Operação em Modo I

De igual forma como nas efetuado nas simulações computacionais e presente na Tabela 4.4 na secção 4.6.2, para uma validação experimental pratica do sistema foram impostos os mesmos modos de operação e as suas condições de funcionamento. Durante a operação em modo I, a bateria presente

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no VE1 será descarregada, ao passo que a bateria presente no VE2 será carregada com a energia proveniente do VE1.

Deste modo, de acordo com o material presente no laboratório do GEPE, a bateria que se encontra em processo de descarga presente no VE1, (Vbat1), foi substituída por uma fonte de alimentação CC, sendo a bateria que se encontra em processo de carga, presente no VE2, (Vbat2), substituída por uma carga resistiva no valor de 26 Ω. Desta forma, a energia irá fluir das fontes CC presente na entrada do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi até chegar à carga resistiva presente na sua saída. No decorrer do modo I de operação do conversor, o processo de descarga será sempre executado pelo VE1, controlando a tensão no barramento CC e a corrente de entrada, conforme demonstrado na secção 6.3.2, ao passo que, o processo de carga será executado pelo VE2 e irá controlar a corrente de carga empregue à bateria, neste caso será à carga resistiva. De salientar que, como a bateria foi substituída por uma carga resistiva, o algoritmo de carga por corrente-tensão constante adotado nas simulações foi substituído pelo de corrente constante como demonstrado na secção 6.3.1.

Após ajuste dos ganhos do controlador PI, foram então definidos os valores para a operação do sistema em modo I. De acordo com os valores máximos de corrente (40 A) e tensão (168 V) fornecidos pelas fontes de alimentação CC, foi então definida uma corrente de referência de 5,5 A para a corrente de carga, uma tensão de entrada de 168 V e uma tensão de 220 V para o barramento CC. Na Figura 6.9 é possível observar os valores medidos na realização dos testes práticos ao modo I de operação do conversor. No canal 1 encontra-se a tensão de saída do conversor, obtida aos terminais da carga resistiva, sendo esta de 136 V e no canal 2 encontra-se o valor da corrente de saída do conversor empregue á carga resistiva, tendo um valor médio de 5,20 A. O canal 3 apresenta a tensão medida no barramento CC do conversor (221 V), ao passo que no canal 4 encontra-se a corrente de entrada do conversor, corrente esta fornecida pela fonte CC, apresentando um valor médio de 4,74 A. Após uma breve comparação entre os valores definidos e os obtidos é possível constatar que são valores bastante próximos, o que seria de esperar. Como exemplo, se se dividir o valor de tensão presente no canal 1 pelo valor de corrente presente no canal 2, obtém-se aproximadamente 26 Ω, o valor da carga resistiva.

É também possível afirmar que o controlo implementado para a corrente de saída e tensão do barramento CC foi bem ajustado e encontra-se em correto funcionamento.

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Figura 6.9 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente de carga presente na bobina (CH2: 5 A/div), tensão presente no barramento CC (CH3: 50 V/div) e corrente de descarga presente na bobina (CH4: 5 A/div) do conversor

CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e Vbat1 > Vbat2.

De forma a demonstrar todas as formas de onda e valores de tensão e corrente que comprovem o correto funcionamento do conversor em modo I, na Figura 6.10 encontram-se representadas as formas de onda da tensão de entrada e saída do conversor e também a corrente de entrada e saída. No canal 1 encontra-se igualmente repreencontra-sentada a forma de onda da tensão de saída com um valor de 137 V (Vbat2), presente aos terminais da carga resistiva, ao passo que no canal 2 tem-se a corrente de saída, presente na bobina do VE2. No canal 3 encontra-se a tensão presente à entrada do conversor (Vbat1), com um valor de 162 V, sendo esta a tensão máxima fornecida pelas fontes CC utilizadas. Por último, tem-se no canal 4 a corrente fornecida pela fonte ao conversor, corrente esta presente na bobina do VE1, tendo um valor de -4,79 A. Após uma breve analise, é possível concluir que a tensão de entrada é superior à tensão de saída, sendo esta uma das condições de operação do modo I. Também é possível observar que o valor da corrente de entrada é superior ao da corrente de saída, cerca de 40 mA. Por fim, através de cálculos é possível obter uma potência de entrada de 776 W e uma potência de saída de 715 W, resultando num rendimento de aproximadamente 92%.

Figura 6.10 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente de carga presente na bobina (CH2: 5 A/div), tensão presente na entrada do conversor (CH3: 50 V/div) e corrente de descarga presente na bobina (CH4: 5 A/div) do

conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e Vbat1 > Vbat2.

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De modo a finalizar os testes práticos ao modo I de operação do conversor, na Figura 6.11 encontram-se presentes as formas de onda da tensão de entrada, tensão do barramento CC, tensão de saída e a corrente presente no barramento CC. No canal 1 encontra-se novamente a forma de onda da tensão de saída, presente aos terminais da carga resistiva, com um valor de 136 V. No canal 3, pode-se observar a forma de onda da tensão de entrada, fornecida pelas fontes CC, com um valor de 160 V, ao passo que, no canal 4 encontra-se a forma de onda da tensão presente no barramento CC. No canal 2, é possível observar a forma de onda da corrente presente no barramento CC, iV2V, que tem como valor médio 3,22 A e assume uma forma de onda sinusoidal. Tal forma de onda deve-se ao facto de a mesma estar a ser media entre os barramentos CC das duas placas, ou seja, entre os condensadores das 2 PCBs, o que lhe confere a mesma forma da corrente presente nos condensadores. É também visível que a condição iV2V > 0 é garantida, satisfazendo todas as condições de funcionamento impostas para operação em modo I do conversor.

Figura 6.11 - Tensão presente na saída do conversor (CH1: 50 V/div), corrente presente no barramento CC (CH2: 5 A/div), tensão presente na entrada do conversor (CH3: 50 V/div) e tensão presente no barramento CC (CH4: 50 V/div) do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi em modo I de operação segundo as condições: iV2V > 0 e

Vbat1 > Vbat2.

Concluída a análise das figuras presentes nesta subsecção e validadas as condições de operação definidas para o modo I, é então confirmado o correto funcionamento do conversor CC-CC bidirecional não isolado buck boost split pi. Comparando os resultados experimentais obtidos com os resultados das simulações computacionais, é verificado que as formas de onda apresentam o mesmo comportamento, apesar de os valores nominais de operação definidos serem diferentes, o que não invalida o seu funcionamento. A única diferença verificada reside na corrente de entrada do conversor ser ligeiramente superior à de saída, o que não se verifica nas simulações computacionais. No entanto, problemas como indutâncias e capacidades parasitas, perdas de comutação e ruido eletromagnético estão na sua origem, problemas estes que não são contemplados nas simulações computacionais.

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