Simulação da Fonte

A etapa de simulação do circuito de potência tem o objetivo de comprovar os estudos realizados na parte de análise e projeto do conversor, fornecendo informações sobre as tensões e correntes em todos os elementos que compõem o circuito. Para a realização das simulações utilizou-se o pacote de programas Orcad 9.2.

A seguir estão apresentados os resultados de simulação da topologia proposta operando em malha aberta e com potência nominal. Os valores dos componentes utilizados são os projetados anteriormente, assim como os parâmetros de comutação já especificados. Os modelos dos semicondutores utilizados na simulação são os dos componentes escolhidos para serem utilizados no protótipo. No caso dos capacitores, acrescentou-se o valor de sua RSE, fornecida pelo fabricante. Também foi adicionada na simulação a

indutância magnetizante do transformador projetado. No caso dos diodos retificadores de saída, utilizou-se o modelo do diodo MUR1615CT, devido à indisponibilidade de um

modelo para o diodo schottky escolhido. O circuito utilizado para simulação é apresentado na Fig. 5-3.

Fig. 5-3 – Circuito utilizado para simulação.

A primeira simulação do conversor foi feita sem a utilização do indutor do filtro de entrada, para que se possa verificar a ondulação em alta freqüência presente na corrente de entrada. Na Fig. 5-4 tem-se a tensão e a corrente de entrada para esta situação.

Tempo 50ms 55ms 60ms 65ms 70ms 75ms 80ms 85ms 90ms 95ms 100ms Vi -400V 0V 400V Ii -2.0A 0A 2.0A

Fig. 5-4 – Tensão e corrente de entrada sem o indutor de filtragem.

Por simulação, foram obtidos os valores da taxa de distorção harmônica (TDH) total e a amplitude de cada harmônico da corrente de entrada, além do ângulo de defasagem entre tensão e corrente na entrada do circuito. A TDH total da corrente de entrada, considerando os 99 primeiros harmônicos devido às limitações do simulador, ficou em 10%, o ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente ficou em aproximadamente 1°. A partir destes dados pode-se calcular o fator de potência da estrutura apresentado pela equação (5.54).

( )

A Fig. 5-5 apresenta a amplitude dos primeiros 40 harmônicos presentes na corrente e a sua comparação com os padrões estabelecidos pela norma IEC 61000-3-2 classes A e D[4].

0 0,5 1 1,5 2 2,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Numero do Harmônico Co rr en te (A )

Limites - IEC 61000-3-2 Classe A Valores Medidos

Limites - IEC 61000-3-2 Classe D

Fig. 5-5 – Valores limites das correntes e harmônicos na entrada do conversor CA-CC CFP-EU.

Contudo, sabe-se que esta análise do fator de potência não é totalmente verdadeira, pois não foram considerados os harmônicos em alta freqüência, responsáveis pela ondulação de corrente, que pode ser visualizada na Fig. 5-4.

Adicionando o indutor de filtragem projetado à simulação, têm-se o resultado na Fig. 5-6 para a tensão e a corrente na entrada do conversor.

Fig. 5-6 – Tensão e corrente de entrada da fonte com o indutor de filtragem.

Na Fig. 5-6 pode-se observar que a adição do indutor do filtro de entrada praticamente elimina a ondulação de corrente em alta freqüência, permitindo que a análise considerando os 99 primeiros harmônicos seja suficiente para se ter uma boa estimativa. A

pequena deformação que aparece na corrente de entrada é provocada pela presença da terceira harmônica, conforme pode-se constatar observando a Fig. 5-5.

A Fig. 5-7 representa a corrente no diodo D1 da ponte retificadora, demonstrando a

necessidade de se utilizar diodos rápidos.

Fig. 5-7 – Corrente no diodo D1 da ponte retificadora de entrada.

Na Fig. 5-8 estão apresentadas as correntes nos indutores Lin1 e Lin2 e na entrada da

fonte no instante em que a corrente de entrada (ILf) passa por seu valor máximo. Nesta, é

possível perceber que a corrente de entrada possui valor igual à metade do valor máximo da corrente dos indutores Lin, conforme a equação (3.17).

Fig. 5-8 – Correntes nos indutores Lin1 e Lin2 e no indutor de filtragem, durante o valor máximo da tensão de entrada .

Nas Fig. 5-9 e Fig. 5-10 tem-se a corrente no interruptor S1 nos instantes em que a

tensão de entrada atinge seu valor máximo e passa por zero, respectivamente. No instante em que a tensão de entrada atinge seu valor máximo, as correntes nos indutores Lin

também são máximas, portanto, neste instante, a corrente nos interruptores também é máxima. Já no instante em que a tensão de entrada cruza por zero, as correntes nos indutores Lin são praticamente nulas, logo, neste instante, a corrente nos interruptores é

Tempo 170.78ms 170.80ms 170.82ms 170.84ms 170.86ms 170.88ms IS1 -10A 0A 10A Vi 310.90V 310.95V 311V

Fig. 5-9 – Tensão de entrada Vi quando atinge seu valor máximo e corrente no interruptor S1.

Fig. 5-10 - Tensão de entrada Vi quando passa por zero e corrente no interruptor S1.

Os valores atingidos pela corrente no interruptor na Fig. 5-10 são justificados pela corrente magnetizante do transformador, que foi desconsiderada na análise apresentada.

Tempo 170.78ms 170.80ms 170.82ms 170.84ms 170.86ms 170.88ms 170.90ms ILr -10A -5A 0A 5A 10A Vab -200V 0V 200V

Fig. 5-11 – Tensão Vab e corrente no indutor ressonante Lr.

A Fig. 5-12 apresenta as tensões de barramento e de saída da fonte. Nesta é possível perceber que a tensão de saída praticamente não possui ondulação em alta freqüência, devido ao elevado valor utilizado no capacitor do filtro de saída. Isto porém não impede a ondulação em baixa freqüência, que é um reflexo da ondulação da tensão de barramento. Esta característica é intrínseca ao funcionamento desta estrutura, e pode não ser interessante para algumas aplicações.

De maneira geral, os valores para o qual as grandezas simuladas convergiram estão muito próximos daqueles calculados, validando o equacionamento apresentado para o projeto desta estrutura.