| Resumo: | O uso intensivo de conversores electrónicos de potência e de outras cargas não lineares, tais como equipamentos electrónicos e iluminação com lâmpadas de descarga em meio gasoso, tanto na indústria como nos outros consumidores em geral, é responsável por um aumento na deterioração das formas de onda de corrente e tensão nos sistemas eléctricos. A presença de harmónicos nas linhas eléctricas causa não só maiores perdas no sistema de distribuição de energia, como também problemas de interferências nos sistemas de comunicações, operação indevida de sistemas de protecção, e por vezes, deficiências no funcionamento de equipamentos electrónicos, que são cada vez mais sensíveis, pois incluem sistemas de controlo baseados em microelectrónica, que operam com níveis de energia muito baixos. Os efeitos a longo prazo são basicamente, sobreaquecimento e envelhecimento prematuro dos dispositivos eléctricos e a fadiga mecânica das máquinas eléctricas. Os filtros passivos podem ser utilizados para compensar diversos problemas de qualidade de energia, mas apenas resolvem os problemas para as frequências que são sintonizados. Além disso, a sua operação não pode ser limitada a uma determinada zona da rede eléctrica e os fenómenos de ressonância não podem ser totalmente prevenidos. Os filtros activos são dispositivos electrónicos de potência que não apresentam as desvantagens dos filtros passivos, podendo compensar alguns dos problemas relacionados com a tensão e a corrente, nomeadamente: falhas de curta duração, distorção da corrente ou tensão causada por harmónicos, desequilíbrio de correntes ou tensões em sistemas trifásicos, flutuação (subharmónicos), sobretensões e subtensões momentâneas, e podem também fazer a correcção do factor de potência. Existem fundamentalmente dois tipos de filtros activos: o filtro activo paralelo, para filtragem das correntes nas linhas; e o filtro activo série, para filtragem das tensões de alimentação. Os algoritmos de controlo baseados na teoria p-q podem ser utilizados de forma simples e eficaz no controlo de filtros activos. Os cálculos são feitos no domínio dos tempos, com valores instantâneos de tensões e correntes, e são relativamente simples. No caso da compensação de tensão com um filtro activo série, é também possível utilizar em alternativa, algoritmos baseados no controlo clássico (por exemplo, controlo proporcional + integral), pois os sinais de referência são conhecidos. O objectivo principal desta tese consistiu no estudo, simulação, desenvolvimento, e teste de um filtro activo série com sistema de controlo implementado num computador pessoal (PC) munido de uma placa de aquisição de dados genérica para o barramento PCI. Esta opção justifica-se devido ao baixo custo, elevada capacidade de processamento, versatilidade e pelas inúmeras possibilidades oferecidas por um sistema de controlo baseado em computador pessoal. O controlo do filtro activo série é um tipo de aplicação que requer um controlador rápido, que não perca amostras, e no qual os intervalos de tempo de resposta máximos permitidos sejam garantidos. Estas características implicam a necessidade de um sistema de controlo em tempo real (hard real time, na literatura inglesa). A implementação do circuito de controlo baseada em PC apresenta algumas dificuldades. Os maiores problemas estão relacionados com os sistemas operativos multitarefa vulgares, podendo ser resolvidos apenas por programadores de nível muito avançado. Outro problema é o lento sistema de entrada/saída de dados. Estas placas são ligadas ao barramento PCI, logo não tiram partido de toda a velocidade do processador, sendo normalmente concebidas para monitorização e controlo de processos. Desse modo, são muito limitadas no tocante ao controlo em tempo real, e além disso, os fabricantes ainda não disponibilizam soluções de baixo custo para execução desse tipo de controlo implementado em PC. Habitualmente é necessário fazer a sincronização dos filtros activos de potência com os sinais distorcidos presentes na rede eléctrica. Os circuitos mais simples, como o detector de passagem por zero podem falhar com facilidade, sendo necessário recorrer a circuitos mais robustos. Discutem-se aqui duas soluções possíveis: o circuito Phase Locked Loop e o Filtro Vectorial Adaptativo. Nesta tese apresentam-se também resultados de simulações e experimentais dos controladores desenvolvidos, e dos filtros activos de potência. Além disso é feita uma comparação com uma implementação baseada em microcontrolador.
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