Condicionador de energia universal monofásico sem transformador baseado no conversor nove-chaves

Abstract

Uma solução interessante para problemas associados à tensão do sistema, como afundamentos e elevações de tensões, bem como aqueles associados à corrente, como baixo fator de potência e distorção harmônica, é o condicionador de qualidade de energia unificado (UPQC). Sua topologia convencional apresenta dois conversores de ponte completa conectados em uma configuração back-to-back. Além disso, um conversor de ponte completa é conectado à rede através de um transformador de isolamento que contribui para aumentar o tamanho e o volume do sistema de condicionamento. Visando reduções de tamanho, volume e custo, é interessante desenvolver condicionadores sem transformador com número reduzido de interruptores. Portanto, este trabalho propõe um UPQC sem transformador monofásico com base em dois braços de um conversor nove-chaves. Neste conversor, existem dois conjuntos de saídas monofásicas, cada um deles se comportando como um conversor independente. A unidade top é conectada em paralelo à carga por meio de um filtro LC série, funcionando como um filtro de energia híbrido compensando harmônicos de correntes sendo responsável também pela regulação da tensão cc. A unidade bottom é responsável por compensar harmônicos de tensão, afundamentos ou elevações de tensão da rede, de modo que a carga seja alimentada por tensão senoidal com amplitude dentro da faixa nominal. As principais vantagens da topologia utilizada são: a redução de chaves semicondutoras utiliza seis chaves em relação a topologia tradicional que utiliza oito, sem elevar substancialmente a tensão do barramento cc, propiciar a compensação de corrente reativa demandada pela carga através do projeto adequado dos filtros de conexão e não necessita de transformador para compensação dos afundamentos, sobretensões e harmônicos de tensão. As maiores desvantagens da topologia foram o PWM complexo devido as restrições inerentes da topologia e as perdas elevadas obtidas no protótipo. A topologia mostrou-se funcional, sendo mais atrativa em casos não demandem conversores com potências elevadas.