC-CC Zeta associado ao inversor em ponte completa, que opera em baixa frequência, é a estrutura denominada de microinversor que será estudada e apresentada neste trabalho.

CAPÍTULO 5