Considerando o retificador proposto da Figura 1.29, operando com corrente de entrada de “q.6±1” pulsos, dependendo do valor do índice “q” e do valor da potência nominal de saída processada, o conteúdo harmônico ainda existente nas correntes de entrada (por exemplo, ia(.t)), para algumas ordens harmônicas, pode não obedecer os limites
estabelecidos pelas normas, como por exemplo a IEC61000-3-2 e IEC61000-3-4. Além disso, a técnica de controle analógico proposta pelos autores [41] resulta em circuitos analógicos envolvendo uma certa complexidade, dificultando a imposição de uma corrente de entrada senoidal e impedindo a desejada programação da DHT para as correntes de entrada.
Neste contexto, objetivando atender plenamente os limites estabelecidos pelas normas internacionais IEC/IEEE, para a corrente de linha de entrada, propõe-se neste trabalho de tese, uma técnica de controle digital modificada para o circuito apresentado na Figura 1.29 (Retificadores monofásicos SEPIC), oferecendo uma maior flexibilidade na implementação, capaz de impor a corrente de entrada dos conversores controlados (por exemplo, ia2(.t)),
resultando em um fator de potência quase unitário e reduzida potência ativa processada pelo retificador controlado, permitindo ainda ampla programação da desejada DHT das correntes drenadas da rede de alimentação em corrente alternada. Considerando a independência de operação de cada retificador monofásico SEPIC, analisaram-se três técnicas de controle clássico aplicadas na correção ativa do Fator de Potência em estruturas monofásicas operando no modo de condução contínua [44], sendo uma delas posteriormente escolhida para compor a técnica de controle digital proposta.
1.3.1 - Controle por Corrente de Pico
O esquema básico do controle por corrente de pico é mostrado na Figura 1.31, utilizando o conversor boost como exemplo. O interruptor controlado é comandado para a
45 condução através de um sinal de “clock” operando em freqüência constante, e é comandado para o bloqueio através de um sinal “reset” sempre que a soma da rampa externa com a corrente através do interruptor controlado atingir o valor da corrente de referência.
L + 1 K1 vi(t) D1 i(t) D2 D3 D4 + vg - D S CL RL + vL - + - Rampa externa Q R S Clock + - Vref z=x.y x y Referência senoidal Multiplicador Regulador de tensão IL
Figura 1.31 – Esquema do controle por corrente de pico aplicado ao conversor boost.
Algumas vantagens e desvantagens desta técnica estão destacadas a seguir: ¾Vantagens:
- Freqüência de comutação constante; - Não necessita de compensador de corrente;
- Constitui-se um verdadeiro limitador de corrente para o interruptor. ¾Desvantagens:
- Presença de oscilações sub-harmônicas na corrente monitorada para razão cíclica maior do que 50%, sendo necessária uma rampa de compensação;
- Acréscimo da distorção harmônica na corrente de entrada para uma tensão de entrada mais elevada e/ou carga reduzida, sendo este problema piorado na presença da rampa de compensação;
- Não possibilita o controle do ripple da corrente monitorada em regime transitório,
- O controle é mais susceptível aos ruídos de comutação. A freqüência de resposta do controle é elevada (o controle atua sempre no bloqueio do interruptor).
1.3.2 - Controle por Corrente Média
Nesta técnica de controle, mostrada na Figura 1.32, a corrente de entrada é monitorada e posteriormente filtrada pelo compensador de corrente para finalmente ser comparada com o sinal dente de serra, gerando os pulsos PWM para comandar o interruptor principal. Além disso, o compensador de corrente tende a reduzir o erro entre a corrente média de entrada e a referência gerada pela lógica de multiplicação.
L 1 K1 vi(t) D1 i(t) D2 D3 D4 + vg - D S CL RL + vL - Modulador PWM + - Vref z=x.y x y Referência senoidal Multiplicador Regulador de tensão Regulador de corrente RS IL
Figura 1.32 – Esquema do controle por corrente média aplicado ao conversor boost.
Na seqüência, são discutidas algumas vantagens e desvantagens desta técnica. ¾Vantagens:
- Freqüência de comutação constante; - Não necessita de rampa de compensação;
- O controle é menos susceptível aos ruídos de comutação, devido à filtragem da corrente de entrada;
47 aquela verificada para o controle por corrente de pico, tendo em vista que perto do cruzamento por zero da tensão de entrada, a razão cíclica se aproxima do valor unitário minimizando o tempo morto da corrente de entrada.
¾Desvantagens:
- A necessidade de um compensador de corrente.
1.3.3 - Controle por Histerese variável (Modulação por Limites de Corrente – MLC)
No controle por histerese, são estabelecidos os limites máximo e mínimo da corrente, fazendo-se a comutação do interruptor controlado em função de tais limites extremos, conforme exemplificado através da Figura 1.33.
L 1 K1 vi(t) D1 i(t) D2 D3 D4 + vg - D S CL RL + vL - + - Vref z=x.y x y Referência senoidal
Multiplicador Regulador de tensão Q
IL
Ip,ref
IV,ref
RFFS
Figura 1.33 – Esquema do controle por histerese variável aplicado ao conversor boost.
Nesta técnica de controle, o interruptor é comandado para a condução quando a corrente através do indutor atinge um valor menor do que o limite (referência) inferior, e por outro lado, é comandado para o bloqueio quando a corrente através do indutor se torna maior do que o limite (referência) superior. Assim, o valor instantâneo da corrente, em regime, é mantido dentro dos limites estabelecidos e o conversor comporta-se como uma fonte de corrente. Tanto a freqüência quanto à largura de pulso (razão cíclica) são variáveis,
dependendo dos parâmetros do circuito e dos limites impostos (Largura da banda de histerese).
A seguir, são comentadas as principais vantagens e desvantagens desta técnica. ¾Vantagens:
- Não necessita de compensador de corrente; - Não necessita de rampa de compensação;
- A forma de onda da corrente de entrada possui uma distorção reduzida, em relação ao sinal de referência;
- Proporciona uma resposta dinâmica melhor do que as técnicas “Controle por Corrente de Pico” e “Controle por Corrente Média”, devido aos atrasos intrínsecos da modulação PWM e tempo de resposta do compensador de corrente;
- Possibilita o controle do ripple da corrente monitorada mesmo em regime
transitório, pelo fato da largura da banda de histerese ser independente das grandezas do circuito.
¾Desvantagens:
- Freqüência de comutação variável;
- O controle usa a informação instantânea da corrente monitorada, portanto, é mais susceptível aos ruídos de comutação.
Dentre as três técnicas analisadas, optou-se pelo “Controle por Histerese”, considerando-se além de suas vantagens, a simplicidade e facilidade de implementação. Quanto às desvantagens destacadas, existem técnicas utilizadas em controle digital que possibilitam minimizar a variação da freqüência de comutação e a susceptibilidade do controle aos ruídos de comutação [45-46].
Finalmente, para a implementação da técnica de controle digital proposta, aplicando- se a modulação por histerese, utilizar-se-á um dispositivo programável FPGA e linguagem VHDL, devido suas características de flexibilidade e de processamento concorrente, possibilitando executar todos os procedimentos de controle de forma simultânea.
Neste sentido, o objetivo principal deste trabalho é o aprimoramento e a implementação digital da lógica de controle do Retificador Híbrido Trifásico com Correção do Fator de Potência (PCF-HPR), apresentado em [41], através do uso da Linguagem de descrição de Hardware VHDL (Hardware Description Language), e a apresentação dos resultados experimentais.
49 1) No capítulo 1, é apresentada uma revisão bibliográfica básica, no intuito de situar o trabalho no contexto geral;
2) No capítulo 2, é apresentado com um pouco mais de detalhe o Retificador Trifásico Híbrido com Correção do Fator de Potência (PCF-HPR) com retificadores controlados SEPIC, através da análise quantitativa, relacionando a DHT imposta para as correntes de entrada com as potências aparente e média processadas pelo retificador controlado, não- controlado e híbrido;
3) No capítulo 3, são apresentadas as análises qualitativa e quantitativa do retificador monofásico SEPIC que compõe o retificador trifásico híbrido, considerando a técnica de modulação por histerese aplicada;
4) No capítulo 4, é apresentada a metodologia de projeto para o Retificador Híbrido Trifásico com Correção do Fator de Potência;
5) No capítulo 5, são apresentados em detalhes os circuitos, de ataque, condicionamento e aquisição de sinais e o funcionamento do código VHDL desenvolvido para a implementação do controle digital em FPGA;
6) No capítulo 6, são apresentados os resultados experimentais e análises.
7) No capítulo 7, são apresentadas as conclusões finais e as propostas de continuidade da pesquisa.