Programação SCSEP 2017


13 de Dezembro (Quarta-Feira)


Manhã

8:30 – Abertura Oficial do Evento


9:00 às 10:00 – Palestra 1: Projetos Otimizados de Conversores Estáticos: Seus Desafios (Prof. José Renes Pinheiro)


10:00 às 10:20 – Coffee Break


10:20 às 12:00 – Sessão Técnica 1: Modelagem e Projeto de Dispositivos Magnéticos

  • 10:20 – Closed-Form Solution for Core Loss Calculation in Single-Phase Bridgeless PFC Rectifier Based on the iGSE Method (Marcos José Jacoboski)

Resumo: Este trabalho propõe uma solução fechada para o cálculo das perdas no núcleo no indutor boost de um PFC monofásico baseado no conversor bridgeless. O cálculo das perdas no núcleo é baseado no método iGSE, que consiste na separação das contribuições dos loops majoritários e minoritários curva B-H referente ao núcleo. No entanto, o processo computacional de separação dos loops do iGSE é substituído aqui por uma computação integral. Isso leva à vantagem de que as expressões resultantes estão em um forma fechada que é adequada para rotinas de otimização. Três resultados com diferentes características são comparados com a rotina numérica do iGSE original e a importância de modelar as perdas oriundas do loop majoritário são discutidas.Três diferentes resultados de projeto são comparados com duas rotinas numéricas utilizadando o iGSE, uma sintetizada pelos autores deste trabalho e a rotina original dos autores do método iGSE. Os resultados  experimentais para um quarto caso são apresentados.

  • 10:40 – Projeto otimizado de indutores de filtros para inversores NPC (Lucio Steckling)

Resumo: O projeto consiste em um algoritmo de varredura que visa encontrar o indutor de menor volume para determinada aplicação, sendo necessário somente os dados do núcleo, e lista de fios disponíveis. No caso apresentado, é realizada a otimização de um indutor trifásico de três pernas para um inversor NPC. Serão apresentadas as teorias utilizadas para o desenvolvimento do método, um fluxograma descrevendo o seu funcionamento e um exemplo.

  • 11:00 – Emulador ativo de cabos de potência (Francisco Jose Viglus)

Resumo: O presente trabalho apresenta um estudo acerca do desenvolvimento de emuladores de cabos de potência, também conhecidos por umbilicais submarinos. O emulador é composto por modelos de parâmetros concentrados, onde um sistema de conversores é utilizado para sintetizar as resistências do modelo, regenerando a notável quantidade de energia dissipada nestes elementos. Desta forma, são apresentados os principais desafios envolvidos na concepção deste tipo de equipamento, onde se destaca o uso de conversores multiníveis, a compensação ativa de impedâncias, entre outros. Resultados de simulação obtidos em um sistema de acionamento de máquinas com 1,9 MW mostram a funcionalidade do emulador proposto.

  • 11:20 – Modelagem de máquinas à ímãs permanentes com FCEM não-senoidal (Igor Carvalho Finelli)

Resumo: Aspectos construtivos de motores síncronos à imãs permanentes, ou motores de relutância assistidos por ímãs, implicam nas características das máquinas, indo desde custos, dimensões, volume, peso, velocidade nominal, característica de torque e as características elétricas. Dentre as características elétricas, existem máquinas com força contra eletromotriz, FCEM, não-senoidal, podendo ser trapezoidal ou quase-senoidal com distorções na forma de onda de tensão.
Para acionamentos eficientes as características da FCEM devem ser levadas em conta, o que leva à necessidade de modelos matemáticos mais complexos que o baseado simplesmente nos parâmetros obtidos para a frequência fundamental de. Neste trabalho se avaliou o modelo com variáveis representadas por somatório da Série de Fourier para as equações diferenciais e equações de regime permanente de máquinas com FCEM não-senoidal.

  • 11:40 – Modelagem e Controle de um Sistema de acionamento submarino baseado em Máquina de Imãs Permanentes (Esio Eloi dos Santos Filho)

Resumo: Este trabalho propõe a modelagem e a estratégia de controle de um sistema de acionamento submarino baseado em máquina síncrona de imã permanente (MSIP) utilizando o estimador MRAS (Model Reference Adaptative System). A MSIP é acionada por um inversor tipo fonte de tensão através de um longo umbilical de potência. Inicialmente, é utilizado o controle escalar para a partida da máquina e em seguida a estratégia de acionamento é comutada para o controle vetorial sem sensor utilizando o estimador MRAS. Resultados de simulação ilustram o desempenho da estratégia de controle adotada para uma determinada especificação do sistema.


12:00 – Almoço (Não incluso)


Tarde

14:00 às 15:00 – Palestra 2: Desenvolvimento de Eletrônica de Potência na Embraco (Douglas Pereira da Silva)


15:00 às 15:20 Coffee Break


15:20 às 17:20Sessão Técnica 2: Modelagem e Controle de Conversores

  • 15:20 – PLL Monofásico Baseado no Conceito de Fator de Potência Médio Quase Instantâneo (Vinícius B. Fuerback)

Resumo: Este trabalho propõe um algoritmo PLL (Phase Locked Loop) monofásico baseado no controle em malha fechada dos valores médios quase instantâneos das potências ativa e reativa fictícias. Um PLL fundamentado nesse conceito possibilita que as grandezas controladas sejam isentas de conteúdo harmônico. Deste modo, é obtida uma elevada rejeição a perturbações oriundas da rede elétrica. Em geral, esta classe de PLL apresenta uma resposta dinâmica lenta quando comparada a outras classes. O PLL proposto oferece uma resposta dinâmica mais rápida ao realizar o cálculo das potências médias utilizando diferentes períodos dentro da mesma estrutura. Sua implementação emprega filtros média móvel discretos, facilmente realizáveis em processadores digitais de sinais.

  • 15:40 – Simulação em tempo real de sistemas de eletrônica de potência em configuração hardware-in-the-loop (Marcos Paulo Moccelini)

Resumo: O controlador de um sistema de eletrônica de potência é sujeito a muitos ciclos de teste e reprojeto. O teste do controlador é, normalmente, realizado enquanto conectado diretamente ao estágio de potência, o que promove riscos. Um simulador digital em tempo real, que tem capacidade de modelar com precisão o estágio de potência, permite um modo alternativo de teste de controladores, em uma configuração hardware-in-the-loop (HIL). Esta abordagem é vantajosa, pois reduz custo, consumo de energia e espaço físico, ao mesmo tempo em que evita danos ao equipamento real por erros de projeto do controlador e, consequentemente, permite maior segurança à integridade física dos projetistas. Neste trabalho, o sistema de simulação em tempo real utilizado é o OPAL-RT OP5700.

  • 16:00 – Controle adaptativo das correntes de circulação para equilíbrio das tensões internas de um Conversor Modular Multinível (Marcelo Dias Pedroso)

Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre o conversor modular multinível (MMC) bidirecional trifásico muito atrativo para aplicações em HVDC. É apresentado a estrutura do MMC implementada uma estratégia clássica de controle utilizando teoria PQ para controle das correntes CA e tensão CC do MMC. Através da análise do impacto das correntes de circulação é proposto uma estratégia de controle com supressão variável com objetivo de garantir o balanço de energia armazenada internamente dentro no MMC. Em condições ideais o MMC opera minimizando essas correntes e em situações adversas o controle adaptativo garante um ponto estável do conversor. Resultados obtidos por simulação são apresentados inicialmente com um comparativo do conversor operando com ganho fixo e com controle adaptativo da supressão das correntes de circulação comprovando a hipótese proposta.

  • 16:20 – Modelo para MMC com submódulos concentrados (Gean Jacques Maia de Sousa)

Resumo: Atualmente, o MMC é o conversor mais empregado em aplicações em HVDC. Sendo este composto por um grande número de submódulos, a simulação de sistemas contendo este tipo de conversor requer um grande poder computacional. Simuladores em tempo real e hardware-in-the-loop são ainda mais desafiadores e requerem modelos eficientes. Este trabalho apresenta uma breve revisão dos tipos de modelo propostos na literatura e propõe um modelo simplificado que representa com fidelidade os efeitos do tempo morto empregado nos sinais de acionamento dos interruptores.

  • 16:40 – Metodologia para modelagem de conversores utilizando o circuito equivalente de Thévenin (Thiago Antonio Pereira)

Resumo: Este artigo apresenta uma nova metodologia aplicada como ferramenta à modelagem de conversores estáticos. A metodologia permite representar tais conversores por meio de um circuito equivalente de Thévenin visto a partir do par de terminais que contém o elemento cuja tensão ou corrente se deseja controlar, apresentado como principal vantagem a versatilidade com que as funções de transferências podem ser obtidas. Além disso, a partir da análise de um circuito equivalente de Thévenin literal é possível encontrar modelos que valem para todos os conversores, distinguindo apenas pelas equações que descrevem os parâmetros VTH e ZTH. A fim de validar a metodologia proposta, obtém-se, a partir dela, a funções de transferência para controle de tensão e da corrente dos seis conversores cc-cc básicos não isolados, validando-as via simulação por meio da resposta ao degrau.

  • 17:00 – Ampera Racing Team

17:20 – Encerramento do primeiro dia


14 de Dezembro (Quinta-Feira)


Manhã

9:00 às 10:00Palestra 3: Transferência Wireless de Energia (Prof. Fernando Rangel de Sousa)


10:00 às 10:20 – Coffee Break


10:20 às 12:00 – Sessão Técnica 3: Aplicações Fotovoltaicas

  • 10:20 – Microinversor Fotovoltaico de 250W (Lenon Schimitz e Thiago Antonio Pereira)

Resumo: Este artigo apresenta um microinversor de 250 W, de baixo perfil e custo reduzido, para conexão de um módulo fotovoltaico com a rede elétrica comercial (220 V / 60 Hz). A estrutura é obtida a partir do cascateamento de dois estágios, possibilitando o uso de capacitores de elevada vida útil. O primeiro estágio, cc-cc, é composto por um conversor elevador de alto ganho e alto rendimento, enquanto o segundo, cc-ca, consiste no clássico conversor em ponte completa com modulação dois níveis. A estratégia de controle prima pela compensação da corrente injetada na rede elétrica, buscando elevado fator de potência. O microinversor embarca, em uma única plataforma microprocessada, funcionalidades como: sincronismo (PLL), rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT), método de anti-ilhamento (AI), partida suave, algoritmos de proteção, alimentação a partir do próprio módulo fotovoltaico e religamento autônomo. Resultados experimentais validam a metodologia de projeto aplicada ao desenvolvimento do microinversor.

  • 10:40 – Inversor Monofásico aplicado ao processamento de energia proveniente de fontes renováveis: Estudos dos modos de operação conectado à rede e ilhado (Diogo Duarte Kenski)

Resumo: Este trabalho consiste no estudo do inversor de tensão VSI monofásico com filtro LCL, operando tanto conectado à rede, quanto de maneira isolada. O conversor foi projetado para operar com cargas não lineares em ambos os modos, atuando como um filtro ativo no modo conectado à rede, ou compensando a queda de tensão no indutor do filtro, quando ilhado, por meio de uma estratégia baseada em capacitâncias virtuais. Foi construído um protótipo de 500 W para verificar a análise teórica realizada.

  • 11:00 – Estratégia de Controle Baseada na Emulação de Impedância Virtual Aplicada a Inversores Fotovoltaicos (Roberto Buerger)

Resumo: Microrredes com possível operação em modo conectado à rede elétrica ou ilhado têm se tornado cada vez mais objeto de pesquisa, resultado do crescimento da geração distribuída. Para a conexão de inversores à rede elétrica, são utilizados filtros passa-baixas, preferencialmente de ordem elevada, como o filtro LCL, por apresentarem menor volume, menor custo, maior capacidade de filtragem e maior rendimento. No entanto, no modo ilhado, a queda de tensão sobre o indutor do lado da rede pode causar distorção harmônica na tensão aplicada à carga. Neste contexto, o presente artigo apresenta uma estratégia de controle aplicada a um inversor fotovoltaico capaz de operar modo ilhado, na qual a queda de tensão no indutor do lado da rede é estimada e compensada por meio da emulação de uma impedância virtual. A validação dos conceitos é realizada por meio da apresentação de resultados de simulação.

  • 11:20 – Emulador de um arranjo fotovoltaico baseado no conversor Buck (Vinicius Fiamoncini de Souza)

Resumo: Neste trabalho apresentam-se os procedimentos envolvidos na implementação prática de um emulador fotovoltaico baseado no conversor Buck, sendo construído, para tal, um protótipo de 1kW de potência. O sistema é composto por um barramento cc de entrada a partir da alimentação da rede elétrica, um conversor cc-cc tipo Buck como emulador fotovoltaico, um circuito de condicionamento com controle digital e um conversor cc-cc tipo Buck-boost utilizado como carga. A implementação digital foi realizada por meio do microcontrolador DSP, utilizando a plataforma de desenvolvimento TMS320F28069. São apresentados vários conceitos importantes acerca dos sistemas fotovoltaicos, desde os parâmetros principais até a modelagem dos módulos PV. Em seguida, aborda-se a análise, dimensionamento e especificações do estágio de potência e controle. Resultados experimentais são apresentados ao final do trabalho, realizando-se a comparação com os resultados teóricos obtidos por simulação.

  • 11:40 – Conversor CC-CC de alto ganho para aplicações fotovoltaicas envolvendo módulos de filme fino (Lenon Schmitz)

Resumo: Módulos fotovoltaicos de filme fino normalmente possuem tensões mais elevadas nos pontos de máxima potência quando comparados com módulos de silício cristalino. Tal característica torna impraticável o uso de MOSFETs de baixa tensão (≤ 100 V) em conversores de alto ganho baseados no conversor Boost. Em vista disso, este artigo propõe uma nova topologia não isolada de alto ganho baseada no conversor Buck síncrono com indutor acoplado e multiplicadores de tensão. Além do reduzido esforço de tensão nos interruptores, o conversor proposto também apresenta menor utilização magnética do indutor acoplado, levando a uma estrutura mais compacta. O modo de operação ressoante do conversor proposto possibilita comutação suave do tipo ZVS na entrada em condução dos interruptores e comutação suave do tipo ZCS no bloqueio dos diodos, aumentando a sua eficiência. Um protótipo de 150 W, capaz de operar com uma grande variedade de módulos de filme fino comerciais, com tensão de entrada de 55-85 V e tensão de saída de 400 V, é construído para verificar a análise desenvolvida. Resultados experimentais demonstram que a eficiência máxima obtida é de aproximadamente 98% e que as eficiências ponderadas CEC são superiores a 96,7% para toda a faixa de tensão de entrada.


12:00 – Almoço (Não incluso)


Tarde

14:00 às 15:00 – Palestra 4: Inversores WEG para Energia Solar Fotovoltaica (Matheus Iensen Desconzi)


15:00 às 15:20 Coffee Break


15:20 às 17:20Sessão Técnica 4: Conversores Estáticos

  • 15:20 – Inversor boost híbrido: Modelagem, controle e experimentação (Gilberto Valentim Silva)

Resumo: O presente artigo aborda o inversor diferencial boost a capacitor chaveado (switched capacitor differential boost inverter – SCDBI) também denominado inversor boost híbrido. Trata-se de um inversor de estágio único e elevador, cujos semicondutores são submetidos a reduzidos esforços de tensão. O elevado número de elementos armazenados de energia presentes na topologia implica modelos dinâmicos de ordem elevada, fato que configura um desafio nas etapas de modelagem e controle. Como solução, um circuito equivalente de ordem reduzida é proposto neste artigo, que também introduz uma estratégia de linearização de ganho estático para reduzir a distorção harmônica da tensão de saída e possibilitar a adoção de técnicas lineares de controle. O artigo apresenta o procedimento de derivação da topologia, principais formas de onda, equacionamento, modelagem, controle e resultados experimentais, obtidos a partir de um protótipo com potência de 250 W, tensão de entrada de 70 V, valor eficaz da tensão de saída de 127 V e frequência de comutação de 50 kHz.

  • 15:40 – Inversor dual-buck de alto desempenho para injeção de energia na rede (Lucas Munaretto)

Resumo: Este trabalho propõe um conversor inversor monofásico conectado à rede baseado em dois buck operando de forma alternada. O inversor proposto possui apenas dois semicondutores no caminho da corrente em todas etapas de operação, portanto, permite baixas perdas de comutação. A topologia garante robustez pois é isenta de curto circuito provocado por acionamento no barramento CC. Como o inversor utiliza dois indutores, é proposto o uso de indutores acoplados para reduzir volume e propiciar melhor uso dos núcleos magnéticos. São apresentados resultados experimentais de um protótipo de 2 kW (entre barramentos de +380V e 220 V / 60 Hz), que mostram a capacidade do inversor atingir alto rendimento (maior que 98%) e baixa tensão de modo comum quando comutando à 50 kHz.

  • 16:00 – Conversor CC-CC de alto ganho obtido pela combinação entre redes de indutor e de capacitor chaveados (Marcos A. Salvador)

Resumo: Este artigo apresenta um conversor CC-CC elevador não isolado, obtido a partir da combinação de uma rede ativa de indutores chaveados com uma rede passiva de capacitores chaveados. O conversor proposto pode alcançar ganhos de tensão elevados (>10) proporcionando baixos esforços de tensão aos interruptores. A validação experimental do conversor proposto é alcançada por meio de um protótipo com potência nominal de 200 W, tensão de entrada de 20 V, tensão de saída de 260 V, frequência de comutação de 50 kHz e rendimento nominal de 94,27%.

  • 16:20 – Conversor CC-CC Meia-Ponte Paralelo Ressonante com Saída em Tensão e Modulação PWM Assimétrica (Neilor Colombo Dal Pont)

Resumo: Esta dissertação apresenta o estudo de um conversor CC-CC meia ponte, paralelo ressonante, com modulação PWM e comandos assimétricos,  controle da tensão de saída pela variação da razão cíclica e saída em tensão. Além disto, o conversor é estudado com estágio de saída com retificador em ponte completa ou com retificador dobrador de tensão. A configuração com retificador dobrador de tensão se mostrou mais promissora, pois possui número reduzido de interruptores, elimina circulação de corrente média nos elementos passivos tanto no primário quanto no secundário, e pode utilizar os parâmetros intrínsecos do transformador em seu projeto, o que a torna atrativa para aplicações em fontes de alta tensão de saída. Análise das etapas de operação, característica de saída, equacionamento orientado ao projeto e a implementação de comutação sob tensão nula são abordados neste trabalho. O estudo do conversor é verificado através de simulações e protótipo em baixa e em alta tensão, sendo que foi obtido um rendimento elevado.

  • 16:40 – Inversores Trifásicos PWM Híbridos a Capacitor Chaveado para aplicações de baixo ganho (Rodrigo de Souza Santos)

Resumo: Neste trabalho serão apresentadas novas topologias de inversores trifásicos fonte de tensão. Esses inversores foram gerados a partir de conversores cc-cc Híbridos a capacitores chaveados (HSC). Essas topologias são modulares e dividem os esforços de tensão igualmente em todos os interruptores e capacitores, além de manter todas as características de controlabilidade dos inversores fonte de tensão convencionais. As topologias são adequadas em aplicações nas quais os níveis de tensão na entrada e na saída são muito diferentes (i.e., alta taxa de conversão), situação em que as topologias convencionais operam com baixo desempenho.

  • 17:00 – Double Boost-Flyback (Vanderlei Cardoso)

Resumo: O conversor proposto consiste na integração de dois conversores boost-flybacks convencionais com a entrada conectada em paralelo e a saída em conexão diferencial. Ambos os conversores boost-flyback são desenhados de forma espelhada, essa conexão permite a circulação de corrente entre a fonte de alimentação e a carga sem necessidade de conectar os capacitores de saída em série, o que permite que o conversor opere em caso de um interruptor falhar. Essa nova topologia fornece praticamente o dobro do ganho estático quando comparado a versão convencional do boost-flyback, com isso a topologia é chamada de Double Boost-Flyback Converter (DBFC).


17:20 – Encerramento Oficial


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