É importante ressaltar que, a partir de 3 ângulos de chaveamento, diversas formas de ondas de 7 níveis podem ser sintetizadas em função da escolha dos níveis de tensão que ocor- rerão as transições. Todas as conclusões são extraídas a partir da apreciação das formas de onda apresentadas neste capítulo.
A estratégia de modulação proposta nesta dissertação foi implementada a partir de um banco de dados constituído das informações obtidas através do emprego do AG (ângulos de chaveamento).
O modulador da estratégia SHE–PWM com AG (Figura 49) fornece o padrão de cha- veamento PWM para os IGBTs. Os pulsos referentes à fase a, para o caso de três ângulos de chaveamento, são sintetizados através do sinal indexador (Figura 48) que determina os inter- valos especificados na Tabela 18 (tabela de pesquisa) para geração dos pulsos dos dispositi- vos semicondutores de potência em função dos ângulos de chaveamento determinados pelo AG.
A Tabela 36 e a Tabela 37 unificam os 14 ensaios realizados nesta seção, sem controle da amplitude, utilizando F2 como função avaliada pelo AG, com a finalidade de apresentar o efeito do aumento das variáveis (k) na frequência de chaveamento dos ramos interno (Va3L) e externo (Va5L), na distorção harmônica total dos sinais de tensão de fase (Va7L) e tensão de linha (Va13L) e na mitigação e/ou minimização harmônica seletiva, tanto em relação à ampli- tude normalizada dos harmônicos (hn) quanto em relação à ordem do harmônico que supera o limite estabelecido pela ANEEL (hmáx).
Tabela 36 – Efeito do aumento das variáveis (k) na frequência de chaveamento dos ramos interno e externo, na DHT dos sinais de 7 e 13 níveis, em hn e hmáx mitigando até o 13º har- mônico conforme F2, sem controle da amplitude.
k fchav ramo externo
(Hz)
fchav ramo interno
(Hz) maAG L (V7L) DHT7L
(%) L (V13L) DHT13L
(%) h5
(pu) h7
(pu) h11
(pu) h13
(pu) hmáx
(pu)
3 60Hz 180Hz 0.9279 7 18.71 13 6.31 0.02 1.31 1.49 0.79 h29
4 60Hz 240Hz 0.7812 7 17.26 13 8.42 0.07 0.86 0.03 0.68 h19
5 60Hz 300Hz 0.8863 7 21.35 13 10.98 0.06 1.08 0.04 0.04 h17
6 180Hz 360Hz 0.9207 7 31.81 13 11.44 0.04 0.03 0.70 2.10 h17
7 180Hz 420Hz 0.5819 7 23.93 9 20.41 0.44 0.04 0.14 0.06 h17
8 180Hz 480Hz 0.6109 7 20.44 9 13.58 0.14 0.06 0.03 0.04 h17
9 180Hz 540Hz 0.7209 7 19.41 13 13.80 1.23 0.12 0.14 0.03 h17
Tabela 37 – Efeito do aumento das variáveis (k) na frequência de chaveamento dos ramos interno e externo, na DHT dos sinais de 7 e 13 níveis, em hn e hmáx mitigando até o 37º har- mônico conforme F2, sem controle da amplitude.
k fchav ramo externo fchav ramo interno maAG L (V7L) DHT7L L (V13L) DHT13L h5 h7 h11 h13 hmáx
(Hz) (Hz) (%) (%) (pu) (pu) (pu) (pu) (pu)
3 60Hz 180Hz 0.9241 7 18.61 13 6.85 0.02 0.70 0.05 3.46 h13
4 60Hz 240Hz 0.9489 7 25.08 13 7.13 3.44 1.32 0.02 0.14 h35
5 60Hz 300Hz 0.9238 7 18.60 13 6.86 0.04 0.62 0.05 3.50 h13
6 180Hz 360Hz 0.9448 7 25.48 13 7.04 2.77 1.33 0.02 0.57 h35
7 180Hz 420Hz 0.9212 7 19.31 13 8.69 0.04 0.06 0.94 2.29 h19
8 180Hz 480Hz 0.9233 7 20.00 13 9.37 0.03 0.29 1.71 1.16 h19
9 180Hz 540Hz 0.9182 7 19.14 13 9.23 0.04 0.06 0.03 2.49 h41
Da análise da Tabela 36 e da Tabela 37 conclui-se que a frequência de chaveamento do ramo interno varia linearmente com o aumento de ângulos de chaveamento, desta forma, quanto maior o número de variáveis maior será a frequência de chaveamento das chaves T3a, T4a,T3a’ eT4a’ (Figura 46). De maneira geral, nas operações onde o índice de modulação con- fere 7 níveis às tensões de fase, para k variáveis a frequência de chaveamento do ramo interno será k vezes a frequência da componente fundamental que neste caso é 60Hz (Lembrar os casos onde o conversor opera com baixos índices de modulação). Averiguando o comporta- mento das chaves que constituem o ramo externo (T1a, T2a,T1a’ eT2a’) nota-se que, a partir de 6 variáveis, a frequência de chaveamento triplica em relação à fundamental. As linhas desta- cadas na Tabela 36 e na Tabela 37 representam os melhores resultados em ambos os ensaios considerando frequência de chaveamento, DHT% e eficiência da mitigação harmônica para supressão até o 13º e 37º harmônicos, respectivamente.
Ainda, devido o conversor multinível operar com as chaves de maior potência em baixa frequência (ramo externo) e as de menor potência (ramo interno) com maiores frequên- cias de chaveamento, tanto as perdas por comutação quanto as por condução são reduzidas pois há a possibilidade de utilização de chaves com diferentes tecnologias de semicondutores em função dos diferentes valores de tensão e corrente requeridos, conferindo maior estabili- dade e rendimento à estrutura.
Em relação ao aumento de variáveis na síntese do sinal de 7 níveis, não foi possível definir de forma precisa o comportamento da DHT da tensão de fase. Tanto na Tabela 36 quanto na Tabela 37, a distorção harmônica varia de forma aleatória. Entretanto, avaliando a Tabela 37 nota-se que a inclusão de mais harmônicos ímpares não múltiplos de 3 até o limite do 37º, isto é, aumento da quantidade de harmônicos suprimidos,proporciona, na maioria dos casos, a geração de sinais com DHT menores. Desta forma, a menor DHT encontra-se Tabela 37 com valor de 18.61%, cujo sinal foi produzido a partir da utilização de 3 ângulos de cha- veamento. É importante observar que o ensaio com 5 ângulos de chaveamento listado na Ta- bela 37 apresentou resultados similares à simulação com 3 variáveis pois os ângulos de cha-
veamento θ3 e θ4 são iguais (ver Figura 70 e Tabela 27).Exceção ocorre no ensaio com 4 va- riáveis em que a DHT de 25.08 (Tabela 37) supera a DHT de 17.26 (Tabela 36).
De maneira geral, a DHT da tensão de linha aumenta com o acréscimo do número de variáveis, isto porque a forma de onda sintetizada pelo conversor se distancia da forma senoi- dal com o aumento das variáveis. Assim, o sinal de 13 níveis sintetizado através da modula- ção com 3 variáveis apresenta a menor DHT dentre as simulações executadas com valor de 6.31%. Na Tabela 36, o ensaio com 7 variáveis apresentou DHT de 20.41% em função do baixo índice de modulação de 0.5819 ocasionando a síntese de uma tensão de linha de 9 ní- veis justificando a alta DHT. Ainda, a Tabela 37 apresenta valores de DHT do sinal de 13 níveis menores em relação aos dados contidos na Tabela 36, mais harmônicos mitigados pro- porciona menor DHT, com exceção para o caso de 3 variáveis citado anteriormente.
De regra, para uma mesma quantidade de variáveis, nota-se que o aumento do número de harmônicos selecionados para mitigação e/ou minimização provoca uma majoração na ordem do harmônico que supera o limite estabelecido pela ANEEL (hmáx), possibilitando a utilização de filtros com menores restrições. Exceção para os ensaios com 3 e 5 variáveis listados na Tabela 37. No entanto, como o AG deve encontrar soluções com maiores requisi- tos, isto é, mitigar e/ou minimizar mais harmônicos, o conteúdo harmônico individual em baixas frequências é aumentado.
O acréscimo nas variáveis produz melhores resultados tanto em relação à amplitude normalizada dos harmônicos (hn) quanto em relação à ordem do harmônico que supera o limi- te estabelecido pela ANEEL (hmáx). No entanto, se por um lado é possível diminuir as restri- ções quanto à utilização de filtros por outro aumentam-se as perdas relacionadas à frequência de chaveamento. Assim, a escolha da função a ser adotada e/ou do número de variáveis está totalmente subordinada às especificidades do projeto a ser executado.
A técnica de modulação aplicada ao MLC2–7L modular opera em baixa frequência de chaveamento, com frequência máxima de chaveamento de 540Hz relativa ao ensaio com 9 ângulos de chaveamento, estando de acordo com os objetivos propostos, tais como, otimiza- ção do processamento de alta potência elétrica em média tensão, geração de formas de onda de 13 níveis com DHT de 6.31% a partir de um inversor de 5 níveis, redução das perdas de comutação, diminuição dos custos e circuitos de potência e controle relativamente simples.
5. RESULTADOS – PARTE II (ma VARIÁVEL)