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Título: Alternativas de topologias retificadoras para aerogeradores síncronos a ímã permanente de baixa potência
Autor(es): Freitas, Tiara Rodrigues Smarssaro de
Orientador: Simonetti, Domingos Sávio Lyrio
Coorientador: Menegáz, Paulo José Mello
Palavras-chave: Energia eólio-elétrica
SEPIC
Buck-ressonante
GSIP
Geradores síncronos a ímã permanente (GSIP)
Data do documento: 11-Dez-2015
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Apresentam-se duas topologias retificadoras controladas, aplicadas em aerogeradores síncronos a ímã permanente, de baixa potência. Para sistemas de baixa potência, ou sistemas de operação isolada (stand-alone), onde a energia proveniente da geração eólioelétrica é parte significante da energia total do sistema, os geradores e os conversores têm o papel de manter a tensão e a frequência da rede constantes, apesar das oscilações de potência na turbina eólica. Em geradores síncronos a ímã permanente (GSIP) com velocidade variável, a solução preferencial tem sido a conversão em duas etapas: CA-CC-CA. Diversas topologias de conversores têm sido exploradas, porém, o que se tem observado, é que essa conversão dispõe de muitos elementos controlados na conversão CA-CC, a maioria a seis chaves, dificultando e encarecendo o seu controle. Cada nova topologia apresenta novos aspectos, sempre buscando um conversor que melhor se adapte ao sistema e influenciando minimamente possível a qualidade da potência de geração. As topologias apresentadas pela literatura são eficientes para as potências maiores, mas quando se trata de sistemas com potências menores, conversores mais simples (com uma ou três chaves controladas) podem atender ao objetivo de retificação com um custo menor, e sem que a qualidade da conversão seja reduzida. A contribuição desta tese de doutorado é o desenvolvimento de uma nova topologia retificadora SEPIC, a três chaves controladas, e a análise e a aplicação de uma topologia Buck-ressonante, a uma chave controlada, para aerogeradores. São soluções retificadoras mais simples, aplicadas à geração eólioelétrica de baixa potência com gerador síncrono de ímãs permanentes, oferecendo simplicidade e facilidade de controle. Apresentam-se o projeto dos conversores, as equações que os definem, os resultados de simulação e os resultados experimentais. Verificou-se que ambas as soluções conseguem operar com alto fator de potência e conteúdo harmônico reduzido empregando um único sinal de comando, em ampla faixa de velocidade do vento e sem laço de controle da corrente do gerador.
Two controlled rectifier topologies applied to low power wind energy conversion system with permanent magnet synchronous generator are presented. For low power or stand-alone operation systems, where the energy from wind generation is a significant part of the total power system, generators and converters have the role of maintaining the grid’s voltage and frequency constant, despite the fluctuations of the wind turbine. In variable speed permanent magnet synchronous generator (PMSG), the preferred solution has been a conversion on two stages: AC-DC-AC. Several converter topologies have been explored, but kind of this conversion has many controlled elements, most of them with 6 controlled switches in AC-DC conversion, making it difficult and more expensive its control; each new topology introduces new aspects and always looking for a converter that best suits the system with minimally influence to the quality of power generation. The topologies presented in the literature are effective for the high power levels, but when it comes to systems with lower power levels, simpler converters (single or three controlled switches) can serve the purpose of rectification with a lower cost and without the conversion quality been reduced. The contribution of this thesis is the development of a new SEPIC rectifier topology using three controlled switches, and the analysis and new application of an existing resonant buck topology, with a single controlled switch, to wind energy system. They are simpler rectifying solutions, applied to low power wind generation based on permanent magnet synchronous generator, offering simplicity and control facility. The converter’s project, the equations that define them, the simulation and experimental results for each converter are presented. It was verified that both topologies could achieve high power-factor and low harmonic distortion employing only one single gate signal, on a wide range of wind speed with no current’s generator closed loop control.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9707
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