Análise de estabilidade de retificadores com correção de fator de potência empregando modelos lineares periódicos no tempo

• Main Author: Scapini, Rafael Zanatta
• Other Authors: Michels, Leandro
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Santa Maria 2017
• Subjects: Sistemas LTP; Análise da estabilidade; Retificadores com correção do fator de potência; Controle realimentado; LTP systems; Stability analysis; Power factor corrected rectifiers; Feedback control; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Online Access: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/8517

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior === Many control techniques applied to converters with power factor correction (PFC) use cascaded control to compensate the output voltage and the input current. These techniques usually employ linear time-invariant (LTI) models and ignore the periodic output voltage oscillation by using compensator with low-pass characteristic. To ensure correlation between the rectifier and its LTI model, as well as power factor correction, these techniques reduce the crossing frequency, which result in a closed-loop voltage with poor dynamic response. Aiming to reduce the time-response designers have associated notch filters into the controller to increase the bandwidth. These filters increase the attenuation in ripple frequencies making possible to enlarge system bandwidth without compromising power factor correction. However, increasing the crossing frequency enhances the interaction between ac output components and the feedback system. In these cases, linear time-invariant (LTI) approach can not adequately represent the closed loop dynamics. As a result, LTI stability analysis based on LTI approach is no longer valid. On the other hand, a better dynamic representation can be achieved by using linear time-periodic models (LTP). These models include the modulation effects inherent in the output voltage dynamics. This work presents an alternative systematic methodology to perform the stability analysis for continuous-time closed-loop control systems using linear time-periodic (LTP) models. This methodology use an LTP representation in frequency domain called harmonic transfer function (HTF). This method extends the multi-variable LTI techniques for LTP approach. Finally is detailed the stability analysis of full-bridge and half-bridge single-phase PFC rectifiers. Theoretical, simulation and experimental results are presented to validate the proposed technique. === Muitas técnicas de controle aplicadas a retificadores monofásicos com correção do fator de potência (PFC) utilizam controladores em cascata para compensação da tensão de saída e da corrente de entrada. Essas técnicas, em geral, empregam modelos lineares e invariantes no tempo (LTI) e desconsideram as oscilações periódicas presentes nas tensões de saída, fazendo uso de leis de controle com características passa-baixa. Para garantir a correlação entre o modelo LTI e o retificador, bem como a correção do fator de potência, estas estratégias utilizam banda-passante reduzida, o que limita consideravelmente a resposta dinâmica da compensação da tensão. No intuito de reduzir o tempo de resposta da malha de tensão, sem comprometer a correção do fator de potência, projetistas têm associado filtros rejeita-banda à malha de controle. Esses filtros acentuam a atenuação nas frequências de interesse e, assim, possibilitam elevar a banda-passante sem comprometer a correção do fator de potência na entrada. Porém, a elevação da banda-passante aumenta a interação das componentes alternadas da tensão do lado cc com o sistema de compensação. Nestes casos, a abordagem LTI pode não representar adequadamente as dinâmicas de malha fechada e, consequentemente, não é válida para a análise da estabilidade. Por outro lado, uma melhor representação dinâmica da malha de compensação da tensão de retificadores PFC monofásicos pode ser obtida com a utilização de modelos lineares periódicos no tempo (LTP). Esses modelos dinâmicos incluem os efeitos de modulação inerentes da dinâmica da tensão de saída. Este trabalho apresenta uma metodologia sistemática alternativa para a análise da estabilidade de malha fechada de retificadores PFC monofásicos empregando-se modelos LTP em tempo contínuo. A metodologia de análise da estabilidade utiliza uma representação dos modelos LTP no domínio da frequência, denominado função de transferência harmônica (HTF). Esta representação estende as técnicas clássicas de análise da estabilidade de sistemas LTI multivariáveis para a abordagem LTP. Por fim, são detalhadas as análise de estabilidade dos retificadores monofásicos em ponte completa e meia ponte, considerando-se a operação com correção do fator de potência de entrada. Resultados teóricos, de simulação e experimentais são apresentados para validar a técnica de análise da estabilidade.