RESULTADOS EXPERIMENTAIS

A operação no modo conectado a rede ou no modo autônomo é decidida pela falta da rede o qual é detectada pelo algoritmo apresentado em 4.3, o qual esta inserido no fluxograma apresentado na Figura 4.11, que por sua vez, determina de forma geral o funcionamento e troca de modos de operação.

Para validar a estratégia de gerenciamento e troca de modos de operação, a UPS é acionada no modo conectado a rede de forma a alimentar uma carga de saída de 10 kW. Em seguida a rede é removida através da abertura de um disjuntor. A Figura 4.21 apresenta o comportamento das correntes do sistema durante este transitório.

Primeiramente ao seccionar a rede o algoritmo de detecção da queda da rede é sensibilizado e o retificador é imediatamente inibido, a corrente da rede possui valor zero neste momento (iag). Em seguida o controle da tensão do barramento drena a corrente

necessária da bateria ibat ≈ 30A para manter o barramento regulador. O retificador é

conectado ao PMSG e o MCI é acionado pelo retificador com a corrente da bateria. Após o MCI ganhar velocidade, um torque de referência é aplicado pela malha de controle de carga da bateria a fim de manter a corrente de carga em seu valor nominal (i∗∗_bat=-4,5A). A corrente da carga (iao) permanece inalterada durante este intervalo. O

tempo entre a detecção da falta da rede até o gerador assumir a carga de saída é de aproximadamente 5 segundos.

A Figura 4.22 mostra a reconexão com a rede a qual é simulada com o religamento do disjuntor aberto no ensaio anterior. Ao detectar a presença da rede o retificador é inibido e desconectado do PMSG. Já a corrente da bateria assume a carga de saída enquanto o retificador é conectado a rede.

Observando as correntes da rede, pode-se visualizar um transitório de corrente nos indutores do filtro LCL durante a reconexão, visto que o barramento CC está em seu valor máximo e os indutores estão descarregados, este transitório é propagado até a corrente da bateria. Em seguida uma corrente é drenada do retificador pela malha de controle de carga da bateria a fim de manter a corrente de carga em seu valor nominal (i∗∗_bat=-4,5A). A corrente da carga (iao) permanece inalterada durante este intervalo. O tempo

entre a detecção da presença da rede até o retificador assumir a carga de saída é de aproximadamente 3 segundos.

Figura 4.21 – Resultado experimental: Detecção da falha da rede e troca do modo co- nectado à rede para o modo autônomo em regime start para uma potência de saída de 10 kW. De cima para baixo: Corrente da bateria (ibat), 25A/div.

Corrente de linha do gerador (iam), 50A/div. Corrente de fase da rede (iag),

50A/div. Corrente de saída (iao), 50A/div. Escala de tempo: 2s/div.

Figura 4.22 – Resultado experimental: Detecção da presença da rede e troca do modo autônomo em regime start para o modo conectado à rede para uma potência de saída de 10 kW. De cima para baixo: Corrente da bateria (ibat), 25A/div.

Corrente de linha do gerador (iam), 50A/div. Corrente de fase da rede (iag),

50A/div. Corrente de saída (iao), 50A/div. Escala de tempo: 2s/div.

Fonte: Autor.

Para validar a operação em regime start-stop, dois ensaios foram realizados, sendo o primeiro para uma potência de 7,5 kW, Figura 4.23, e o segundo para um potência de 5 kW, Figura 4.24. Os dados deste ensaio foram coletados salvando-se o conteúdo da memória do DSP (Processador Digital de Sinais). Os dados foram salvos a uma taxa da 1 amostra por segundo durante um intervalo de 5700s=1h35min, este é valor máximo de memória disponível no DSP para armazenamento de dados de ensaios.

Como o intervalo de tempo disponível é relativamente pequeno, então a frequência do regime start-stop foi aumentada através da definição da profundidade de descarga em

DODSS=4%, desta forma mais eventos de partida do MCI são capturadas. Além disso,

define-se Pcut_in=Pcut_of f=10kW, desta forma o sistema opera sempre em regime start-

stop. A temperatura mínima no qual o motor deve entrar em modo start é definida em Tmin=75oC, a qual não foi atingida durante o ensaio.

Em ambos os ensaios das Figuras 4.23 e 4.24 são apresentados na primeira parte do gráfico as potências de saída (Pinv), potência mecânica no eixo Pmec calculada pela

velocidade multiplicado pelo torque do torquímetro. Na segunda parte é apresentada a velocidade do MCI ωm ≈ 2100rpm, visto que a potência é semelhante. Na terceira parte

do gráfico é apresentada a temperatura do MCI (TM CI). Na quarta parte do gráfico é

mostrada o estado de carga (SOC). E na quinta parte é mostrado a tensão da bateria (vbat) e por último a corrente da bateria (ibat).

Durante a operação do MCI as baterias estão sendo recarregadas com ibat=-4,5A,

e a potência mecânica é dada pela soma da potência de saída com a potência de carga das baterias. A temperatura do MCI é controlada entre 85oC e 92oC pelo sistema de arrefecimento, o qual liga/desliga a ventoinha acoplada ao radiador do MCI.

Como pode ser visto nas figuras, no momento que o MCI é acionado a temperatura cai abruptamente visto que a maior perda de temperatura do MCI acontece no radiador o qual esta localizado a uma certa distância do sensor de temperatura. Quando o MCI é acionado esta água mais fria toca o sensor diminuindo a sua temperatura. Já quando o MCI é desligado temperatura sobe, pois a temperatura do bloco do motor, o qual esta na ordem de centenas de graus, é transmitida para água do sistema de arrefecimento o qual está próximo do sensor de temperatura.

No primeiro ensaio com uma potência de 7,5kW a frequência de partida do MCI é de 2,22 partidas/hora e para a potência de 5 kW a frequência de partida é de 1,9 partidas/hora, o que está muito próximo ao previsto pelo gráfico da Figura 4.14.

Figura 4.23 – Resultado experimental para o sistema operando em regime start-stop, para uma potência de saída de 7,5 kW. Pcut_in=Pcut_of f=10kW e DODSS=4%.

Figura 4.24 – Resultado experimental para o sistema operando em regime start-stop, para uma potência de saída de 5 kW. Pcut_in=Pcut_of f=10kW e DODSS=4%.

4.8 CONCLUSÃO

Nesta seção do trabalho foram apresentados os aspectos relacionados às duas técni- cas utilizadas para minimizar o consumo específico de combustível, sendo elas a operação em velocidade variável e a operação em regime start-stop.

Com relação a operação em velocidade variável, definiu-se a velocidade de refe- rência que minimiza o consumo de combustível baseado nos ensaios de mapeamento do consumo específico, onde utilizou-se uma técnica off-line para determinação da velocidade que proporciona o consumo específico mínimo em função da potência de saída do inversor. A operação em velocidade variável apresentou redução no consumo específico em prati- camente toda a faixa de operação, sendo a máxima redução de 32% para a potência 7,5 kW.

Já para a operação em regime start-stop, foram definidos os critérios para entrada e saída de operação do MCI, baseado em critérios de potência gerada e estado de carga da bateria. Verificou-se que a operação em regime start-stop obteve um melhor resul- tado para potências baixas, ou seja, menores do que 7,5 kW. Nesta faixa de operação a redução de BSFC foi de 39% em 6 kW de operação. Verificou-se que a frequência de ope- ração do regime start-stop possui pouca influência no consumo específico, visto que pouco combustível foi utilizado na partida. A influência da profundidade descarga também foi investigada, onde constatou-se que a profundidade de descarga DODSS=20% maximiza

a vida útil da bateria.

Através da operação em conjunto, do regime start-stop e da velocidade variável, pode-se explorar as melhores características de ambas as técnicas. Isto é, reduzir o BSFC para cargas baixas através do regime start-stop, e para cargas intermediárias através da velocidade variável.

Também apresentou-se a configuração da UPS híbrida proposta e seus modos de operação. Verificou-se que com a adição de contatoras extras é possível aumentar a flexibilidade do arranjo e possibilitar o redirecionamento do fluxo de potência de acordo com as necessidades. Apresentou-se também a estratégia para comutação de modos de operação, a qual foi validada experimentalmente. A comutação de modos mostrou ser eficiente e rápida demandando tempos inferiores a 2-3 s de utilização da bateria nas comutações.