Saiba mais sobre os principais parâmetros e compensações para selecionar uma estratégia de controle para conversores eletrônicos de potência neste artigo informativo e conversacional.

SVPWM operates by synthesizing three-phase output voltages through the calculated application of voltage space vectors. The lower THD in SVPWM results from its ability to generate smoother, more continuous voltage waveforms that closely approximate the ideal sinusoidal shape, thanks to its optimized switching sequences and maximized voltage utilization. Though it involves complex implementation, the improved power quality makes SVPWM better choice

Closed-loop systems continuously monitor the output, compare it with the desired setpoint, and works on the system accordingly to minimize errors and achieve stable operation. The selection of sampling time and control loop bandwidth is crucial for achieving desired performance. For fast dynamics, a shorter sampling time is required to capture the system's behavior but shorter sampling times increases the computations. Similarly selecting a higher bandwidth improves dynamics but can compromise stability and increase sensitivity to noise. Use of mathematical models and simulations to understand the system's dynamics and how different sampling times and bandwidths affect performance can be helpful in selection process.

Quais são os principais parâmetros e compensações para selecionar uma estratégia de controle para um conversor eletrônico de potência?

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Conversores eletrônicos de potência são dispositivos que podem transformar e regular a energia elétrica de uma forma para outra, como AC para DC, DC para AC ou DC para DC. Eles são amplamente utilizados em aplicações como sistemas de energia renovável, veículos elétricos, fontes de alimentação e redes inteligentes. No entanto, projetar e operar um conversor eletrônico de potência requer a escolha de uma estratégia de controle apropriada que possa alcançar o desempenho e a eficiência desejados, considerando as limitações e trade-offs de diferentes opções. Neste artigo, você aprenderá sobre os principais parâmetros e compensações para selecionar uma estratégia de controle para um conversor eletrônico de potência.

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1 Frequência de comutação

Um dos principais parâmetros que afeta a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é a frequência de comutação, que é a taxa na qual os interruptores no conversor são ligados e desligados. A frequência de comutação determina a tensão de saída e a ondulação de corrente, a distorção harmônica, as perdas de comutação e o tamanho e custo dos componentes passivos. Geralmente, uma frequência de comutação mais alta pode reduzir a ondulação e a distorção, e permitir filtros e capacitores menores e mais baratos. No entanto, também aumenta as perdas de comutação, que reduzem a eficiência e geram calor. Portanto, um trade-off entre a frequência de comutação e o desempenho e custo do conversor deve ser feito.

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Aditya Sawant

Power Electronics Expert | Simulation, Testing, Patent Innovator
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Higher Frequency: Leads to smaller components but increases losses and EMI. Good for compact designs needing fast response but at the cost of efficiency and increased thermal management. Lower Frequency: Reduces losses and EMI but requires larger components. Better for efficiency and simpler thermal management but results in bulkier designs and slower response.

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2 Técnica de modulação

Outro parâmetro que influencia a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é a técnica de modulação, que é o método de gerar os sinais de comutação para as chaves no conversor. A técnica de modulação afeta a qualidade da forma de onda de saída, as perdas de comutação, a interferência eletromagnética e a complexidade do algoritmo de controle. Algumas das técnicas de modulação comuns são a modulação por largura de pulso (PWM), que varia o ciclo de trabalho dos sinais de comutação; modulação da frequência de pulso (MAP), que varia a frequência de comutação; e modulação vetorial espacial (SVM), que otimiza os vetores de comutação em um conversor trifásico. Cada técnica de modulação tem suas vantagens e desvantagens, dependendo da topologia do conversor, condições operacionais e requisitos de desempenho.

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Swathy Pillai

Senior Product Manager @ MathWorks | Electrical Engineering, Power Electronics & Drives
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SVPWM operates by synthesizing three-phase output voltages through the calculated application of voltage space vectors. The lower THD in SVPWM results from its ability to generate smoother, more continuous voltage waveforms that closely approximate the ideal sinusoidal shape, thanks to its optimized switching sequences and maximized voltage utilization. Though it involves complex implementation, the improved power quality makes SVPWM better choice

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3 Controle de feedback

Um terceiro parâmetro que determina a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é o controle de realimentação, que é o processo de medir e ajustar as variáveis de saída do conversor, como tensão, corrente, potência ou frequência, para corresponder aos valores de referência ou desejados. O controle de realimentação requer um sensor para medir a variável de saída, um controlador para comparar o valor medido com o valor de referência e gerar um sinal de erro, e um atuador para ajustar o sinal de entrada ou comutação do conversor. O controle de feedback pode melhorar a estabilidade, precisão e robustez da operação do conversor, mas também introduz atrasos, ruído e complexidade. Portanto, um trade-off entre o desempenho do controle de feedback e a simplicidade deve ser considerado.

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Swathy Pillai

Senior Product Manager @ MathWorks | Electrical Engineering, Power Electronics & Drives
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Closed-loop systems continuously monitor the output, compare it with the desired setpoint, and works on the system accordingly to minimize errors and achieve stable operation. The selection of sampling time and control loop bandwidth is crucial for achieving desired performance. For fast dynamics, a shorter sampling time is required to capture the system's behavior but shorter sampling times increases the computations. Similarly selecting a higher bandwidth improves dynamics but can compromise stability and increase sensitivity to noise. Use of mathematical models and simulations to understand the system's dynamics and how different sampling times and bandwidths affect performance can be helpful in selection process.

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4 Controle de feedforward

Um quarto parâmetro que afeta a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é o controle feedforward, que é o processo de antecipar e compensar as perturbações ou variações nas variáveis de entrada ou saída do conversor, como tensão, corrente, potência ou carga. O controle de avanço requer um sensor para medir a variável de perturbação, um compensador para calcular e aplicar um sinal de correção ao sinal de entrada ou comutação do conversor e um filtro para suavizar o sinal de correção. O controle feedforward pode melhorar a resposta dinâmica, a estabilidade transitória e a rejeição de distúrbios da operação do conversor, mas também requer modelagem, calibração e ajuste precisos. Portanto, um trade-off entre a eficácia do controle de feedforward e a complexidade deve ser avaliado.

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Filipe Tavares Carneiro

Engenheiro de Eletrônica de Potência | Engenheiro de Projeto de Hardware | Engenheiro Eletrônico
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The feedforward technique is commonly employed to preemptively transmit the input voltage variations to the control system, thereby enhancing dynamic response and noise rejection. However, it is important to note that, in this scenario, the implementation of the feedforward technique does not eliminate the need for employing feedback techniques to keep the system regulated under load variation conditions.

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5 Controle adaptativo

Um quinto parâmetro que influencia a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é o controle adaptativo, que é o processo de ajustar e otimizar os parâmetros de controle ou algoritmos do conversor de acordo com as mudanças nas condições de operação, como temperatura, umidade, envelhecimento ou carga. O controle adaptativo requer um mecanismo de aprendizado para identificar e atualizar os parâmetros de controle ou algoritmos com base nos sinais de feedback ou feedforward, e um critério de desempenho para avaliar e otimizar os objetivos de controle. O controle adaptativo pode melhorar a adaptabilidade, flexibilidade e confiabilidade da operação do conversor, mas também requer alto poder computacional, memória e comunicação. Portanto, um trade-off entre benefícios e custos do controle adaptativo deve ser ponderado.

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6 Controle inteligente

Um sexto parâmetro que determina a estratégia de controle de um conversor eletrônico de potência é o controle inteligente, que é o processo de aplicação de técnicas avançadas como redes neurais artificiais, lógica fuzzy, algoritmos genéticos ou aprendizado por reforço ao projeto de controle e operação do conversor. O controle inteligente pode superar algumas das limitações e desafios das técnicas convencionais de controle, como não-linearidades, incertezas, perturbações ou múltiplos objetivos. O controle inteligente também pode aprender com dados, experiência ou conhecimento humano e fornecer recursos de autoaprendizagem, auto-organização e auto-recuperação. No entanto, o controle inteligente também apresenta algumas dificuldades e riscos, como complexidade, transparência, segurança e questões éticas. Portanto, um trade-off entre o potencial de controle inteligente e os desafios deve ser abordado.

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Filipe Tavares Carneiro

Engenheiro de Eletrônica de Potência | Engenheiro de Projeto de Hardware | Engenheiro Eletrônico
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It's important to consider the power converter's frequency response. For example, a widely used compensator is the Proportional-Integral (PI). The PI compensator can introduce a phase lag of up to 90 degrees in the system. If additional lag is required, or if both phase lead and phase lag are necessary, considering another compensator with a higher order becomes essential.

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2 Técnica de modulação

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4 Controle de feedforward

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