Análise, projeto e implementação de um inversor trifásico baseado no conversor CC-CC Buck-Boost

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Melo, Vinícius Secchin de
• Orientador(a): Santos, Walbermark Marques
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Inversor Buck-Boost; Painés fotovoltáicos; Sistemas isolados; Veículos elétricos; Eletrônica de potência; Inversor trifásico; Conversor Buck-Boost
• Link de acesso: https://repositorio.ifes.edu.br/handle/123456789/1114

RESUMO: No cenário energético atual torna-se cada vez mais importante a utilização de fontes auxiliares de energia que contribuam para o sistema elétrico. A pesquisa e o perfeiçoamento de novos inversores de potência são essenciais para garantir a viabilidade da utilização de fontes renováveis de energia em sistemas de geração distribuida, bem como no emprego destas em locais remotos como sistemas isolados. Neste ensejo, a eletrônica de potência é fundamental, pois normalmente no caso de sistemas fotovoltaicos e isolados, as fontes de energia elétrica fornecem tensões contínuas de valores baixos, que necessitam elevação para assim poderem ser convertidas em tensão alternada para conexão à rede elétrica ou acionar uma carga isolada com baixas distorções harmônicas. Muitas destas aplicações utilizam dois conversores, um CC-CC elevador e outro CC-CA, ou seja o inversor propriamente dito. A topologia estudada neste trabalho tem como objetivo fazer o interfaceamento entre fonte e carga com apenas um único estágio, onde são realizadas as operações de elevação e a inversão da tensão contínua em alternada nas amplitudes e frequências desejadas. O inversor utiliza três células do tipo Buck-Boost, com referenciais senoidais defasados de 120 ◦ um do outro. As tensões trifásicas são obtidas tomando-se as saídas dos três conversores em forma diferencial. Todo o modelamento do inversor é realizado utilizando-se o Modelo Médio Quase Instantâneo em Espaço de Estados, e por meio deste analisado o comportamento dinâmico do inversor operando em diferentes cenários através de simulações computacionais numéricas, e através de sofware dedicado à simulação de circuitos em eletrônica de potência. Um modelo monofásico é apresentado e comparado seu comportamento dinâmico com o modelo trifásico com carga resistiva operando com tensão constante e variável na saída, bem como com variações de carga. Utilizando-se o modelo monofásico, é apresentada uma metodologia para o cálculo dos indutores e capacitores do inversor com base na resposta em frequência. São analisadas as influências da componente de tensão contínua presente nos capacitores do inversor considerando esta constante e proporcional à amplitude da componente senoidal nos capacitores. Para aplicações onde é desejável que amplitude da tensão de saída seja variável, foi concluído que utilizando o valor da componente da tensão contínua nos capacitores proporcional, obtêm-se redução do stress de tensão nas chaves e dos valores médio e eficazes de correntes nas chaves e nos indutores. Para validação de toda análise teórica e das simulações eletrônicas, um protótipo com seis IGBTs chaveados na frequência de 20 kHz, com tensão de entrada de 48 V foi implementado. Resultados experimentais foram obtidos utilizando-se cargas em estrela com potência de 200 W do tipo R, RL e RC, alimentadas com 50 V de tensão de linha e frequência de 60 Hz.