Introdu¸ c˜ ao Geral
1.2.3 Solu¸ c˜ oes baseadas em Eletrˆ onica de Potˆ encia
Sistemas para solucionar problemas em QEE s˜ao subdivididos em dois grupos (Bollen, 1999). O primeiro visa garantir que os equipamentos usados nos processos (industriais, comerciais ou residenciais) sejam menos sens´ıveis aos dist´urbios. O segundo consiste na ins- tala¸c˜ao de dispositivos customizados para eliminar ou compensar os dist´urbios. A Eletrˆonica de Potˆencia est´a inserida fortemente no segundo grupo.
Dentre os v´arios dispositivos para CUPS (do inglˆes Custom Power System), neste tra- balho destacam-se:
• Filtros Ativos de Potˆencia ou Compensadores Est´aticos: Presente na literatura como APF (do inglˆes Active Power Filters), estes dispositivos s˜ao capazes de compensar dist´urbios como harmˆonicos de corrente e tens˜ao;
• Sistemas de CA-CC-CA: Sua estrutura ´e composta por um conversor back-to-back. ´E usado para melhorar o desempenho de acionamento de motores e dar maior confiabili- dade ao sistema podendo corrigir distor¸c˜oes harmˆonicas e aumentar fator de potˆencia. Algumas estruturas dependendo da opera¸c˜ao, s˜ao semelhantes `as fontes de tens˜ao ini- terruptas;
• Restaurador Dinˆamico de Tens˜ao: Normalmente referenciado como DVR (do inglˆes Dynamic Voltage Restorer ), ´e indicado para compensar afundamentos de tens˜ao. A disposi¸c˜ao deste dispositivo se caracteriza por uma compensa¸c˜ao s´erie. Maiores expli- ca¸c˜oes ser˜ao apresentadas com rela¸c˜ao a este dispositivo;
Figura 1.4: Exemplo de um sistema el´etrico com equipamentos baseados em eletrˆo- nica de potˆencia melhoria da QEE.
Na Figura 1.4 tem-se um exemplo dos dispositivos citados no intuito de compensar/mitigar os dist´urbios destacados neste trabalho com destaque para os cap´ıtulos exatos da tese onde est˜ao sendo apresentadas novas solu¸c˜oes/configura¸c˜oes para os devidos cen´arios de aplica¸c˜ao nos sistemas em estudo.
1.3
Contribui¸c˜oes da Tese
As contribui¸c˜oes deste trabalho concentram-se no estudo e apresenta¸c˜ao de novas topo- logias, de DVR e APF, baseadas no conceito de se utilizar transformadores com terminais a enrolamentos abertos e, em alguns casos, estrela. Um sistema flex´ıvel de acionamento CA- CC-CA tamb´em ´e proposto neste trabalho com intuito de oferecer `a m´aquina de indu¸c˜ao
trif´asica n´ıveis otimizados de opera¸c˜ao em baixa e alta velocidade.
As estruturas apresentadas s˜ao comparadas em n´ıvel de simula¸c˜ao usando como princi- pais figuras de m´erito: i) perdas nas chaves semicondutoras, ii) perdas de alta frequˆencia no barramento CC, iii) n´ıveis de THD (Total Harmonic Distortion) nas correntes, e iv) WTHD (Weighted Total Harmonic Distortion) nas tens˜oes de sa´ıda dos conversores.
1.4
Organiza¸c˜ao do Texto da Tese
No Cap´ıtulo 2, tem-se uma apresenta¸c˜ao sucinta de algumas estruturas convencionais encontradas na literatura bem como um breve estado da arte de cada tipo de aplica¸c˜ao. As aplica¸c˜oes englobam sistemas a trˆes e quatro fios para os casos de DVRs e APF paralelo. O sistema de acionamento CA-CC-CA proposto neste trabalho tamb´em ´e comentado e a justificativa de sua aplica¸c˜ao ´e apresentada no contexto atual dos sistemas convencionais.
No Cap´ıtulo 3, s˜ao apresentadas as estruturas propostas bem como estrat´egia de modula- ¸c˜ao PWM para sistemas a trˆes fios e a quatro fios com aplica¸c˜ao em restauradores dinˆamicos de tens˜ao (DVRs). Ao final do mesmo, uma configura¸c˜ao generalizada ´e brevemente apre- sentada como resultado do estudo progresso das configura¸c˜oes deste trabalho.
No Cap´ıtulo 4, s˜ao apresentadas estruturas propostas de compensadores com conex˜ao s´e- rie ou paralelo para sistemas a trˆes fios, podendo atuar como APFs. A caracter´ıstica principal destas configura¸c˜oes est´a vinculada com uso de transformadores em cascata possibilitando reduzir o n´umero de barramentos (uso de um ´unico barramento).
No Cap´ıtulo 5, s˜ao apresentadas as estruturas semelhantes por´em para aplica¸c˜oes como compensadores est´aticos conectados em paralelo comumente conhecidos como filtro ativo de potˆencia (APF) do tipo paralelo. S˜ao propostas configura¸c˜oes para sistemas a trˆes fios e a quatro fios.
No Cap´ıtulo 6, ´e apresentado um sistema flex´ıvel de acionamento trif´asico CA-CC-CA em que seu principal objetivo ´e possibilitar a otimiza¸c˜ao da opera¸c˜ao do sistema em baixa e alta velocidade garantindo a opera¸c˜ao adequada da m´aquina trif´asica onde, neste caso, foi usado um motor de indu¸c˜ao trif´asico.
CA de m´aquinas trif´asicas com terminais a enrolamentos abertos em que os conversores pos- suem uma combina¸c˜ao de bra¸cos de dois n´ıveis e bra¸cos de trˆes n´ıveis. Em uma abordagem semelhante, algumas estruturas de DVRs s˜ao estudadas utilizando-se m´odulos monof´asicos conectados diretamente, em estrela ou delta em transformadores com enrolamentos em co- nex˜ao estrela. O intuito destas estruturas ´e oferecer uma solu¸c˜ao alternativa com custo intermedi´ario bem como suas figuras de m´erito.
No Cap´ıtulo 8, as principais conclus˜oes diante do estudo feito s˜ao apresentadas. Um quadro resumo ´e apresentado de forma a sintetizar as principais figuras de m´erito deste trabalho. Os trabalhos futuros bem como sugest˜oes de estudos a posteriori s˜ao apresentados para fins de verifica¸c˜ao e avalia¸c˜ao de viabilidade.
1.5
Produ¸c˜ao Gerada
No que diz respeito `a divulga¸c˜ao dos resultados obtidos nesta tese, as principais publi- ca¸c˜oes em peri´odicos e anais de eventos est˜ao enumeradas a seguir:
• Artigos publicados em peri´odicos do IEEE:
1. JACOBINA, C. B.; ROCHA, N.; DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; DOS SAN- TOS, E. C.. Flexible Series/Parallel AC/DC/AC Motor Drive System. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, no. 1, pp. 259-270, Jan.-Feb. 2015.
(Jacobina et al., 2015) - doi: 10.1109/TIA.2014.2334738
2. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; Jacobina, C. B.; DOS SANTOS, E. C.; FABRI- CIO, E. L. L.; ROCHA, N. Shunt Active Power Filter With Open-End Winding Transformer and Series-Connected Converters. IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 51, no. 4, pp. 3273-3283, July-Aug. 2015.
(de Almeida Carlos et al., 2015)] - doi: 10.1109/TIA.2015.2394318
3. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; JACOBINA, C. B.; DOS SANTOS, E. C.. Inves- tigation on Dynamic Voltage Restorers With Two DC Links and Series Converters for Three-Phase Four-Wire Systems. IEEE Transactions on Industry Applicati- ons, vol. 52, no. 2, pp. 1608-1620, March-April 2016.
(d. A. Carlos et al., 2016)]] - doi: 10.1109/TIA.2015.2490040
4. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; DOS SANTOS, E. C.; JACOBINA, C. B.; MELLO, J. P. R. A. Dynamic Voltage Restorer Based on Three-Phase Inverters Cascaded Through an Open-End Winding Transformer. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 1, pp. 188-199, Jan. 2016.
(de Almeida Carlos et al., 2016)] - doi: 10.1109/TPEL.2015.2404798
• Artigos publicados em anais de eventos internacionais:
1. CARLOS, G. A. A.; JACOBINA, C. B.; DOS SANTOS, E. C.. Investigation on dynamic voltage restorers with two DC-links and series converters for three- phase four-wire systems. 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Pittsburgh, PA, 2014, pp. 4353-4360.
(Carlos et al., 2014) - doi: 10.1109/ECCE.2014.6953994
2. JACOBINA, C. B.; ROCHA, N.; DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; DOS SANTOS, E. C. Ac-Ac three-phase drive system based on twelve-leg de-link converter. 2013 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Denver, CO, 2013, pp. 2445- 2452.
(Jacobina et al., 2013b) - doi: 10.1109/ECCE.2013.6647015
3. DE A. CARLOS, G. A.; JACOBINA, C. B.; DOS SANTOS, E. C.; FABRICIO, E. L. L.; Rocha, N. Shunt active power filter with open-end winding transformer and series connected converters. 2013 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Denver, CO, 2013, pp. 5215-5221.
(de Carlos et al., 2013) - doi: 10.1109/ECCE.2013.6647406
4. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; JACOBINA, C. B. Series compensator based on cascaded transformers coupled with three-phase bridge converters. 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Montreal, QC, 2015, pp. 3414-3421.
(de Almeida Carlos e Jacobina, 2015) - doi: 10.1109/ECCE.2015.7310142
5. CARLOS, G. A. A.; DOS SANTOS, E. C.; SOUSA, R. P. R.; JACOBINA, C. B.; BARROS, L. M.; OLIVEIRA, A. C. DVR with five-level converter based on
three-and two-level legs connections. 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Montreal, QC, 2015, pp. 5474-5481.
(Carlos et al., 2015a) - doi: 10.1109/ECCE.2015.7310430
6. CARLOS, G. A. A.; SOUSA, R. P. R.; JACOBINA, C. B.; MELLO, J. P. R. A.; BARROS, L. M.; OLIVEIRA, A. C. Three-phase drive systems based on OEW configurations with reduced controlled switch count. 2015 IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Fortaleza, 2015, pp. 1-6.
(Carlos et al., 2015b) - doi: 10.1109/COBEP.2015.7420110
7. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; JACOBINA, C. B.; MELLO, J. P. R. A.; DOS SANTOS, E. C.. Shunt active power filter based on cascaded transformers cou- pled with three-phase bridge converters. 2016 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Long Beach, CA, 2016, pp. 2720-2726. (Carlos et al., 2016a) - doi: 10.1109/APEC.2016.7468248
8. CARLOS, G. A. d. A.; JACOBINA, C. B.; DOS SANTOS, E. C. SAPF with two Dc-links and series converters feeding OEW transformers for 3P4W systems. IECON 2014 - 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, TX, 2014, pp. 5214-5220.
(de Carlos et al., 2014) - doi: 10.1109/IECON.2014.7049294 • Artigo aceito para publica¸c˜ao em eventos internacionais:
1. DE ALMEIDA CARLOS, G. A.; JACOBINA, C. B; DOS SANTOS, E. C. Cas- caded Open-End Winding Based DVR. 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2016, pp-pp.