itasat - ssse regulador shunt série, seqüencial e chaveado com modulação pwm orientador: cairo...
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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:
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SIMULINK – Malha Fechada Realimentação de Tensão
Iout = 0,3 AVout = 8,62 VVout Nominal = 14 V
D = 0,383
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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
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Valor MedidoRealimentação de Tensão e Corrente
Vout = 14,05 V
D = 0,5
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SPICE – Ondulação da Tensão de Saída
Vout Ripple
46,2 mV
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Medido – Ondulação daTensão de Saída
Vout Ripple46 mV
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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
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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.