Como estágio retificador empregou-se a ponte retificadora SKD 30/08 fabricada pela SEMIKRON, cujas especificações são 800 V de tensão reversa máxima e 30 A de corrente eficaz.
5.4.2 Capacitor CWT
Similarmente ao capacitor de entrada do sistema fotovoltaico, a
especificação de CWT deve ser feita mantendo-se o compromisso entre a
máxima ondulação de tensão e a resposta dinâmica associada ao rastreamento de máxima potência. Com base em [92], utilizou-se um banco de 3400 µF / 400 V, formado por cinco capacitores eletrolíticos de 680 µF/ 400 V (B43303-A687-M90) cada, interligados em paralelo e fabricados pela
EPCOS.
5.4.3 Indutor L1
Os principais aspectos construtivos do indutor L1 são apresentados
na Tabela 5.4, sendo a estimativa de elevação de temperatura, 37 ºC. Tabela 5.4 – Aspectos construtivos do indutor L1.
Indutância 839 μH
Núcleo E-65/33 Thorton – IP12R
Número de espiras 40
Entreferro 0,96 mm
Condutor utilizado AWG 22
Número de condutores em paralelo 7
5.4.4 Indutor L2
Analogamente, os aspectos construtivos referentes ao indutor L2 são
resumidos na Tabela 5.5, sendo a temperatura elevada em 43 ºC. Tabela 5.5 – Aspectos construtivos do indutor L2.
Indutância 1,62 mH
Núcleo E-65/33 Thorton – IP12R
Número de espiras 62
Entreferro 1,18 mm
Condutor utilizado AWG 22
5.4.5 Capacitor Co1
As restrições empregadas na definição do capacitor Co1, obtidas a
partir da análise do conversor, são listadas na Tabela 5.6. Tabela 5.6 – Restrições para determinação do capacitor Co1.
Capacitância mínima 53,1 μF
Tensão mínima 85 V
Corrente eficaz mínima 8,25 A
A partir de tais restrições, adotaram-se dois conjuntos em série, com três capacitores B41505-A9338-M, fabricados EPCOS, em paralelo cada um. Como resultado, obteve-se o banco capacitivo cujas especificações são apresentadas na Tabela 5.7.
Tabela 5.7 – Características do banco capacitivo empregado.
Capacitância 5 mF
Tensão máxima 200 V
Corrente eficaz máxima (@ 105 ºC) 9 A
5.4.6 Capacitor Co2
A exemplo do capacitor de saída do sistema fotovoltaico, o capacitor
Co2 tem função de desacoplar a indutância dos cabos que ligam a saída do
conversor ao barramento cc, cuja capacitância total é Cbar=31,5 F. Assim
sendo, foi adotado um capacitor de polipropileno de 1 μF/ 250 V.
5.4.7 Interruptores S1 e S2
Utilizando-se os esforços de tensão e de corrente em cada um dos interruptores, listados na Tabela 5.8, e a disponibilidade de componentes, como critérios, optou-se pelo o uso de MOSFETs SiHG47N60S, fabricados pela Vishay.
Tabela 5.8– Esforços de tensão e de corrente nos interruptores S1 e S2.
Corrente média (S1) 8,89 A Corrente eficaz (S1) 14,78 A Tensão máxima (S1) 125 V Corrente média (S2) 4,56 A Corrente eficaz (S2) 6,81 A Tensão máxima (S2) 85 V
5.4.8 Diodos D1 eD2
Analogamente, a partir dos esforços de tensão e de corrente da Tabela 5.9, optou-se por diodos APT40DQ60B, fabricados pela Microsemi.
Tabela 5.9 - Esforços de corrente e tensão nos diodos D1 e D2.
Corrente média (D 1) 10,3 A Corrente eficaz (D1) 13,1 A Tensão máxima (D1) 125 V Corrente média (D2) 5,70 A Corrente eficaz (D2) 7,61 A Tensão máxima (D2) 210 V 5.4.9 Elementos parasitas
Os elementos parasitas associados a cada um dos componentes seguem listados na Tabela 5.10.
Tabela 5.10– Elementos parasitas inerentes aos componentes do conversor.
Descrição Valor @ 100 ºC
Resistência de condução dos interruptores RS1 e RS2 122 mΩ
Queda de tensão nos diodos em condução VD1 e VD2 1,25 V
Resistência parasita do indutor L1 RL1 37 mΩ
Resistência parasita do indutor L2 RL2 59 mΩ
Resistência série do capacitor CWT RCWT 50 mΩ
Resistência série do capacitor Co1 RCo1 33 mΩ
Findada a etapa de dimensionamento, inicia-se, na próxima seção, o estudo concernente à estratégia de controle do conversor Boost QTN. 5
5..55 EEssttrraattééggiiaaddeeccoonnttrroolleeddooccoonnvveerrssoorrBBoooossttQQTTNN
A estratégia de controle do conversor Boost QTN, distintamente daquela empregada para controle do conversor Boost presente no sistema fotovoltaico, não será diferenciada em função do modo de operação, impondo-se a busca pelo ponto de máxima potência tanto no modo conectado à rede, quanto no isolado.
A justificativa para adoção de tal estratégia advém da análise da Figura 5.11, a partir da qual se percebe que a redução da potência fornecida pelo aerogerador pode ser feita levando-o a operar à esquerda ou à direita
do ponto de máxima potência; entretanto, em ambos os casos restrições importantes devem ser consideradas:
A mudança do ponto de operação do aerogerador deve ser realizada de forma lenta, respeitando sua inércia mecânica; A redução da potência através da diminuição da tensão aplicada
na saída da ponte retificadora (à esquerda do MPP) pode causar variações abruptas de corrente na máquina, quando a tensão na saída da ponte retificadora alcançar patamares inferiores a 35 V. Atenta-se que esse tipo de operação é proibitivo, em virtude de tais variações refletirem-se em sobretensões destrutivas ao conversor;
A redução da potência através do incremento da tensão da ponte retificadora (à direita do MPP), por sua vez, ocorre de forma suave, porém, dá-se com a elevação da rotação da máquina que, no caso limite, operaria a vazio. Novamente, tal tipo de funcionamento é inadequado e deve ser evitado, visando garantir a segurança da instalação e a estabilidade do sistema.
Figura 5.11 – Identificação das restrições de redução de potência na curva P-V. Mediante o exposto, tornam-se claras as vantagens associadas à permanência do aerogerador na busca pelo MPP, mesmo quando o sistema estiver operando no modo isolado. Ressalva-se, todavia, que a tensão do barramento cc somente manter-se-á estabilizada, no modo isolado, caso a potência gerada iguale-se à consumida adicionada das perdas. Assim sendo, a manutenção do aerogerador no MPP pode levar à violação de balanço de potência, culminando na instabilidade do sistema.
Evidentemente, resolve-se tal problema adicionado ao barramento cc um banco resistivo de frenagem, cuja função consiste em absorver a energia
excedente gerada pela turbina eólica, mantida em operação no MPP, mesmo durante a operação do sistema no modo isolado.
Do ponto de vista de aproveitamento energético, não há diferença entre retirar o aerogerador do ponto de máxima potência ou utilizar um banco resistivo para consumir a potência excedente devido sua permanência nesse ponto de operação, haja vista que, em ambos os casos, parte da energia disponível não estaria sendo aproveitada efetivamente.
Em contrapartida, o emprego da estratégia baseada no uso do banco resistivo possibilita operar o sistema com segurança, seja do ponto de vista do conversor estático ou da turbina eólica, atentando-se ao fato de que a adição de um banco resistivo no barramento cc resulta em custo adicional de implementação.
A seguir aborda-se o controle do conversor Boost QTN para extração da máxima potência do aerogerador.
5.5.1 Conversor Boost QTN aplicado ao rastreamento do ponto de