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Sistema de chaveamento dinâmico para inversores

Resumo do projeto

Os inversores de potência são equipamentos fundamentais para o funcionamento de sistemas de geração de energia solar, que representam 15% da matriz elétrica brasileira segundo dados da ABSOLAR, pois convertem a corrente contínua gerada pelos painéis fotovoltaicos em corrente alternada, utilizada em eletrodomésticos, por exemplo. Em sistemas off-grid, não conectados à rede elétrica pública, a energia gerada pelos painéis solares é armazenada em baterias, e são utilizados em locais remotos, embarcações e motorhomes. Estudos apontam que a frequência de chaveamento de inversores, quando não configurada corretamente, pode ocasionar em perdas significativas nas chaves estáticas, no transformador, e na distorção do sinal de saída. Caso essas pequenas perdas fossem evitadas, o tempo de vida das baterias aumentaria, afinal, menos energia estaria sendo consumida e menos ciclos de carga seriam utilizados. Assim surge a ideia de uma aplicação capaz de monitorar a operação do inversor e regular a frequência de chaveamento buscando o estado de menor consumo e maior rendimento. Para execução de testes foi utilizado o hardware de um inversor off-grid comercial e uma fonte chaveada de 24V como fonte de alimentação, sendo desenvolvido apenas o firmware. A aplicação desenvolvida contempla as funcionalidades de reprodução de sinal senoidal de 60Hz e 220V RMS e estabilização do mesmo através de um algoritmo de controle PI (proporcional e integral), leitura do sinal de saída e da tensão da fonte de alimentação através de um conversor analógico-digital, cálculo da tensão RMS e controle da frequência de chaveamento. Os testes realizados buscavam entender o comportamento do equipamento conforme a frequência de chaveamento e sua carga eram alteradas, para isso era aplicada uma carga ao inversor, como um motor universal, uma lâmpada ou nenhuma carga, e era alterada a frequência de chaveamento de 10 kHz até 120 kHz, com saltos de 10 kHz, e foram observados o consumo da fonte de alimentação e tensão de saída. Operando a vazio, o inversor apresentou menor consumo na frequência de 90 kHz, com diminuição de 27% de consumo de corrente da fonte, na faixa de 90 kHz até 120 kHz, o sinal de saída apresentou queda de tensão por conta da alta reatância indutiva nos filtros no primário do transformador. Já com o motor universal, cerca de 10% da potência nominal do inversor utilizado, a frequência de chaveamento que trouxe menor consumo foi 60 kHz, com diminuição de 8,33% do consumo de corrente e aumento de cerca de 6,56% do rendimento do equipamento. O firmware faz a mudança da frequência de chaveamento automaticamente, sempre buscando o estado de menor consumo. Ao analisar os dados levantados concluiu-se que aumentar a frequência de chaveamento traz uma queda no consumo da fonte de alimentação, porém conforme a potência da carga se aproxima da potência nominal do inversor, o valor desta queda é menor. O sistema desenvolvido apresenta melhor desempenho quanto menor for a carga alimentada pelo inversor, e é útil em sistemas off-grid, em que os inversores não estão sempre operando em capacidade máxima, trazendo economia da fonte de alimentação.

Alunos

Enzo Immig
Guilherme Ferronatto Hack
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Orientadores

Anderson Jean de Farias

Instituição

Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha
Novo Hamburgo /
  Novo Hamburgo –  
  RS –
  Brazil

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Anderson Jean de Farias
Anderson Jean de Farias
1 ano atrás

Meu segundo grupo de orientados favorito!

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Guilherme Ferronatto Hack
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Anderson Jean de Farias

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