Análise e projeto do sistema de controle de um módulo de potência com conversores em cascata aplicado a transformadores de estado sólido
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2016-07-29Metadatos
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Esta dissertação de mestrado apresenta o estudo de um módulo de potência com
conversores em cascata aplicado a transformadores de estado sólido. O módulo de potência é
integrado por um estágio CA-CC de entrada, constituído pela topologia full-bridge, um
estágio intermediário CC-CC isolado, formado pelo conversor dual-active bridge (DAB) e um
estágio CC-CA de saída composto pela topologia full-bridge. O estudo central desenvolvido
baseia-se na investigação das interações dinâmicas de impedâncias nos pontos de
acoplamento dos conversores e da estabilidade do módulo de potência, a partir das
impedâncias de entrada e saída de cada estágio. O critério das impedâncias de Middlebrook é
utilizado como base para determinação da margem de interação entre os acoplamentos
retificador/DAB e DAB/inversor e definição dos parâmetros de potência e controle críticos
para as características das impedâncias de cada estágio. O critério da estabilidade de Nyquist é
aplicado para o estudo da margem de estabilidade dos acoplamentos. Devido à operação do
inversor, há um significativo segundo harmônico de corrente que gera ondulações de tensão
em 120 Hz no barramento CC que interliga os conversores de potência. Neste sentido, esta
dissertação de mestrado contribui apresentando uma análise teórica dos efeitos das ondulações
de tensão na operação e desempenho do circuito de potência e sistema de controle do
conversor DAB. São explorados os métodos de controle PI e PI-notch no sistema de controle
do DAB, destacando que a inclusão do filtro notch apresenta melhores resultados por
possibilitar a atenuação dos efeitos negativos introduzidos pelas ondulações de tensão em 120
Hz. Junto a isso, uma metodologia de estudo e projeto do PI é proposta visando alcançar
melhores resultados com este método de controle, do ponto de vista de estabilidade e
rendimento. Resultados experimentais e de simulação do sistema são incluídos de modo a
comprovar a análise desenvolvida.