Projeto de um conversor CC-CC de três portas não isolado: regulador de tensão com sistema de armazenamento de energia

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Kai, Bianca Harumi Diniz
• Orientador(a): Ferreira, Sílvia Costa
• Banca de defesa: Sant’ana, Wilson César, Pereira, Daniel Augusto, Ferreira, Sílvia Costa, Pacheco, Vinícius Miranda
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
• Departamento: Departamento de Engenharia
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Conversor CC-CC de três portas; Energia renovável; Protótipo; Conversores eletrônicos; Sensor de tensão; Sensor de corrente; Three-port DC-DC converter; Renewable energy; Prototype; Electronic converters; Voltage sensor; Current sensor
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia Elétrica
• Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/58942

No contexto das aplicações de conversores CC-CC de três portas (CTP), destaca-se o uso desses como substitutos dos conversores convencionais de duas portas. Eles são amplamente adotados em sistemas de energia renovável devido às suas vantagens, como maior eficiência, tamanho reduzido e menor custo. Além disso, esses conversores têm a capacidade de operar em diferentes modos, adaptando-se às necessidades específicas do sistema. Este estudo concentra-se no desenvolvimento de um protótipo do conversor VR-BESS (Voltage Regulator - Battery Energy Storage System), que é um exemplo de CTP não isolado projetado para sistemas de energia renovável com armazenamento em banco de baterias. O objetivo principal é apresentar o funcionamento desse conversor e descrever o processo de desenvolvimento do protótipo. O processo de desenvolvimento consiste em várias etapas. Primeiramente, é realizado o projeto do módulo de potência e controle, onde são estabelecidos os níveis de operação do sistema, calculadas as principais grandezas envolvidas e determinados os valores dos componentes necessários para o funcionamento adequado do conversor. Em seguida, é realizado o projeto e a montagem da placa de circuito impresso. Além disso, são especificadas as fontes de energia necessárias para o funcionamento do sistema. Isso inclui a fonte de energia com emulação fotovoltaica, responsável por fornecer a energia primária e as baterias do sistema, que armazenam a energia excedente. Depois, é realizado a programação do DSP (Processador Digital de Sinal) e medidos os ganhos dos sensores de tensão e corrente utilizados no protótipo. Por fim, é realizada a simulação do conversor proposto utilizando o software Matlab/Simulink e, também, seu ensaio prático. Nessa etapa é avaliado o desempenho do conversor e o comportamento das variáveis envolvidas. Por fim a validação do desempenho do conversor é realizada por meio de simulações e testes práticos, demonstrando sua capacidade de regular a tensão na carga e gerenciar a corrente de carregamento e descarregamento das baterias. Além disso, os resultados práticos mostram uma eficiência média de 87,4%, quando o conversor VR-BESS opera com potência 360 à 550 W entregues a carga, em cada modo de operação. Como limitações, nota-se que a eficiência é prejudicada devido aos altos valores de resistência dos MOSFETs (R dson ) e também devido à baixa dissipação de calor.