Conversor cc-cc para aplicações veiculares: conversor cc-cc com características de tensão e corrente compatíveis com aplicações e veículos elétricos

De Sergio Luis Brockveld Junior

É proposto um conversor cc-cc de alto ganho com divisão de esforços de corrente no estágio de entrada. A topologia apresentada foi idealizada com base no conversor boost-flyback, o qual apresenta elevado ganho de tensão, pelo fato de permitir a conexão de N saídas em série. Entretanto, em aplicações com baixa tensão na entrada, a corrente pode apresentar elevados valores e, dessa forma, foi proposta neste trabalho a divisão de corrente na entrada através da técnica de interleaved, isto é, utilizar N conversores em paralelo. A conexão em paralelo na entrada possibilita a divisão de correntes entre os semicondutores, diminuindo as perdas do conversor, além de permitir a redução da ondulação de corrente na fonte de entrada. O estudo neste trabalho inclui o desenvolvimento da modelagem estática e dinâmica e obtenção da função de transferência do conversor proposto para posterior realização do projeto de controladores. Além disso, é apresentado o dimensionamento de potência, as simulações e os resultados experimentais do conversor, operando em malha aberta e fechada para uma potência de 1,2 kW.

• Idioma: Português
• Editora: Editora Dialética
• Data de lançamento: 2 de jan. de 2023
• ISBN: 9786525262062

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CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO

1.1 CONTEXTUALIZAÇÃO DO PROBLEMA

Atualmente, o petróleo é a principal fonte de energia mundial. No entanto, o seu uso exagerado vem causando várias consequências negativas e originando diversas crises, tanto sociais como econômicas. Para agravar esta situação, as reservas mundiais têm uma duração limitada, caso seja mantido o nível atual de consumo [6], o que faz prever crises ainda maiores e mais graves.

Dentro deste contexto e com o objetivo de um futuro sus- tentável, torna-se necessária a mudança do paradigma energético e industrial. Algumas mudanças já podem ser notadas com a utilização de novas fontes de energias renováveis e em veículos energeticamente mais eficientes e menos dependentes dos combustíveis fósseis.

O petróleo comercializado é, na sua maioria, utilizado para abastecer a demanda do setor de transporte [7]. O consumo energético deste setor está diretamente vinculado ao número de habitantes. Desta forma, tanto o alto crescimento populacional como o aumento da produção agropecuária e industrial são responsáveis pelo cresci- mento do consumo energético do setor de transportes. [1].

A Figura1.1 mostra que, depois da indústria, o setor de transportes é o mais representativo no Brasil em termos de consumo de energia, e sua participação aumentou de 26% em 1990 para 31% em 2012.

Figura 1.1 – Consumo de energia por setor [1].

O consumo de energia no transporte de passageiros vem aumentando nas últimas décadas, passou de 55% em 2000 para 58,4% em 2010 [1]. Desta forma, é possível perceber que o consumo de energia no setor automotivo é muito grande. No entanto, como a utilização dos veículos é de essencial importância no cotidiano das grandes metrópoles, isso justifica o considerável esforço da indústria automotiva para encontrar novos tipos de veículos mais sustentáveis.

A busca de veículos mais eficientes é um problema que vem sendo largamente discutido nos últimos anos, devido ao potencial de economia de energia ainda disponível no setor. As discussões vêm resultando em medidas políticas e empresariais. Dentre as principais medidas podem ser destacadas, a substituição de modais de trans- portes, redução do consumo específico de veículos leves e pesados, encorajamento da aquisição de veículos mais limpos, incentivo a mudanças nos hábitos dos motoristas, entre outros [8].

Entre os objetivos principais está o estímulo ao aumento da competitividade da indústria automobilística voltada à mobilidade sustentável. Entre os vários tipos de veículos que surgiram até hoje, os veículos elétricos são aqueles que mais atendem as necessidades, de forma a contornar os problemas anteriormente citados. Os veículos elétricos utilizam energia elétrica para se movimentar, desta forma não emitem nenhum tipo de gás poluente, portanto contribuem para a redução da poluição. Aliás, se houver a combinação dos veículos elétricos com fontes de energia renováveis pode haver a diminuição da dependência dos combustíveis fósseis. Os próprios fabricantes de automóveis consideram que a eletrificação das frotas veiculares é um caminho sem volta e que os híbridos constituem a tecnologia de transição [8].

Segundo [9], dentre as principais vantagens dos veículos elétricos podem se destacar as seguintes:

• Diminuição do custo por distância percorrida;

• Maior eficiência;

• Manutenção menos frequente e mais simplificada.

Apesar dos pontos fortes citados, os veículos elétricos ainda não se firmaram no mercado. Isso se dá pelo fato dos veículos elétricos ainda apresentarem alguns inconvenientes, como, por exemplo:

• Tempo de abastecimento das baterias muito longo;

• Falta de infraestrutura;

• Energia armazenada não é suficiente para permitir longas viagens;

• Custo alto.

Para que os veículos elétricos consigam de fato se firmar no mercado, é necessário combater algumas lacunas existentes. Dentre as tecnologias em desenvolvimento que podem vir a se adequar a tais necessidades, se destacam as capazes de utilizar fontes sustentáveis para produzir