GRUPO DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E CONVERSORES ESTÁTICOS - LEP
Membros
1
Goldemberg, Clóvis
Kaiser, Walter2
Komatsu, Wilson3
Matakas Jr., Lourenço4
Contato
Walter Kaiser
Escola Politécnica da USP
Depto. Eng. de Energia e Automação Elétricas
Av. Prof. Luciano Gualberto trav.3 no. 158
CEP 05508-900, São Paulo, SP
Fone: +55(11)3091-5483;
email:[email protected]
Introdução
A Eletrônica de Potência é uma área multidisciplinar que trata da conversão estática de
energia elétrica em suas diversas formas, visando
controlar de forma adequada o fluxo de potência
com alta eficiência e qualidade. Por conversão
estática entende-se conversão sem partes móveis,
utilizando
semicondutores
de
potência
(transistores, tiristores, diodos e outras chaves
eletrônicas) operando no modo chaveado
(aberto/fechado) e topologias de circuito que
proporcionam elevado aproveitamento da
instalação e conservação de energia elétrica.
As pesquisas do Laboratório de Eletrônica de
Potência do Depto. de Eng. de Energia e
Automação Elétricas (PEA) concentram-se em
aplicações
industriais
(conversores
para
iluminação, eletrotermia, fontes de alimentação,
acionamento de máquinas elétricas rotativas etc.),
na área de distribuição e transmissão de energia
elétrica (sistemas de transmissão de energia em
corrente contínua e alta tensão, sistemas de
compensação estática de reativos, novas
topologias de conversores para elevadas
potências) e no controle dos conversores estáticos.
A pesquisa envolve temas com aplicação na
prática e a metodologia empregada utiliza
simulação através e softwares comerciais
acompanhada da construção de protótipos de
bancada (ou em escala reduzida, quando a
aplicação assim o exigir) para validação dos
resultados. Devido ao seu caráter multidisciplinar,
o Laboratório interage com vários grupos de
1
Professor Doctor - PEA
Professor Associado - PEA
3
Professor Doutor - PEA
4
Professor Doutor - PEA
PEA - Depto. Eng. de Energia e Automação Elétricas
2
pesquisa dentro da universidade, com empresas
governamentais e do setor produtivo, atendendo
as suas necessidades específicas. Na seqüência
encontra-se um resumo dos principais projetos em
andamento:
1. Projetos de Pesquisa:
1.1 Estabilização lâmpadas de vapor de sódio
de alta pressão através de pulsos de potência
Coordenador: Prof. Dr. Walter Kaiser
Colaborador: Dr. Alexander Fernandéz Corrêa
Este trabalho se propôs a estudar a
alimentação da lâmpada de vapor de sódio de alta
pressão através de pulsos de potência, cujo
objetivo é variar a temperatura correlata de cor da
luz emitida. A partir da distribuição espectral,
foram detalhados os fenômenos que caracterizam
a radiação emitida pela lâmpada alimentada com
corrente senoidal na freqüência da rede. Neste
caso a lâmpada é alimentada com potência
nominal, com um ciclo de operação, constituído
de um trem de pulsos de corrente de elevada
amplitude e curta duração, intercalado por uma
corrente alternada de baixa amplitude para
manutenção do arco. Foram realizadas medições
espectroscópicas em lâmpadas de vapor de sódio
convencionais e com baixo teor de mercúrio de
diversos fabricantes, bem como de emissões
acústicas resultantes de vibrações do tubo de
descarga. Foram obtidas as distribuições
espectrais e analisados o comportamento da
temperatura correlata de cor, do índice de
reprodução de cores e do fluxo emitido pela
lâmpada para variações dos parâmetros do ciclo
de operação pulsada.
Palavras chave: lâmpada de vapor de sódio,
operação pulsada, temperatura de cor, índice de
reprodução de cor.
1.2 Software para simulação de acionamentos e
eletrônica de potência
Coordenador: Prof. Dr.Clóvis Goldemberg
Software
de
simulação
aplicado
a
acionamentos utilizando motores assíncronos
C.A., motores C.C. e motores a imãs permanentes
com comutação eletrônica. Este software tem
aplicação imediata em ensino de máquinas
elétricas e sistemas de acionamento. A
interatividade conseguida permite ao aluno
mudanças de parâmetros facilmente, com o
conseqüente aprendizado de seus efeitos.
Softwares nesta mesma linha, mas com
Eletrônica de Potência - PEA/EPUSP
complexidade maior, têm aplicação em projeto de
máquinas e sistemas de acionamento.
Palavras chave: software de simulação,
máquinas elétricas, motores de imãs permanentes,
eletrônica de potência.
1.3 Dispositivo restaurador de tensão com
funções de compensação de reativos e filtro de
harmônico ativo mini-DVR
Coordenador: Prof. Dr. José Antonio Jardini.
Colaboradores: Prof. Dr. Lourenço Matakas JR,
Prof. Dr. Wilson Komatsu, Dr. Luiz Carlos
Magrini, Antonio Ricardo Giaretta, Mauricio
Galassi, Dra. Fabiana A T Silva, Mário Masuda,
Fernando Ortiz Martinz, Marco Antonio de
Oliveira.
O presente projeto tem como objetivo: a)
recompor os transitórios momentâneos de tensão,
evitando paradas indevidas de instalações
industriais devido à ocorrência de afundamentos e
elevações momentâneas de tensão, durante os
transitórios do sistema elétrico; b) compensar
parte dos reativos do sistema elétrico colaborando
a colaboração com a manutenção da estabilidade
da tensão do sistema elétrico.
Palavras chave: Restaurador Dinâmico de
Tensão (DVR), sags; harmônicos em redes,
Eletrônica de Potência.
Fomentos: CPFL – Companhia Paulista de Força
e Luz, R$ R$ 532.800,00.
1.4 Desenvolvimento e Implementação de
sistemas FACDS em Redes de Distribuição Flexible Alternating Current Distribuition
Systems
Coordenador: Prof. Dr. José Antonio Jardini.
Colaboradores: Prof. Dr. Lourenço Matakas JR,
Prof. Dr. Wilson Komatsu, Dr. Luiz Carlos
Magrini, Antonio Ricardo Giaretta, Mauricio
Galassi, Dra. Fabiana A T Silva, Mário Masuda,
Fernando Ortiz Martinz, Marco Antonio de
Oliveira.
O presente projeto tem como objetivo a realização
de atividades visando o desenvolvimento e
implementação de sistemas FACDS para efetiva
utilização em Redes de Distribuição.
Palavras chave: Flexible Alternating Current
Distribuition Systems (FACDS), distribuição de
energia elétrica; harmônicos em redes, Eletrônica
de Potência.
Fomentos: CPFL – Companhia Paulista de Força
e Luz, R$ 505.584,00
1.5 Controle eletrônico de potência em
aquecedores elétricos de passagem por semi
ciclos otimizados
2
Coordenador: Prof. Dr. Wilson Komatsu
Colaborador: Cláudio José de Oliveira Júnior.
Os modernos equipamentos elétricos de
aquecimento de água de passagem, popularmente
conhecidos como chuveiros, duchas ou
aquecedores,
possuem
como
elementos
aquecedores resistências elétricas constituídas por
um fio de liga metálica enrolado, geralmente em
ferro-cromo-alumínio ou níquel-cromo. O
controle da temperatura da água é usualmente
realizado pelo controle do fluxo d'água e pela
mudança das derivações ("taps") presentes na
resistência. A simplicidade deste controle se opõe
à sua falta de flexibilidade para impor ajuste
simultâneo de temperatura e vazão d'água. Um
controle eletrônico de potência é oferecido como
diferencial nos modelos mais sofisticados. Este
trabalho implementa um controlador por semiciclos inteiros modificados visando a eliminação
do efeito “flicker” presente nos controladores por
ângulo de fase e por ciclos inteiros convencional.
Palavras chave: Controle por ciclos inteiros,
“flicker”, Qualidade de Energia Elétrica,
Eletrônica de Potência.
1.6 Projeto e Construção de um Restaurador
Dinâmico de Tensão
Coordenador: Prof. Dr. Wilson Komatsu
Colaborador: Maurício Galassi.
A crescente utilização de cargas sensíveis em
aplicações industriais, atualmente tem levado a
uma preocupação real devido aos custos
provocados por interrupções e danos causados a
linhas de produção complexas. Este trabalho
apresenta uma solução baseada em sistemas de
eletrônica de potência capaz de compensar
Voltage Sags, Voltage Swells e distorções
harmônicas de tensão, restaurando a tensão da
carga a valores aceitáveis através de um
transformador de injeção conectado em série entre
a rede e a carga. As características de projeto para
um protótipo de Restaurador Dinâmico de Tensão
(DVR) são detalhadas, estratégias de controle são
comparadas e uma das alternativas é
implementada em um DSP (Digital Signal
Processor). Finalmente, resultados experimentais
de um protótipo de 5kVA são apresentados.
Palavras chave: Restaurador Dinâmico de
Tensão (DVR), sags; harmônicos em redes,
Eletrônica de Potência.
1.7 Análise do retificador trifásico em ponte
com capacitores em série nos ramos CA
Coordenador: Prof. Dr. Walter Kaiser
Colaborador: José Alberto Fernandes Ferreira
Júnior
Eletrônica de Potência - PEA/EPUSP
Retificadores com comutação capacitiva são
conversores comutados pela rede que têm
capacitâncias em série com as indutâncias nos
ramos CA. Essas capacitâncias melhoram a
regulação de tensão do retificador e possibilitam
sua operação com ângulos de disparo negativos.
Este trabalho apresenta o equacionamento da
comutação capacitiva e da característica tensão
versus corrente no lado CC do retificador,
assumindo simetria do conversor e alisamento
perfeito da corrente CC, e uma análise da faixa de
valores de capacitâncias que viabilizam a sua
operação.
Palavras chave: Retificador, retificador para
eletrólise, eletrônica de potência.
3
DSP e testes em um sistema real com inversor. O
estudo das técnicas de controle concentra-se
inicialmente na estratégia de realimentação de
dois estados no domínio de tempo contínuo,
evoluindo para estratégias em tempo discreto que
consideram o atraso na atuação do inversor
devido ao tempo de cálculo do algoritmo de
controle. Em tempo discreto, são analisados
controladores preditivos para as malhas de tensão
e corrente, bem como o emprego de controladores
Proporcional-Integral (PI) na malha de tensão. Os
dois últimos controladores são testados em um
inversor PWM de baixa potência para diversos
tipos de carga, com tensão de referência de
inversor senoidal em 60Hz e referência contendo
harmônicas.
1.8 Conversores do Tipo Fonte de Tensão
Trifásico com Quatro Fios: Proposta de
Implementação e Estratégia de Modulação por
Largura de Pulso
Palavras chave: Controle de conversores,
Modulação PWM, eletrônica de potência,
conversor fonte de tensão.
Coordenador: Prof. Dr. Lourenço Matakas Jr.
1.10 Método de extração em tempo real de
seqüência positiva, negativa e/ou harmônicos
Colaborador:Walter Pereira da Silva Júnior
Coordenador: Prof. Dr. Lourenço Matakas Jr.
Este trabalho apresenta o estudo de um conversor
do tipo fonte de tensão trifásico com quatro fios
(VSC3P4W) para aplicação em filtros ativos de
potência, controle de motores e inversores de
tensão. É proposta uma estratégia de modulação
por largura de pulso com portadora triangular com
injeção ótima de seqüência zero (CPWMZ),
obtida por solução gráfica de otimização, que
minimiza a ondulação de corrente do conversor e
que apresenta o mesmo comportamento da
modulação vetorial (SVPWM). São apresentados
resultados de simulação e experimentais de um
protótipo para validação da estratégia.
Colaborador: Rodrigo Cutri
Palavras chave: Modulação PWM, eletrônica de
potência, conversor fonte de tensão.
1.9 Estudo de Estratégias de Rastreamento da
Corrente e da tensão CA de um Conversor do
Tipo Fonte de Tensão.
Coordenador: Prof. Dr. Lourenço Matakas Jr.
Colaborador: Fernando Ortiz Martiz
Este trabalho apresenta algumas estratégias de
controle das malhas de rastreamento de tensão e
corrente no lado CA de conversores do tipo fonte
de tensão com filtro L ou LC. A topologia
escolhida para o controle de tensão CA do
inversor é a de duas malhas de controle em
cascata: malha de tensão e malha de corrente,
sendo esta última mais interna no sistema de
controle. A metodologia de trabalho utilizada
consiste na modelagem do sistema (sistema
controlado e controladores), ajuste dos parâmetros
do controlador, simulação computacional do
sistema “inversor + controlador”, implementação
de alguns controladores propostos utilizando um
Um dos problemas mais comuns em sistemas de
potência trifásicos é o desequilíbrio de cargas e
harmônicos que causam perdas e interferências no
sistema. Para eliminar ou detectar esses
problemas, o compensador ou analisador necessita
identificar em tempo real a parcela de seqüência
positiva, negativa e harmônicos. Este trabalho
propõe um método genérico de extração em
tempo real para obter a seqüência positiva,
negativa e harmônicos que não requer nenhuma
transformada de base ou filtragem de sinais. O
método proposto é verificado via simulação
numérica e implementado experimentalmente em
um DSP. Como exemplo de aplicação, apresentase um Filtro Ativo de Potência utilizando-se um
conversor do tipo fonte de tensão operando em
PWM.
Palavras chave: Qualidade de energia, controle
de conversores, Modulação PWM, eletrônica de
potência, conversor fonte de tensão.
2. Publicações Relevantes (2006-2007)
2.6 Publicações em Periódicos
KAISER, W., CORREA, Alexander Fernández,
MARQUES, Ricardo Paulino. Sound emissions
from pulse operated High-Pressure-Sodium
lamps. IEEE Transactions on Industry
Applications. , v.43, p.1199-1206, 2007.
MARTINZ,
Fernando
Maurício, GIARETTA,
Ortiz,
GALASSI,
Antonio Ricardo,
Eletrônica de Potência - PEA/EPUSP
OLIVEIRA, Marco Antonio de, SILVA, Fabiana
Aparecida de Toledo, MASUDA, Mario,
COPELIOVITCH, Simão, ZANETTI, Eric
Rubens,
LIMA,
Eduardo
Gonçalves,
CAMARGO, Josué, AHN, Se Un, MATAKAS
JR, Lourenço, KOMATSU, W., ANTONIO,
Jardini José. A Low Power Voltage Sag
Compensator. Revista Brasileira de Eletrônica de
Potência (SOBRAEP). , v.11, p.77-84, 2006.
KOMATSU, W., OLIVEIRA JÚNIOR, Cláudio
José de, CARVALHO, Paulo Sérgio Valle Direct
water heater power control for reduced
harmonics and flicker content with optimized
half-cycle power control. Revista Brasileira de
Eletrônica de Potência (SOBRAEP). , v.11,
p.175-180, 2006.
2.2 Livros
2.6 Capítulos de Livros
2.7 Propriedade Intelectual
2.5 Prêmios
2.6 Outras Publicações Relevantes
2.7
2.8 Teses de Doutorado
CUTRI, RODRIGO Método de extração em
tempo real de seqüência positiva, negativa e/ou
harmônicos. Escola Politécnica da Universidade
de São Paulo. 2007. Tese de Doutorado. PEA.
2.9 Dissertações de Mestrado
FERREIRA
JÚNIOR,
JOSÉ
ALBERTO
FERNANDES. Análise do retificador trifásico em
ponte com capacitores em série nos ramos CA.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
2007. Dissertação de Mestrado. PEA.
SILVA JÚNIOR, WALTER PEREIRA DA.
Conversores do Tipo Fonte de Tensão Trifásico
com Quatro Fios: Proposta de Implementação e
Estratégia de Modulação por Largura de Pulso.
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
2007. Dissertação de Mestrado. PEA.
ORTIZ MARTINZ, FERNANDO. Estudo de
Estratégias de Rastreamento da Corrente e da
tensão CA de um Conversor do Tipo Fonte de
Tensão. Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo. 2007. Dissertação de Mestrado. PEA.
OLIVEIRA JÚNIOR, CLÁUDIO JOSÉ DE.
Controle eletrônico de potência em aquecedores
elétricos de passagem por semi ciclos
otimizados, Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo. 2006. Dissertação de Mestrado. PEA.
4
GALASSI, MAURÍCIO. Projeto e Construção de
um Restaurador Dinâmico de Tensão. Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo. 2006.
Dissertação de Mestrado. PEA.
2.10 Indicadores de Desempenho