Transformadores sólidos

CIDADE UNIVERSITRIA JOS ALOSIO DE CAMPOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA THIAGO ETINGER GOMES SIMULAO E IMPLEMENTAO DE UM TRAFO EM ESTADO SLIDO Anteprojeto de Trabalho de Concluso ARACAJU 2011 THIAGO ETINGER GOMES SIMULAO E IMPLEMENTAO DE UM TRAFO EM ESTADO SLIDO Universidade Federal de Sergipe Cidade Universitria Jos Alosio De Campos Curso de Engenharia Eltrica com Habilitao em Eletrnica Anteprojeto de Trabalho de Concluso Orientador Levi Pedro Barbosa de Oliveira ARACAJU 2011 ETINGER, Thiago. simulao e implementao de um trafo em estado slido. 2011. Trabalho de Concluso de Curso Curso de Engenharia Eltrica com Habilitao em Eletrnica, Departamento de Engenharia Eltrica, Universidade Federal de Sergipe, Aracaju, 2011. RESUMO Este trabalho tem como propsito a simulao e implementao de um trafo de estado slido abaixador de tenso. As caractersticas do mesmo so tenso de entrada 110VAC, tenso de sada 12VAC e potncia de 25W o circuito a priori vai ser composto por trs conversores o primeiro um retificador no controlado que tem como funo transformar a tenso alternada de entrada em tenso contnua, o segundo um conversor Buck-Boost que tem o papel de ajustar o nvel de tenso de sada do retificador e o terceiro e ltimo um inversor que realiza alterao da tenso de sada contnua do Buck-Boost em tenso alternada com a mesma freqncia da rede eltrica (60Hz). A simulao do sistema vai ser realizada no software PSpice. Aps a finalizao do trafo, alguns parmetros sero avaliados, como por exemplo, a sua eficincia, robustez a variaes da tenso de entrada e/ou da carga, custo, tamanho e peso, para que possa ser realizada uma comparao com os dados de um transformador com enrolamentos imersos em leo isolante que utilize princpios eletromagnticos em seu funcionamento. Palavras-chave Transformador, Estado slido, Conversores estticos.  SUMRIO OBJETIVOS ..............................................................................................................................4 DESCRIO DO TRABALHO ...............................................................................................5 METODOLOGIA ......................................................................................................................7 MATERIAL NECESSRIO ....................................................................................................9 CRONOGRAMA .....................................................................................................................10 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .....................................................................................11 Objetivos Implementar um transformador de estado slido a partir de semicondutres de potncia. Objetivo geral Construir um transformador monofsico elevador e abaixador de tenso de estado slido. Objetivos especficos Estudar transformadores em estado slido, retificadores, conversores cc-cc e inversores Simular o retificador no controlado em ponte, o conversor Buck-Boost e o inversor, bem como o sistema transformador com o controle de tenso no conversor cc-cc Montar um trafo de estado slido elevador e abaixador de tenso utilizando-se de semicondutores de potncia Analisar as vantagens do transformador de estado slido em relao aos transformadores com leo isolante, ou seja, que no utilizam semicondutores. DESCRIO DO TRABALHO Os transformadores so equipamentos muito importantes na transmisso de energia eltrica e devido a estes que o fornecimento de energia eltrica feito em corrente alternada. A partir destes possvel elevar ou diminuir o nvel de tenso facilmente, transferindo praticamente toda potncia da entrada para sada, enquanto que na poca que houve a discusso entre qual tipo de corrente seria utilizada no fornecimento de energia eltrica no havia tecnologia eficiente e de baixo custo pra transformar nveis de tenses em corrente contnua. Elevar o nvel de tenso da energia eltrica na transmisso muito importante, pois com o aumento da tenso h uma diminuio da corrente devido potncia ser constante, consequentemente, as perdas trmicas nos cabos de transmisso so bem menores possibilitando assim o fornecimento de energia por longas distncias. Porm, os transformadores convencionais tm algumas caractersticas indesejveis 1, como por exemplo Em geral utilizam leo mineral para refrigerao e isolao, mas este produto no biodegradvel Tm perdas constantes devido corrente de magnetizao do ncleo que so independentes da carga Operam na frequncia da rede eltrica (60Hz), a qual baixa, implicando em bobinas com mais enrolamentos, ncleos magnticos maiores, aumentado assim o tamanho e peso dos mesmos Como o cobre tem elevado valor comercial, estes, constantemente, so alvos de ladres. A partir da descoberta dos semicondutores surgiram os conversores estticos da eletrnica de potncia, estes so circuitos baseados em IGBTs, diodos, entre outros semicondutores e com eles possvel converter de uma tenso e/ou corrente contnua ou alternada em outra forma correspondente, com seus parmetros como amplitude, fase e frequncia, podendo ser ajustados. Os conversores estticos so divididos em quatro tipos que so retificadores (CA-DC), recortadores (DC-DC), inversores (DC-AC) e variadores de tenso e cicloconversores (AC-AC). possvel implementar um circuito eletrnico que tenha a mesma funcionalidade de um transformador comum utilizando apenas trs tipos de conversores estticos ligados em srie. O primeiro um retificador no controlado que tem como funo transformar a tenso alternada de entrada em tenso contnua, o segundo um conversor Buck-Boost que tem o papel de ajustar o nvel de tenso de sada do retificador e o terceiro e ltimo um inversor que realiza converso da tenso de sada contnua do Buck-Boost em tenso alternada com a mesma freqncia da rede eltrica (60Hz). A simulao e implementao do circuito descrito anteriormente, com tenso de entrada 110VAC, tenso de sada 12VAC e potncia de 25W o tema proposto para este TCC. O motivo da escolha deste tema analisar os benefcios da utilizao de transformadores de estado slido. Algumas das vantagens esto relacionadas ao fato dos mesmos poderem trabalhar com freqncia mais elevada necessitando assim de transformadores menores, mais leves e baratos para realizar o acoplamento magntico, por no necessitar de leo mineral para refrigerao, por utilizar basicamente semicondutores em sua fabricao, pois o preo destes est diminuindo bastante comparado ao preo do material utilizado na fabricao dos transformadores atuais 2, 3. Este projeto vivel, pois o material a ser utilizado encontrado em diversas lojas de componentes eletrnicos e comercializado a um preo acessvel. Com a finalizao do projeto, almejasse que seja possvel mostrar atravs de dados obtidos experimentalmente que um transformador de estado slido melhor em vrios aspectos (financeiro, ambiental, operacional) do que um transformador com enrolamentos imersos em leo isolante que utilize princpios eletromagnticos em seu funcionamento. A importncia deste tema est atrelada

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