Estudo do retificador híbrido multipulsos de elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica de corrente no contexto da qualidade da energia elétrica

Abstract

Sistemas de energia têm sido bastante afetados pelo aumento da utilização das cargas nãolineares nos sistemas de distribuição. Essas cargas são alimentadas por estruturas retificadoras que injetam conteúdos harmônicos em toda a rede. Quando se trata de cargas de potências mais elevadas, os retificadores de 12-pulsos e seus múltiplos são as melhores alternativas para a redução das distorções harmônicas da corrente de entrada, por garantirem um bom desempenho do conjunto retificador. Vários estudos apresentam diversas estruturas que garantem um bom desempenho. Entretanto, isso só é possível através do uso de transformadores desfasadores e transformadores de interfase (IPT’s). Essas estruturas apresentam grande robustez, mas, em contrapartida, apresentam um custo bastante elevado, limitando seu uso para aplicações em potências mais elevadas. A tese de doutorado [Gomes, 2006] propõe uma inovadora topologia, onde a estrutura do retificador é composta por um retificador trifásico de 6-pulsos não-controlado convencional, associado a 03 retificadores monofásicos controlados. Os retificadores controlados são capazes de impor uma forma de onda de corrente de entrada, fazendo a composição dos 12-pulsos ou mais, garantindo a redução da DHTI na corrente de entrada e um elevado fator de potência, assim como nos retificadores de 12-pulsos convencionais, porém, sem a necessidade da utilização dos transformadores de interfase (IPT’s) e transformadores defasadores, proporcionando uma redução de 20% a 30% no custo final do retificador. A estrutura retificadora proposta apresenta um custo bastante reduzido, pois os retificadores de 6-pulsos não-controlados convencionais processam entre 50% e 80% da potencia total de saída, dependo da DHTI desejada da corrente de entrada, tornando a sua estrutura robusta e bastante reduzida. Esse trabalho vem colaborar com essa idéia inovadora, analisando o comportamento do retificador no contexto da qualidade da energia. Seus efeitos na rede quanto ao atendimento às normas e recomendações de distorção harmônica, bem como o seu comportamento diante distorções preexistentes na própria fonte de alimentação. Essa dissertação de mestrado propõe estudar o retificador híbrido, o impacto que causa à rede, quais os benefícios em relação aos Retificadores Multipulsos convencionais, bem como qual a melhor forma de modelar a corrente para obter a potência desejada, com o menor nível de distorção harmônica da corrente de entrada. Para isso, a presente dissertação apresenta procedimentos que visam à implementação computacional desses modelos, utilizando o programa de simulação SPICE para avaliar o desempenho do retificador proposto no contexto da qualidade da energia. Depois de concluída a fase de simulações, um protótipo de 6 kW foi montado no laboratório, visando validar os resultados das simulações. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Systems of energy have been sufficiently affected for the increase of the use of nonlinear loads in the distribution systems. These loads are fed by rectifying structures that inject harmonic contents in all the net. When one is about loads of raised powers more, the rectifiers of 12-pulses and its multiples are the best alternatives for the reduction of the harmonic distortions of the entrance chain, for guaranteeing a good performance of the rectifying set. Some studies present diverse structures that guarantee a good performance, however, this is only possible through the use of balancing transformer and interphase transformer of (IPT's). These structures present great robustness, but, on the other hand present a sufficiently high cost, limiting its use for applications in raised powers more. A thesis of doctored [Gomes, 2006] considers an innovative topology, where the structure of the rectifier is composed for conventional an three-phase rectifier of 6-pulses notcontrolled, associate the 03 controlled single-phase rectifiers. The controlled rectifiers are capable to more impose a form of entrance chain wave, making the composition of the 12- pulses or, guaranteeing the reduction of the DHTI in the chain of entrance and one raised power factor, as well as in the rectifiers of conventional 12-pulses, however, without the necessity of the use of transforming of interphase (IPT' s) and the transforming defasadores, providing a 20% reduction 30% in the final cost of the rectifier. The rectifying structure proposal presents a sufficiently reduced cost, therefore the rectifiers of 6-pulses not controlled conventional process between 50% and 80% of harness exit total, depend on the desired DHTI of the entrance chain, becoming its robust structure and sufficiently reduced. This work of comes to collaborate with this innovative idea, analyzing the behavior of the rectifier in the context of the quality of the energy. Its effect in the net how much to the attendance to the norms and recommendations of harmonic distortion, as well as its behavior ahead preexisting distortions in the proper source of feeding. This work considers to study the hybrid rectifier, the impact that cause to the net, which the benefits in relation to conventional the Multipulsos Rectifiers, as well as which the best shape form of the chain to get the desired power, with the lesser level of harmonic distortion of the entrance chain. For this, the present work presents procedures that they aim at to the computational implementation of these models, using the program of simulation SPICE to evaluate the performance of the rectifier considered in the context of the quality of the energy. After concluded the simulation phase, an archetype of 6 kW was mounted in the laboratory, aiming at to validate the results of the simulations.