DESENVOLVIMENTO DE UM CONVERSOR SEPIC PARA CARREGAMENTO DE BATERIA DE CHUMBO ÁCIDO PARA UM SISTEMA EÓLICO DE BAIXA POTÊNCI

DESENVOLVIMENTO DE UM CONVERSOR SEPIC PARA CARREGAMENTO DE BATERIA DE CHUMBO ÁCIDO PARA UM SISTEMA EÓLICO DE BAIXA POTÊNCIA

RESUMO: Neste trabalho foi desenvolvido um conversor SEPIC para o carregamento de uma bateria. Para isto, foram construídos um circuito referente ao estágio de potência composto por capacitores e indutores, e outro referente ao estágio de controle composto por um microcontrolador PIC e sensores de tensão. A partir de sinais enviados ao PIC monitorou-se a tensão de entrada bem como a tensão e a corrente de saída do conversor, dessa forma a partir do ajuste do ciclo de trabalho do sinal PWM controlou-se a tensão e a corrente aplicada à bateria. Os resultados mostram que os níveis de tensão e corrente do circuito de carga são adequados para carregar uma bateria na aplicação do método de carga conhecido como Dois Níveis de Tensão. Portanto, o sistema construído pode ser acoplado a um aerogerador o qual constitui uma opção para a universalização do atendimento com relação ao fornecimento de energia elétrica.

Palavras-Chave: aerogerador, carregador, energia renovável, pwm

DEVELOPMENT OF A SEPIC CONVERTER FOR BATTERY CHARGING LEAD ACID FOR A LOW POWER WIND SYSTEM

ABSTRACT: In this work we developed a SEPIC converter for charging a battery. For that they were built a circuit regarding the power stage composed of capacitors and inductors, and another related to the control stage consists of a PIC microcontroller and voltage sensors. From signals sent to the PIC input voltage was monitored and the voltage and converter output current, thereby starting the setting of the PWM duty cycle controlled to voltage and current applied to the battery . The results show that the levels of voltage and current of the load circuit are suitable for charging a battery in implementing the charging method known as two voltage levels. Therefore, the built system can be coupled to a wind turbine which is an option for the universal service in relation to the supply of electricity.

KEYWORDS: wind turbine, charger, renewable energy, pwm

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1. INTRODUÇÃO

Na atualidade existe uma consciência por parte da sociedade de modo generalizado acerca da necessidade de buscar novos meios de geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis, numa perspectiva de preservação do meio ambiente. Nesse contexto, alguns tipos de energia renováveis como a eólica e a solar tem se popularizado cada vez mais.

Nesse âmbito, uma possibilidade de utilização da energia eólica na produção de energia elétrica é a implementação de sistemas isolados de baixa potência para atender uma demanda específica, como por exemplo, uma residência afastada da rede elétrica convencional.  Esses sistemas geralmente utilizam baterias para armazenar a energia elétrica com intuito de solucionar o problema da intermitência dos ventos que influencia diretamente nas características da energia gerada. Então, observa-se que umas das dificuldades apontadas na transformação de energia eólica em elétrica está diretamente ligado ao circuito de carga. Pois a geração depende da velocidade do vento, o que resulta no desperdício de certa quantidade de energia quando a tensão do aerogerador é menor que a tensão da bateria.

Desta forma, entendendo que é essencial minimizar perdas, e que é necessário aplicar um método de carga adequado à bateria, propõe-se a construção de um conversor chaveado SEPIC, que aproveite a energia gerada em diferentes velocidades de vento, e que realize o carregamento de uma bateria, de maneira otimizada.

1.1 Carregamento de uma bateria

Com relação à recarga das baterias, a Figura 1 mostra o comportamento da tensão e da corrente no Método de Dois Níveis de Tensão no qual ocorrem três estágios: primeiro é imposta uma corrente (IMAX) até que a tensão chegue à tensão de equalização (VBLK); em seguida mantém-se a tensão de equalização sobre a bateria até que a corrente decresça até um valor de retenção mínima (IMIN); no terceiro estágio é mantida uma tensão de flutuação (VFLT) sobre a bateria para que a carga seja mantida. Também é sugerida a adição de um estágio de pré-carga para verificar se a bateria está em descarga profunda.

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Figura 1.Tensão e corrente na bateria com o método de Dois Níveis de Tensão. Lazzarin, 2006.

1. Conversor SEPIC

Do inglês Single-Ended Primary Inductor Converter (SEPIC) é um conversor chaveado no qual a tensão de saída pode ser controlada empregando-se uma modulação por largura de pulso (PWM). Este possibilita obter uma tensão de saída maior ou menor do que a entrada. Neste projeto será considerado o modo de condução contínua, cujo ganho estático é dado pela Equação 1. Dessa forma, a relação entre a tensão de entrada (Vin) e a tensão de saída (V0) depende unicamente do ciclo de trabalho (D) da chave. O esquema referente ao SEPIC pode ser visto na Figura 2 (TIBOLA,2009).

[pic 2]

[pic 3]

                        Figura 2. Circuito de potência Conversor SEPIC. IFBA, 2016.

1. MATERIAL E MÉTODOS

Baseado na pesquisa bibliográfica, será utilizado o método de carga mostrado na 0. Dessa forma o controlador de carga foi projetado para uma tensão de entrada entre 10V e 20V e para uma bateria de 12V com capacidade de 4Ah.

1. Dimensionamento do Conversor SEPIC

Os componentes do SEPIC foram dimensionados entendendo-se que a tensão de saída do gerador varia com a velocidade do vento, mas o conversor deve manter a tensão de carga correspondente à fase de carregamento em que a bateria se encontrar. A frequência de comutação escolhida arbitrariamente foi de 50kHz, estando acima da faixa de frequência audível. A variação de tensão de 1%. Os valores de indutância e capacitância calculados foram registrados na Tabela 1.

Tabela 1. Valores do ciclo de trabalho (D), corrente de entrada (IE), indutância de entrada (LE), indutância de magnetização (ILM) e de capacitância (C) para o método de carga de Dois Níveis de Tensão. IFBA,2016.

Vin (V)	V0 (V)	D	IE (A)	LE (µH)	Lm (µH)	C (µF)
20	13,8	0,408	0,032	1180	817	5,9

O circuito do estágio de potência com adesão de circuitos snubbers nas chaves e com relés de proteção, e uma ligação para um ventilador pode ser visualizado na Figura 3.

[pic 4]

Figura 3. Esquema da montagem o estágio de potência do controlador de carga. IFBA,2016.