Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Bruno Ricardo de Almeida
Data de Publicação: 2012
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
Texto Completo: http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=7066
Resumo: Uma alternativa para minimizar os problemas energÃticos utilizando fontes renovÃveis de energia, à a microgeraÃÃo distribuÃda em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos sÃo turbulentos e irregulares, as turbinas eÃlicas de eixo vertical apresentam uma eficiÃncia muito prÃxima Ãs turbinas eÃlicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuÃrem baixas vibraÃÃes, por trabalharem com baixas rotaÃÃes. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eÃlico de conversÃo de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente à proposta uma topologia composta por dois estÃgios de conversÃo, sendo o primeiro um retificador trifÃsico semicontrolado em alta frequÃncia (RTSCAF) e o segundo estÃgio um conversor Buck convencional, onde todo o controle à feito de forma analÃgica. Buscando melhorias com relaÃÃo ao rendimento e tamanho, à proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional à substituÃdo por um conversor Buck intercalado sÃncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as anÃlises qualitativa e quantitativa, sendo realizado tambÃm o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final sÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo onde se verifica uma distorÃÃo harmÃnica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuiÃÃo de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado sÃncrono, na segunda topologia. O protÃtipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potÃncia nominal.
id UFC_c7c27c6c1afb805d50c5e95cc2617bf5
oai_identifier_str oai:www.teses.ufc.br:5038
network_acronym_str UFC
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisSistema de controle digital para WECS de eixo verticalDigital control system for vertical axis WECS2012-01-27Demercil de Souza Oliveira JÃnior18710730818http://lattes.cnpq.br/8797685933461323 00964238977http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4483074Z6Bruno Ricardo de AlmeidaUniversidade Federal do CearÃPrograma de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia ElÃtricaUFCBREnergia eÃlica AerogeradoresSistemas de controle digitalEÃlic energy Wind turbinesENGENHARIA ELETRICAUma alternativa para minimizar os problemas energÃticos utilizando fontes renovÃveis de energia, à a microgeraÃÃo distribuÃda em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos sÃo turbulentos e irregulares, as turbinas eÃlicas de eixo vertical apresentam uma eficiÃncia muito prÃxima Ãs turbinas eÃlicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuÃrem baixas vibraÃÃes, por trabalharem com baixas rotaÃÃes. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eÃlico de conversÃo de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente à proposta uma topologia composta por dois estÃgios de conversÃo, sendo o primeiro um retificador trifÃsico semicontrolado em alta frequÃncia (RTSCAF) e o segundo estÃgio um conversor Buck convencional, onde todo o controle à feito de forma analÃgica. Buscando melhorias com relaÃÃo ao rendimento e tamanho, à proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional à substituÃdo por um conversor Buck intercalado sÃncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as anÃlises qualitativa e quantitativa, sendo realizado tambÃm o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final sÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo onde se verifica uma distorÃÃo harmÃnica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuiÃÃo de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado sÃncrono, na segunda topologia. O protÃtipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potÃncia nominal. An option to minimize the energetic problems using renewable energy sources is the distributed micro generation in urban areas. In this kind of environment, where the winds are not regular ande turbulent, the efficiencies from vertical axis wind turbines are comparable to those ones from horizontal axis wind turbines, with the additional vantage of producing low mechanical vibrations at low rotation speeds. Thus, in order to explore this technology, this work presents a wind energy conversion system using a 1.5 kW vertical axis wind turbine. Firstly, a two power conversion stages topology is proposed, the first stage is a high frequency, semi controlled, three phase rectifier and the second stage is a classical Buck converter, the proposed topology is controlled by an analog control system. Secondly, in order to achieve size and efficiency improvements, a second topology is proposed, where the classic Buck converter is substituted by a synchronous, interleaved Buck converter, this second topology is fully digitally controlled. For both topologies, qualitative and quantitative analyses have been realized as well as its control systems have been design. Finally, simulation results are presented for both topologies, where an 18.5% input current total harmonic distortion can be verified for both topologies and, a 30% reduction of rms current trough dc link capacitors is verified for the second topology. A 1.5 kW prototype, based on the first proposed topology, was built and tested, achieving a full power efficiency of 91%. Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgicohttp://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=7066application/pdfinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCinstname:Universidade Federal do Cearáinstacron:UFC2019-01-21T11:20:07Zmail@mail.com -
dc.title.pt.fl_str_mv Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
dc.title.alternative.en.fl_str_mv Digital control system for vertical axis WECS
title Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
spellingShingle Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
Bruno Ricardo de Almeida
Energia eÃlica
Aerogeradores
Sistemas de controle digital
EÃlic energy
Wind turbines
ENGENHARIA ELETRICA
title_short Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
title_full Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
title_fullStr Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
title_full_unstemmed Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
title_sort Sistema de controle digital para WECS de eixo vertical
author Bruno Ricardo de Almeida
author_facet Bruno Ricardo de Almeida
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Demercil de Souza Oliveira JÃnior
dc.contributor.advisor1ID.fl_str_mv 18710730818
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/8797685933461323
dc.contributor.authorID.fl_str_mv 00964238977
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4483074Z6
dc.contributor.author.fl_str_mv Bruno Ricardo de Almeida
contributor_str_mv Demercil de Souza Oliveira JÃnior
dc.subject.por.fl_str_mv Energia eÃlica
Aerogeradores
Sistemas de controle digital
topic Energia eÃlica
Aerogeradores
Sistemas de controle digital
EÃlic energy
Wind turbines
ENGENHARIA ELETRICA
dc.subject.eng.fl_str_mv EÃlic energy
Wind turbines
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIA ELETRICA
dc.description.sponsorship.fl_txt_mv Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico
dc.description.abstract.por.fl_txt_mv Uma alternativa para minimizar os problemas energÃticos utilizando fontes renovÃveis de energia, à a microgeraÃÃo distribuÃda em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos sÃo turbulentos e irregulares, as turbinas eÃlicas de eixo vertical apresentam uma eficiÃncia muito prÃxima Ãs turbinas eÃlicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuÃrem baixas vibraÃÃes, por trabalharem com baixas rotaÃÃes. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eÃlico de conversÃo de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente à proposta uma topologia composta por dois estÃgios de conversÃo, sendo o primeiro um retificador trifÃsico semicontrolado em alta frequÃncia (RTSCAF) e o segundo estÃgio um conversor Buck convencional, onde todo o controle à feito de forma analÃgica. Buscando melhorias com relaÃÃo ao rendimento e tamanho, à proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional à substituÃdo por um conversor Buck intercalado sÃncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as anÃlises qualitativa e quantitativa, sendo realizado tambÃm o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final sÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo onde se verifica uma distorÃÃo harmÃnica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuiÃÃo de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado sÃncrono, na segunda topologia. O protÃtipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potÃncia nominal.
dc.description.abstract.eng.fl_txt_mv An option to minimize the energetic problems using renewable energy sources is the distributed micro generation in urban areas. In this kind of environment, where the winds are not regular ande turbulent, the efficiencies from vertical axis wind turbines are comparable to those ones from horizontal axis wind turbines, with the additional vantage of producing low mechanical vibrations at low rotation speeds. Thus, in order to explore this technology, this work presents a wind energy conversion system using a 1.5 kW vertical axis wind turbine. Firstly, a two power conversion stages topology is proposed, the first stage is a high frequency, semi controlled, three phase rectifier and the second stage is a classical Buck converter, the proposed topology is controlled by an analog control system. Secondly, in order to achieve size and efficiency improvements, a second topology is proposed, where the classic Buck converter is substituted by a synchronous, interleaved Buck converter, this second topology is fully digitally controlled. For both topologies, qualitative and quantitative analyses have been realized as well as its control systems have been design. Finally, simulation results are presented for both topologies, where an 18.5% input current total harmonic distortion can be verified for both topologies and, a 30% reduction of rms current trough dc link capacitors is verified for the second topology. A 1.5 kW prototype, based on the first proposed topology, was built and tested, achieving a full power efficiency of 91%.
description Uma alternativa para minimizar os problemas energÃticos utilizando fontes renovÃveis de energia, à a microgeraÃÃo distribuÃda em meios urbanos. Neste ambiente onde os ventos sÃo turbulentos e irregulares, as turbinas eÃlicas de eixo vertical apresentam uma eficiÃncia muito prÃxima Ãs turbinas eÃlicas de eixo horizontal, com a vantagem de possuÃrem baixas vibraÃÃes, por trabalharem com baixas rotaÃÃes. Assim, com o objetivo de explorar esta tecnologia de eixo vertical, este trabalho apresenta um sistema eÃlico de conversÃo de energia utilizando uma turbina de eixo vertical de 1500 watts. Inicialmente à proposta uma topologia composta por dois estÃgios de conversÃo, sendo o primeiro um retificador trifÃsico semicontrolado em alta frequÃncia (RTSCAF) e o segundo estÃgio um conversor Buck convencional, onde todo o controle à feito de forma analÃgica. Buscando melhorias com relaÃÃo ao rendimento e tamanho, à proposta em seguida uma segunda topologia, onde o conversor Buck convencional à substituÃdo por um conversor Buck intercalado sÃncrono, com controle totalmente digital. Para todos os conversores, foram realizadas as anÃlises qualitativa e quantitativa, sendo realizado tambÃm o projeto dos componentes e dos controladores. Ao final sÃo apresentados os resultados de simulaÃÃo onde se verifica uma distorÃÃo harmÃnica total (DHT) na corrente de entrada de aproximadamente 18,5% para ambas as topologias, e observa-se uma diminuiÃÃo de 30% na corrente eficaz que circula no banco de capacitores do barramento cc ao utilizar o conversor Buck intercalado sÃncrono, na segunda topologia. O protÃtipo experimental de 1500 watts da primeira topologia foi testado e apresentou um rendimento de 91% para potÃncia nominal.
publishDate 2012
dc.date.issued.fl_str_mv 2012-01-27
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
status_str publishedVersion
format masterThesis
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=7066
url http://www.teses.ufc.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=7066
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do CearÃ
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia ElÃtrica
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFC
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do CearÃ
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
instname:Universidade Federal do Ceará
instacron:UFC
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC
instname_str Universidade Federal do Ceará
instacron_str UFC
institution UFC
repository.name.fl_str_mv -
repository.mail.fl_str_mv mail@mail.com
_version_ 1643295155130728448

Registros relacionados