La GIRE : un modèle de gestion basé sur une approche participative

La gestion participative : une approche récente en matière de gestion durable de la ressource en eau

2.5. La GIRE : un modèle de gestion basé sur une approche participative

A Fig. 6.1 traz o diagrama geral do protótipo, no qual são identificados os blocos fundamentais deste. A Fig. 6.2 apresenta uma fotografia com a vista superior do sistema e na Fig. 6.3 é apresentada uma fotografia com a vista lateral do mesmo. São identificados os principais componentes do conjunto por meio da seguinte numera¸cão:

1. Retificador 2. Contator

3. Indutores da fase 1 4. Indutores da fase 2 5. Sensores de efeito Hall

6. Pilha de subm´odulos da fase 1 7. Pilha de subm´odulos da fase 2 8. Placa interface

9. Placa de condicionamento

10. Placa de desenvolvimento EzDSP 2812 11. Placa de desenvolvimento Altera Cyclone II 12. Fonte auxiliar 1

13. Fonte auxiliar 2

6.1 Especifica¸cão dos componentes do estágio de potência

6.1.1 Capacitor de subm´odulo

A capacitância m´ınima necessária para manter a ondula¸cão de projeto varia em fun¸cão do ângulo de carga, potência e tensão de opera¸cão. Na Fig. 6.4 é apresentado o valor de capacitância necessária em fun¸cão do ângulo de carga φ para duas condi¸cões de tensão e

Fig. 6.2: Vista superior do prot´otipo.

Fig. 6.4: Valor da capacitˆancia m´ınima de subm´odulo, Ps= 3.000 VA e Voh,ef de 509 V,

Ps= 2.239 VA e Voh,ef de 380 V.

potência, obtidas com a utiliza¸cão de (5.38). Para condi¸cões com ângulo de carga de π/2 e 3π/2 o valor de capacitância é máximo, neste caso aproximadamente 550 µF.

O valor de corrente eficaz no capacitor também varia em fun¸cão do ângulo de carga. Na Fig. 6.5 são apresentadas duas curvas de varia¸cão da corrente eficaz em fun¸cão do ângulo φ, correspondendo a tensão eficaz de 380 V e 509 V. A corrente eficaz máxima no capacitor é de 2,08 A, obtida quando a potência é puramente reativa. A curva de tensão 509 V corresponde à opera¸cão em condi¸cão nominal, já a curva de 380 V é obtida para a potência de 2.239 VA, esta potência foi escolhida para que a corrente eficaz na fonte Voh

fosse igual ao valor especificado para 509 V. A tensão de 380 V será a condi¸cão utilizada para a conexão à rede CA, considerando a tensão de linha dispon´ıvel no laboratório.

O capacitor de submódulo será composto por uma associa¸cão em paralelo de dois capacitores eletrol´ıticos EPCOS, código B43503-S5477-M91 de 470 µF. A corrente eficaz nominal de cada componente é de 1,6 A, com resistência série de 0,4 Ω. Próximo aos interruptores são posicionados dois capacitores de poliéster de 1 µF. As perdas no capacitor são computadas considerando a corrente eficaz e resistência série obtida da folha de dados do mesmo. Na Fig. 6.6 é apresentado a potência dissipada no banco capacitivo de cada submódulo.

Fig. 6.5: Valor eficaz de corrente no capacitor de subm´odulo, Ps= 3.000 VA e Voh,ef de

509 V, Ps= 2.239 VA e 380 V.

6.1.2 Indutor de semibra¸co

A indutância de semibra¸co (La) será especificada com a utiliza¸cão do ábaco apresen-

tado na Fig. 5.10, neste ábaco é apresentado o valor da corrente normalizada para ângulo α = 0 rad e ml = 0. Com γ = π/2 o valor da ondula¸cão da corrente de sa´ıda será

m´ınimo. O valor de ondula¸cão normalizada para este caso é de 0,87. Utilizando (5.60) e as informa¸cões de especifica¸cão do projeto, calcula-se o valor de indutância m´ınima que proporciona a ondula¸cão de 6 %:

La=

iLa1pVc

∆iLa1pωc

= 15, 3 mH (6.1)

O valor da indutância que será utilizado no protótipo é de 17 mH5_{. Devido à baixa}

ondula¸cão de corrente em alta frequência no mesmo, optou-se pela utiliza¸cão de núcleos com lâminas de ferro-sil´ıcio. A resistência série do componente é de 0,27 Ω. O valor de 17 mH proporciona uma ondula¸cão de corrente de 5,4 %. A corrente eficaz no indutor é calculada com a utiliza¸cão de (5.63). Na Fig. 6.7 é apresentado o valor da corrente eficaz neste componente para tensão Voh,ef de 509 V com potência 3.000 VA e tensão 380 V

com potência de 2.239 VA. O valor máximo de corrente ocorre para os ângulos de carga 0 rad e π rad. O valor eficaz máximo de corrente apurado é de 3,49 A. O valor de pico da corrente no indutor, calculada por (5.64), é de 6,20 A.

As perdas no indutor são calculadas considerando apenas as perdas de condu¸cão no mesmo, visto que a ondula¸cão de corrente é bastante reduzida. Na Fig. 6.8 é apresentada a potência dissipada neste componente para condi¸cão de 509 V com potência de 3.000 VA.

6.1.3 Semicondutores

Na Fig. 6.9 é apresentado o valor da corrente média nos semicondutores do submódulo em fun¸cão do ângulo de carga na condi¸cão nominal de opera¸cão. Observa-se a distribui¸cão desigual dos esfor¸cos de corrente entre os semicondutores para ângulos diferentes de π/2 e 3π/2. Os componentes mais cr´ıticos são o diodo inferior (D2) e o interruptor inferior

(S2), cuja corrente média máxima chega a 1,93 A. A corrente média nos semicondutores

superiores (D1 e S1) ´e idˆentica. A Fig. 6.10 apresenta os valores de corrente eficaz

nos semicondutores do submódulo para valores de ângulo φ entre 0 rad e 2π rad. O valor máximo de corrente eficaz nos semicondutores inferiores do submódulo é de 3,08 A, enquanto nos semicondutores superiores é de 1,53 A. Na Fig. 6.11 e na Fig. 6.12 são

Após o recebimento do indutores encomendados verificou-se que o valor de indutância medido para a frequência de 10 kHz sob corrente nominal cai para 10 mH. Este valor de indutância foi adotado para o projeto dos controladores e simula¸cão.

Fig. 6.7: Valor eficaz de corrente no indutor de semibra¸co, Ps= 3.000 VA e Voh,ef de 509

V, Ps= 2.239 VA e 380 V.

apresentadas o valor de corrente média e eficaz nos semicondutores para a condi¸cão de opera¸cão em 380 V.

O interruptor utilizado no protótipo é o IRGP50B60PD1. Este componente possui caracter´ısticas superiores às necessárias em termos de condu¸cão corrente e comuta¸cão, sendo escolhido devido à disponibilidade no laboratório. O componente IRGP50B60PD1 possui integrados no mesmo encapsulamento um IGBT e um diodo. Com as informa¸cões contidas no catálogo do componente é poss´ıvel obter curvas representativas da tensão de condu¸cão do interruptor e do diodo e das perdas de comuta¸cão do interruptor. As perdas de recupera¸cão reversa do diodo não estão disponibilizadas, no entanto, por meio da curva de carga de recupera¸cão reversa (Qrr(i)) é poss´ıvel o cálculo da energia de recupera¸cão reversa. Segundo [61] a energia de recupera¸cão reversa pode ser aproximada por (6.2).

Err =

2VRIrrm trr

3 (6.2)

A carga de recupera¸c˜ao reversa ´e definida pelo fabricante na folha de dados por: Qrr =

Irrmtrr

Fig. 6.8: Perda de condu¸c˜ao no indutor de semibra¸co, Ps= 3.000 VA.

Assim, substituindo (6.3) em (6.2) chega-se a:

Err(i) =

VRQrr(i)

3 (6.4)

As curvas de tensão de condu¸cão, energia de comuta¸cão e carga são aproximadas por polinômios de segunda ordem. A forma geral do polinômio de segunda ordem é apresentada em (6.5) e os coeficientes espec´ıficos de cada curva aproximada estão apresentados na Tab. 6.2. A aproxima¸cão foi realizada com a aux´ılio do Microsoft Excel, considerando os dados para 125 o_{C de temperatura de jun¸cão.}

f (x) = a2x2+ a1x + a0 (6.5)

Com a utiliza¸cão do software MATLAB é realizada a integra¸cão numérica das ex- pressões de perda de condu¸cão e comuta¸cão em fun¸cão do ângulo de carga, mantendo tensão e potência aparente nominais. A Fig. 6.13 apresenta a perda total nos semicondutores de um submódulo, enquanto a Fig. 6.14 e 6.15 apresentam em separado as perdas de condu¸cão e comuta¸cão. Sendo identificada a potência máxima em cada componente com os seguintes valores:

101

Fig. 6.9: Valor m´edio de corrente nos semicondutores do subm´odulo, Ps= 3.000 VA, Voh,ef

= 509 V.

Fig. 6.10: Valor de corrente eficaz nos semicondutores do subm´odulo, Ps= 3.000 VA, Voh,ef

Fig. 6.11: Valor m´edio de corrente nos semicondutores do subm´odulo, Ps= 2.239 VA,

Voh,ef = 380 V.

Fig. 6.12: Valor eficaz de corrente nos semicondutores do subm´odulo, Ps= 2.239 VA, Voh,ef

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Curva Coeficiente a2 Coeficiente a1 Coeficiente a0

Vce,on −2, 000.10−03 1, 220.10−01 5, 750.10−01

Vf −3, 632.10−03 8, 663.10−02 1, 090.10+00

Eon 5, 920.10−07 5, 520.10−06 4, 464.10−04

Eof f 2, 656.10−07 1, 726.10−05 3, 712.10−05

Qrr −6, 933.10−10 4, 587.10−08 1, 680.10−07

Tab. 6.2: Coeficientes utilizados na aproxima¸c˜ao das caracter´ısticas do componente

Dans le document Vers une stratégie de gestion participative multi-usages de la ressource en eau dans le delta du fleuve Sénégal : processus de décision et outils de régulation autour du lac de Guiers (Page 59-64)