AEROGERDORES RESIDENCIAIS MODULADOS POR CONVERSORES MATRICIAIS

  • Caique Nunes
  • Caique Nunes Maria Santana
  • Fabio Luis Tomm
Rótulo Conversor, matricial, Aerogeradores, Geração, distribuída, Modulação, Controle, computador

Resumo

Muitos processos industriais que, alimentados por corrente alternada, necessitam de níveis específicos de tensão e fase para seu acionamento e controle, o que pode ser provido por um conversor estático de potência, e isto pode ser entregue à estes processos mediante aos conversores CA-CA. A geração de energia elétrica também é um processo industrial, portanto há a necessidade da modulação de potência para entrega à rede. Devido à intermitência dos ventos, faz-se necessário o controle da potência despachada à rede. A energia eólica é uma das fontes de energia de crescimento mais rápido no mundo hoje. A razão para isso pode ser devido ao fato de que houve grandes melhorias na tecnologia de conversão, o que levou a custos mais baixos. O uso dos geradores síncronos tem apresentado crescimento nas turbinas eólicas desde o final do século XX, esta máquina gera tensão e corrente com frequências variáveis de acordo com a variação da velocidade do vento. Convencionalmente, mediante ao conversor back-to-back, retifica-se a saída do gerador e, depois, utiliza-se a etapa inversora para injetar a tensão e corrente geradas em sincronismo com a rede, isto tratando-se de aerogeradores de alta potência. O controle através da excitatriz do gerador é para garantir o nível de tensão de saída acima da que se pretende sintetizar com o conversor em estudo. Os conversores back-to-back possuem um barramento CC, munido de um capacitor, o qual é pesado e volumoso, o qual deve ser regularmente substituído para que não haja danificações ao sistema, e isto implica em custos de manutenção para o aerogerador. Grande parte dos sistemas aplicados nos parques eólicos são modulares, isto significa que quando qualquer capacitor de barramento apresenta defeito, há a necessidade de substituição do conversor estático por completo, tendo, assim, a necessidade de parada de operação da máquina. Em contrapartida, o conversor matricial (CM), como conversor CA / CA direto modulado por largura de pulso (PWM Pulse Width Modulation), possui potencial para substituir a estrutura do conversor back-to-back. Em sistemas eólicos cujo conversor estático é um CM, não são necessários capacitores de barramento, o qual provê altas tensões e abre portas à necessidade de uso de chaves mais robustas, somente precisará de capacitores de filtro, os quais são consideravelmente menores e a ausência de um barramento CC entre a conversão CA/CA aumenta consideravelmente o tempo de vida do sistema e diminui a manutenção. Graças a este fator, apresenta-se neste trabalho uma alternativa de melhor custo-benefício, visto que a substituição deste módulo do conversor back-to-back com capacitores vultuosos corresponde à importante parcela dos custos. Este trabalho tem como objetivo estudar a interligação do gerador síncrono de aerogeradores residenciais modulado por conversor matricial realimentado, realizando o controle do gerador trifásico para carga monofásica. O estudo da aplicabilidade deste conversor eletrônico deverá ocorrer nas seguintes etapas: obtenção dos pulsos para o acionamento dos interruptores bidirecionais que o conversor possui, montagem do circuito em Placa de Circuito Impresso e testes. Os pulsos são gerados mediante a um código de rastreio dos menores níveis de tensão das chaves bidirecionais e implementados via o microcontrolador ESP-32 pela plataforma Arduino IDE. É desejado encontrar o nível de tensão menor próximo e maior próximo para aplicar PWM nestes interruptores, e assim, não haja a necessidade de serem tão robustos quanto seriam em um conversor back-to-back, pois há menores perdas de comutação. Estudos de simulações revelam a necessidade de menores dissipadores de calor nos interruptores, pois existe maior rendimento do conversor. Neste mesmo código foi implementado a realimentação do sistema entre o rastreio dos pulsos para a ativação de uma das seis chaves bidirecionais desta topologia do conversor matricial; foi implementado a compensação PID (Proporcional, Integrativo e Derivativo) na etapa de ajuste do nível de tensão para a saída do sistema de controle, e este manifesta-se na largura de pulso de modulação.

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Publicado
2021-11-16
Como Citar
NUNES, C.; NUNES MARIA SANTANA, C.; LUIS TOMM, F. AEROGERDORES RESIDENCIAIS MODULADOS POR CONVERSORES MATRICIAIS. Anais do Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão, v. 13, n. 3, 16 nov. 2021.