Sistema de comunicação e controle para múltiplos conversores aplicados em transformador de estado sólido
Abstract
Esta tese de doutorado propõe uma estrutura de comunicação e controle para sistemas
de múltiplos conversores, com ênfase em estruturas modulares aplicados em transformadores
de estado sólido (SST) com três estágios de conversão de energia. O SST sob estudo faz uso
de associações de conversores em série no estágio de alta tensão, conversores CC-CC isolados
independentes para cada módulo e conversores em paralelo no estágio de baixa tensão. Uma
revisão de estruturas de comunicação de dados e de sincronização em sistemas de múltiplos
conversores é desenvolvida. A estrutura de controle do SST é definida para determinar o fluxo
de informações entre as malhas de controle e os módulos de potência. A partir dessa definição
e também da configuração modular do SST são avaliadas as formas de implementação dos
processadores de sinais, considerando sempre o uso de unidade central. Uma estrutura de
comunicação que atende a característica de modularidade é proposta e suas características,
funcionalidades e a influência no controle são discutidas. Com objetivo de atender as
demandas do controle, um protocolo personalizado é proposto, operando em duplo
barramento, e seu desempenho é comparado com o do protocolo CAN. O protocolo proposto
é implementado experimentalmente e suas características de desempenho e restrições,
impostas pelos processadores digitais, são obtidas. As malhas de controle são projetadas
considerando os atrasos de implementação. Resultados de simulação e experimentais são
apresentados para os conversores operando isoladamente e no SST. Por fim, é apresentada e
discutida a estabilidade e a controlabilidade para o conversor CC-CC isolado conectado ao
conversor CC-CA. O conversor DAB apresenta boa resposta dinâmica para o controle da
tensão CC quando operando isoladamente, mas conectado ao conversor CC-CA pode
apresentar perda de controlabilidade. Isso se deve ao fato do comportamento de potência
constante na entrada do conversor CC-CA operando em malha fechada. Assim, é proposto um
modelo em malha fechada para a perturbação de tensão em função do degrau de potência
constante. As características de transferência de potência do conversor DAB são empregadas
para determinar a tensão mínima necessária para transferência de potência. Resultados de
simulação para cargas de potência constante são apresentados e uma frequência de
cruzamento de ganho mínima é definida, que garante a controlabilidade. Resultados
experimentais são obtidos para validação da curva de afundamento de tensão.
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