Conversor de Corrente Contínua

Projeto Luz Para Todos

Eficiência Energética - UFJF

Fiorelo Ruback Cascardo Filho

Programa Luz Para Todos

Este programa tem como objetivo, até o ano de 2008, promover o acesso à energia elétrica à totalidade da população do meio rural brasileiro. O programa tem como meta atender cerca de 2,5 milhões de famílias brasileiras residentes na área rural, beneficiando cerca de 12 milhões de pessoas.

Prioridades estabelecidas pelo programa

Projetos de eletrificação rural, paralisados por falta de recursos, que atendam a comunidades e povoados rurais;

Municípios com Índice de Atendimento a Domicílios inferior a 85%, calculado com base no Censo 2000;

Municípios com Índice de Desenvolvimento Humano inferior à média estadual;

Comunidades atingidas por barragens de usinas hidrelétricas ou por obras do sistema elétrico, cuja responsabilidade não esteja definida para o executor do empreendimento;

Escolas públicas, postos de saúde e poços de abastecimento d'água;

Prioridades estabelecidas pelo programa

Projetos que enfoque o uso produtivo da energia elétrica e que promova o desenvolvimento local integrado;

Assentamentos rurais; Projetos para o desenvolvimento da agricultura familiar

ou de atividades de artesanato de base familiar; Atendimento de pequenos e médios agricultores; Populações em áreas de Unidades de Conservação da

Natureza; Populações em áreas de uso específico de comunidades

especiais, tais como: minorias raciais, comunidades remanescentes de quilombos e comunidades extrativistas.

Agentes participantes

O Programa é coordenado pelo Ministério de Minas e Energia (MME) e operacionalizado com a participação das Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás).

Tem como agentes executores as concessionárias e permissionárias de distribuição de energia elétrica e as cooperativas de eletrificação rural, autorizadas pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). Comissão Nacional de Universalização (CNU), o Comitê Gestor Nacional (CGN), os Coordenadores Regionais, os Comitês Gestores Estaduais (CGE), os Agentes Luz para Todos e os Governos Estaduais.

CRITÉRIOS TÉCNICOS DE ATENDIMENTO

O Programa contempla o atendimento das demandas no meio rural, mediante uma das três possibilidades:

1. Extensão de Redes de Distribuição;

2. Sistemas de Geração Descentralizada com Redes Isoladas;

3. Sistemas Individuais.

SISTEMAS DE GERAÇÃO INDIVIDUAIS

I - Hidroeletricidade;II - Solar Fotovoltaica;III - Energia Eólica;IV - Biomassa;V - Gerador diesel; VI – Sistemas Híbridos, resultantes da

combinação de duas ou mais das seguintes fontes primárias: solar, eólica, biomassa, hídrica e/ou diesel.

Problemas

Em algumas localidades, devido a inexistência de linhas de transmissão, subestação e sistemas de distribuição, o preço do KWh seria inviável.

Uma das soluções para esses casos seria a implementação de sistemas fotovoltaicos residenciais.

Instalação Fotovoltaica Residencial

Assim funciona a instalação Fotovoltaica Residencial

3.Módulo Fotovoltaico4.Controlador de Carga5.Baterias6.Conversor CC-CA (Inversor)7.Iluminação

Custo

Aparelho Custo (unidade) Custo total

6 placas Fotovoltaicas45Watts

R$ 675,00 R$ 4050,00

1 baterias ácido-chumbo12volts / 130Ah

R$ 301,00 R$ 301,00

Controladores de carga15A

R$ 295,00 R$ 295,00

InversorHB280 -0,4 KW

R$ 730,00 R$ 730,00

Total R$ 5376,00

Proposta

1. Reduzir o Preço do KWh do sistema Fotovoltaico.

2. Com isso o preço do KWh a base

da luz solar torna mais atrativo e a carga do sistema elétrico poderia ser aliviada.

3. A proposta é apresentada a seguir, podendo ser aproveitada em diversas outras aplicações.

Conversor CC-CA

Análise Construtiva

Conversor CC-CA

Uma alternativa para inverter o sentido da corrente é modificar a polaridade da fonte CC.

Conversor CC-CA

Porém, em alta velocidade, este método é ineficaz.

Conversor CC-CA

Existe uma topologia, conhecida como ponte H, capaz de controlar o sentido da corrente.

Conversor CC-CA

Fechando as chaves J1 e J2 através de um microcontrolador, estaremos permitindo um fluxo de corrente em um sentido.

Conversor CC-CA

Fechando as chaves J1 e J2 através de um microcontrolador, estaremos permitindo um fluxo de corrente em um sentido.

Conversor CC-CA

Para inverter o sentido da corrente basta abrir as chaves J1 e J2 e depois fechar J3 e J4.

Conversor CC-CA

Para inverter o sentido da corrente basta abrir as chaves J1 e J2 e depois fechar J3 e J4.

Conversor CC-CA

Para inverter o sentido da corrente basta abrir as chaves J1 e J2 e depois fechar J3 e J4.

Conversor CC-CA

Vamos discutir rapidamente o dispositivo utilizado como chave. O relé é uma chave eletro-mecânica, ou seja, uma chave acionada por grandezas elétricas.

Conversor CC-CA

Os problemas são: São lentos (cerda de 4ms na comutação).

Necessitam de amplificador de tensão/corrente para serem comandados por um microcontrolador.

Apresentam defeitos rapidamente ( 20.000 comutações ).

Conversor CC-CA

Um transistor também pode ser utilizado para trabalhar como chave ( trabalhando no corte e na saturação ).

Conversor CC-CA

A corrente no coletor é igual a Ib onde geralmente é muito alto. Porém, existe um ponto onde podemos aumentar a corrente de base Ib sem que Ic altere.

Conversor CC-CA

Repare que caso Ib igual a 0, o transistor funciona como uma chave aberta. Caso não seja um valor muito baixo, o semi-condutor funciona como uma chave fechada.

Conversor CC-CA

Uma ultima observação importante é quanto a polaridade do componente.

Conversor CC-CA

Para que o componente se comporte conforme explicamos, é necessário uma tensão de polarização entre a base e o emissor.

Conversor CC-CA

Para que o componente se comporte conforme explicamos, é necessário uma tensão de polarização entre a base e o emissor.

Conversor CC-CA

Vamos começar a montar nosso conversor substituindo as chaves.

Conversor CC-CA

Observe a polaridade nos transistores quando uma das portas (A ou B) passa de baixo (0V) para alto (+5V).

Conversor CC-CA

Observe a polaridade nos transistores quando uma das portas (A ou B) passa de baixo (0V) para alto (+5V).

Conversor CC-CA

Precisamos de um Driver para resolver o problema. Não é o intuito deste texto explicar o Driver, e sim, mostrar a necessidade.

Conversor CC-CA

Precisamos de um Driver para resolver o problema. Não é o intuito deste texto explicar o Driver, e sim, mostrar a necessidade.

Conversor CC-CA

Os transistores, trabalhando como chave, são capazes de formar apenas ondas quadradas.

Conversor CC-CA

No espectro da frequência, a forma de onda contém uma senoide na fundamental além da soma de infinitos harmônicos.

Conversor CC-CA

Antes de pensar em filtrar, vamos melhorar a saída. Existe uma técnica chamada de PWM (modulação por largura de pulso) capaz de modificar o valor eficaz de uma fonte.

Conversor CC-CA

Podemos utilizar um sinal pulsado para variar o valor eficaz.

Conversor CC-CA

Podemos utilizar um sinal pulsado para variar o valor eficaz.

Conversor CC-CA

Portanto, é possível uma forma de onda quadrada com o valor eficaz semelhante à de uma senoide.

Conversor CC-CA

O valor das larguras de pulso é obtido pela comparação entre uma onda senoidal e uma triangular (chamada de portadora).

Conversor CC-CA

Conversor CC-CA

Conversor CC-CA

A amplitude da tensão de saída pode ser ajustado pela amplitude da onda senoidal de referência.

Conversor CC-CA

Antes de abordar a realimentação, vamos analisar a forma de onda na saída.

Conversor CC-CA

Repare no espectro da frequência que, caso necessário, podemos filtrar os harmônicos obtendo um fonte senoidal.

Conversor CC-CA

Repare no espectro da frequência que, caso necessário, podemos filtrar os harmônicos obtendo um fonte senoidal.

Conversor CC-CA

Conversor CC-CA

Valores Estimados

Valor de Entrada : 19,5Vcc Valor de Saída (RMS) : 120Vac Potência : 5,5A x 18V = 99W Custo : 70 Reais

Conversor CC-CA

Com algumas modificações, como dobrar a tesão de entrada e colocar dois FETs em paralelo, é possível um aparelho de 0,4kW.

Conversor CC-CA

Valores Estimados

Valor de Entrada : 39Vcc Valor de Saída (RMS) : 120Vac Potência : 11A x 37,5V = 412W Custo : 78 Reais

Conclusão

O sistema fotovoltaico é uma das alternativas para facilitar o acesso à energia elétrica por todos os brasileiros.

Conclusão

Conseguir manter o homem do campo na sua região, além de reduzir a violência nos grandes centros, aumenta a importância econômica das localidades fortalecendo o país.

Ao viabilizar o acesso à energia elétrica, o LPT favorece a permanência das famílias no campo, melhorando a qualidade de vida.

Com a chegada da energia as famílias adquirem eletrodomésticos e equipamentos rurais elétricos, o que permite o aumento da renda, a melhoria do saneamento básico, da saúde e da educação, fortalecendo o capital social dessas comunidades.

Conclusão

E o mais importante, proporciona melhor qualidade de vida para todos.