Retificador trifásico controlado com fator de potência quase unitário

Dissertação de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo Automação e Eletrónica Industrial

Com o crescimento do transporte de energia e utilização de acionamentos eletromecânicos de velocidade variável podemos assistir ao consequente crescimento do uso de conversores de potência totalmente controlados. Os do tipo AC-DC têm como objetivo primordial o de controlar uma tensão contínua, elevando ou decrescendo a mesma conforme o necessário, e o controlo de correntes do lado da rede trifásica. A presente dissertação tem por objetivo fazer o estudo teórico e a respetiva comprovação experimental da aplicação de um retificador trifásico controlado, bidirecional em potência, com fator de potência quase unitário. Este tipo de conversores permite a interligação com a rede elétrica de cargas DC, passivas ou ativas, e em particular a alimentação de onduladores de tensão para aplicação em sistemas de acionamento eletromecânico de velocidade variável bidirecionais em potência. O trabalho foi iniciado com a modelização do sistema, estudo do controlador a utilizar para o controlo da tensão DC e correntes AC e simulação numérica do sistema proposto em MatlabSimulink. Na fase seguinte foi projetado, dimensionado e construído o protótipo do retificador trifásico controlado, permitindo validar o modelo matemático, os dois controladores e a técnica de controlo. Este protótipo teve por base o modelo matemático desenvolvido. O mesmo foi feito à custa do uso de um módulo de IGBT’s com drives integradas. Para o controlo do conversor foi usado o SPWM por ser um modulador onde se pode alterar parâmetros como a frequência de comutação dos semicondutores usados e a frequência das correntes do lado da corrente alternada. Tendo o conversor proposto um fator de potência quase unitário, foi ainda comprovada a possibilidade de injeção de potência reativa, tanto para o lado do conversor como para o lado da rede trifásica. No final os resultados do protótipo laboratorial esimulados foram confrontados sendo possível concluir a robustez do conversor.

Abstract: With the growth of energy transmission and use of electro-mechanical variable speed drives we can watch the resultant growth in the use of fully controlled power converters. For the AC-DC type their primary objective is to control a DC voltage, increasing or decreasing the same as necessary, and the control of the current in the side of the three-phase grid. This thesis aims to make the theoretical study and the respective experimental proof of application of a controlled three-phase rectifier, bidirectional and with an almost unity power factor. This type of converters allows interconnection between the grid and DC loads, passive or active, in particular the supply voltage of inverters for use in electromechanical drive s ystems and bidirectionalvariable speed power. The work was initiated with the system modeling, study of the controller to be used for the control of DC voltage and AC current and numerical simulation of the proposed system in Matlab Simulink. In the next stage was designed, dimensioned and built the three phase controlled rectifier prototype, allowing the validating of the mathematical model, the two controllers and the technique of control. This prototype was based on the mathematical model developed. The same was done with an IGBT module with integrated drives. For the control of the converter was used the SPWM modulator, which can change various parameters like the operating frequency of the semiconductor used. Since the converter proposed has an almost unity power factor, it was proved the possibility of injecting reactive power, to the converter as well as for the three-phase network. At the end the results of the prototype and those from the simulation were confronted allowing to conclude about the robustness of the converter.