itasat - ssse regulador shunt série, seqüencial e chaveado com modulação pwm orientador: cairo...

ITASAT - SSSE

Regulador Shunt Série, Seqüencial e Chaveado com Modulação PWM

Orientador: Cairo Lúcio Nascimento Jr. Aluno: Claudinei de Jesus Donato

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 2

Arquitetura Proposta – S4R Microcontrolada

Ip1

Ip2

Ip3

Ipn

S1

S2

S3

Sn

Unidade deDistribuiçãode Energia

Bateria

SB1

SB2

SB3

SBn

Microcontrolador

VD ID

Ch1

Ch2

Ch3

Chn

PWM1

PWM2

PWM3

PWMn

VB

IBTB

Ip1

Ip2

Ip3

Ipn

S1

S2

S3

Sn

Unidade deDistribuiçãode Energia

Bateria

SB1

SB2

SB3

SBn

Microcontrolador

VD ID

Ch1

Ch2

Ch3

Chn

PWM1

PWM2

PWM3

PWMn

VB

IBTB

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Modelagem e Simulação

Circuito de uma string do painel solar:

IpC

R

D

T

Vo

-

+ID

VT

IL IoIC

VC

VD

IT

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Modelagem MatemáticaSimulação no Matlab Modelagem matemática, por equações de

estados:

)(ˆ].).().[()(ˆ.)(ˆ.)(ˆ

)(ˆ].).().[()(ˆ.)(ˆ.)(ˆ.

1212

1212

tdUEEXCCtuEtxCty

tdUBBXAAtuBtxAtxK

Entrada de Tensão )..()1.(.

Saída de Tensão ..

tênciaTransresis F. ).(.1

)..1.(.

)(

)(

Controle F. ).(.1

)..1.(.

)(

)(

ODPDonPccP

PO

C

C

P

o

C

CPo

VrIVDDRIV

DRIV

rRCs

rCsRD

si

sv

rRCs

rCsRI

sd

sv

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Modelo de Simulação SPICE

Circuito a ser modelado:

RC

D

Ip T

Switch Network

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Modelo de Simulação SPICE Modelo não linear:

+<v1(t)>

-

VD.d(t)

rD.d(t) D : 1<i2(t)>

+<v2(t)>

-

<i1(t)>

1

2

3Ron.d’(t)

I2

VT

VD

IT1

2

3

+V1

-

+V2

-

I1

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Modelo de Simulação SPICE Modelo linearizado para pequenos

sinais:D

T

I2

VT

VD

IT1

2

3

+V1

-

+V2

-

I1

D.VD

î1(t)

(VD+V2).d(t)^

î1(t)I1.d(t)^

-Ron.d(t)^ rD.d(t)^ D : 1I2+î2(t)

+V2+v2(t)^

-

+V1+v1(t)^

-

I1+î1(t)

1

2

3D’.Ron

D.rD

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Simulação MatlabFunção de Controle

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Simulação SPICEFunção de Controle

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Resultado Prático

Ainda não foi realizado ensaios para levantamento da resposta em freqüência do sistema, mas resposta a um degrau de entrada, degraus de carga e operação em regime têm validado o modelo utilizado;

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SIMULINK – Malha Fechada Realimentação de Tensão Malha fechada com realimentação de

tensão, sem compensador:

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 12

SIMULINK – Malha Fechada Realimentação de Tensão

Iout = 0,3 AVout = 8,62 VVout Nominal = 14 V

D = 0,383

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 13

Valor Medido – Malha Fechada Realimentação de Tensão

Vout = 8,7 VIout = 0,3 A

D = 0,387

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SIMULINK – Malha Fechada Malha fechada com realimentação de tensão e corrente,

sem compensador:

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SPICE – Malha Fechada Malha fechada com realimentação de tensão e corrente,

sem compensador:

C a rg a5 8 . 3 R

R s e n s o r

0 . 1 R

D 1

M U R 1 1 0

0 . 2 8 5 7

H v

VR 10 . 0 6 5 R

in o u t

+

-

+

-

S 1

S

V o u tV 2

I o u t

V R e f

1 4 V d c

-+

+-

P W M

E

C 2

1 n

I C = 0+

I C = 0+

0

G 1

P a in e l S o la r

O U T+O U T-

I N +I N -

-+

+-

H i

E

2

0

C 17 8 0 u F

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SIMULINK - Malha Fechada Realimentação de Tensão e Corrente

Iout = 0,22 AVout = 14 V

D = 0,5

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SPICE - Malha Fechada Realimentação de Tensão e Corrente

D = 0,5

Iout = 0,22 AVout = 14 V

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 18

Valor MedidoRealimentação de Tensão e Corrente

Vout = 14,05 V

D = 0,5

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 19

SPICE – Ondulação da Tensão de Saída

Vout Ripple

46,2 mV

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 20

Medido – Ondulação daTensão de Saída

Vout Ripple46 mV

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 21

SPICE – Degrau de Entradao u t

R 4

0 . 0 0 1

0

0

Segurador de Ordem Zero (ZOH)

I o u t

R s e n s o r

0 . 1 R

P A R A M E T E R S :Ts = 0 . 0 0 0 1

1

0

R s

1 M E G

0

C 11 n

G 1

P a in e l S o la r

O U T+O U T-

I N +I N -

0

0 . 2 5

N o rm

V o u t

C o u t7 8 0 u F

V 2

0 . 8 V

-+

+-

H i

E

0

+-

+-

S 1

I C = 0+

X1

S R _ W C L

R D = 0 . 1R O N = 0 . 2 7

V D = 0 . 7 6

D

S

C

DU

TY

0 . 2 8 5 7

H v

0

R s e0 . 0 6 5 R

V 1

1 4 V d c

+

-

+

-

S 3

S

V 3

11

C a rg a5 8 R

V f a m

P E R = {Ts }P W = {Ts / 1 0 0 }TD = 0TF = {Ts / 1 0 0 0 }TR = {Ts / 1 0 0 0 }

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SIMULINK – Degrau de Entrada50% de Carga

Tempo de subida23,5 ms

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SPICE – Degrau de Entrada50% de Carga

Tempo de subida = 26,46 ms

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Medido – Degrau de Entrada50% de Carga

Tempo de subida26,67 ms

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Degrau de CargaEntrada da Carga Total

Afundamento de162 mV em Vout

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Degrau de CargaSaída da Carga Total

Sobretensão de200 mV em Vout

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 27

Próximas Atividades Testes com o controlador digital?

PD? Comparação das simulações com os

resultados práticos alcançados; Conclusão do algoritmo de ativação

seqüencial das chaves; Testes finais com a arquitetura

completa; Escrever a tese de mestrado.

19/12/2006 Claudinei - ITASAT 28

Tese Introdução histórica e de demais subsistemas; Arquiteturas para unidade de suprimento de

energia; Arquiteturas Shunt; Arquitetura proposta:

Descrição; Modelos; Simulações; Algoritmo; Resultados práticos; Validação do modelo.

Conclusão e perspectivas.