Soluções para diminuir a corrente de circulação em inversores em paralelo

Nos inversores paralelos, a corrente de circulação pode ser diminuída controlando apropriadamente as chaves, isto é, evitando diferenças entre os tempos de chaveamento dos braços para conseqüentemente diminuir os tempos que dão origem as correntes de circulação. No caso dos inversores entrelaçados não é possível evitar as correntes de circulação controlando os tempos de comutação por causa do entrelaçamento dos sinais de controle e porque sua dinâmica é muito rápida (acontecem na freqüência de chaveamento) [1].

Uma possibilidade para diminuir a corrente de circulação é aumentar o tamanho dos indutores ou incrementar a freqüência de chaveamento, mas fazendo isto as vantagens próprias dos inversores entrelaçados são subutilizadas [1]. As soluções propostas na literatura estão baseadas na utilização de indutores acoplados, como a técnica proposta por Costan em [18] ou por Matsui et al. em [3] que foi analisada na seção 2.8.1. Para inversores entrelaçados trifásicos, por exemplo, em [1] é proposta uma arquitetura que consiste em colocar uma bobina de choque na saída de cada inversor trifásico para que estas apresentem uma impedância alta para as correntes de circulação e baixa para as correntes trifásicas. O circuito para dois inversores trifásicos entrelaçados é mostrado na Figura 2-29.

E E Carga Lf Lf Lf Lf Lf Lf Inversor 1 Inversor 2 a1 b1 c1 a2 b2 c2 Indutores de filtro Bobinas de modo comum

Figura 2-29 Inversor trifásico entrelaçado com bobinas de choque

O principio de funcionamento desta solução, aproveita o fato de que as correntes de circulação geradas pelos braços de cada inversor trifásico são idealmente iguais, então o fluxo gerado no núcleo da bobina de choque é alto e, portanto a impedância é grande. No caso das correntes trifásicas, elas vêem uma impedância muito baixa devido a que são sinais diferenciais, e o fluxo que geram no núcleo é praticamente nulo, com o qual a impedância é também baixa. Segundo os autores do método, o problema está em que as bobinas de choque precisam ser dimensionadas para o valor nominal da

de circulação veria uma impedância nula, assim, perderia-se o efeito desejado. No entanto, esta solução não deixa de ser interessante porque diminui notavelmente o valor da contracorrente, além disso, a complexidade desta solução não é alta.

2.11 Conclusões

Neste capítulo foi mostrado que o entrelaçamento dos comandos de inversores permite diminuir o tamanho dos elementos passivos ou a freqüência de chaveamento sem aumentar a THD na tensão de saída. Porém, a utilização do entrelaçamento traz problemas associados que devem ser levados em consideração. Assim, a diminuição dos indutores de ligação aumenta o ripple da corrente de cada braço e a corrente de circulação. Em conseqüência, aumentam as perdas e os tamanhos dos núcleos necessários para cada indutor de ligação.

Foi visto que o entrelaçamento pode ser avaliado de várias maneiras. Por exemplo, mediante a redução das ondulações das grandezas de saída ou pela ondulação das correntes nos braços ou avaliando a corrente de circulação ou comparando a dinâmica do conversor para diferentes escolhas dos elementos passivos. Com respeito a esta última característica, foi visto que a resposta ao degrau nas grandezas de saída muda dependendo da escolha dos elementos passivos e do número de braços. Assim o conversor apresenta formas de onda com comportamentos similares para determinadas escolhas. Por exemplo, mediante a redução simultânea das indutâncias e da capacitância, as grandezas apresentaram comportamentos oscilatórios (para os valores testados) enquanto que reduzindo somente a capacitância de filtro as correntes e a tensão de saída têm respostas amortecidas. Desta maneira, a dinâmica do conversor pode ser simplificada mediante uma escolha apropriada dos elementos passivos em função do número de braços utilizados no entrelaçamento.

Diferenças entre os elementos dos módulos em paralelo geram desequilíbrios entre as correntes dos braços do inversor. Os sinais de controle, as resistências das chaves, os indutores de ligação e suas respectivas resistências parasitas afetam diretamente a distribuição das correntes e o adequado funcionamento do inversor. Estes desequilíbrios não são desejados porque podem sobre aquecer os componentes e até destruí-los; adicionalmente uma distribuição não equilibrada das correntes deteriora o efeito do entrelaçamento porque podem aparecer componentes de freqüências menores do que Nfch na corrente e tensão de saída. Contudo, para melhorar a distribuição equitativa

das correntes nos braços existem técnicas baseadas no uso de elementos passivos que não alteram os sinais de controle, e desta forma não alteram as características trazidas pelo entrelaçamento. Porém, a utilização destas técnicas está principalmente limitada pelo aumento do volume e custo do conversor. Além disso, algumas delas também não seriam vantajosas para aplicações de média e alta tensão.

Técnicas de realimentação podem ser utilizadas para o controle da distribuição das correntes nos braços do inversor, porém, sua utilização faria com que os sinais de comando dos braços do inversor fossem diferentes, alterando as características de funcionamento ideal dos inversores entrelaçados. Desta maneira, a utilização das técnicas de realimentação deve ser feita somente para

compensar pequenas diferenças entre os módulos do inversor, isto é, o controle das correntes nos braços deve ser feito em inversores cujos braços não tenham muitas diferenças entre eles. Assim, os sinais de controle para os braços do inversor terão diferenças menores, diminuindo desta maneira as alterações feitas no inversor entrelaçado ideal.

Idealmente as correntes de circulação não dependem da carga e estão conformadas somente por componentes de alta freqüência, pelo que elas não podem ser diminuídas mediante a modificação dos sinais de controle. Para diminuir as correntes de circulação é possível aumentar o tamanho dos indutores de ligação, aumentar a freqüência de chaveamento ou diminuir a tensão no barramento c.c. Porém o aumento dos componentes e da freqüência de chaveamento opõe-se às características ganhas com o entrelaçamento e a diminuição do barramento c.c. está limitada pela tensão de saída.

Outros métodos para o controle da corrente de circulação envolvem o acoplamento magnético dos indutores de ligação. Neles nem sempre é necessário aumentar o tamanho dos indutores de ligação e a freqüência de chaveamento não precisa ser aumentada. O problema destes métodos é que as correntes nos braços devem ser equilibradas, e para garantir isto devem ser utilizadas outras técnicas adicionais. Assim, utilizando técnicas de controle, a modelagem e projeto dos controladores seriam bem mais complexos, e o uso das técnicas passivas para a distribuição da corrente está sujeito a custos e volumes maiores.