Conversor CA-CC trifásico bidirecional e isolado de único estágio para aplicação em carregadores veiculares multifuncionais

Abstract

Este artigo apresenta a análise e operação de um conversor CA-CC trifásico, bidirecional e isolado em alta frequência, de único estágio com correção do fator de potência, destinado para aplicação como carregador embarcado de baterias de veículos elétricos. Este conversor pode operar nos modos Grid-to-Vehicle (G2V) e Vehicle-to-Grid (V2G). No lado primário tem-se um conversor boost trifásico intercalado (interleaving) com modulação PWM senoidal para conexão com a rede elétrica, e na saída um barramento CC com ponto médio. O lado secundário é composto por uma topologia em ponte completa com modulação PWM convencional de razão cíclica de 50%. A transferência de potência do lado primário ao secundário é realizada por meio da técnica de defasamento angular (phase-shift), a mesma utilizada em conversores Dual-Active Bridge (DAB). Devido a defasagem natural do sistema trifásico, é possível obter transferência de potência constante, de reduzida ondulação, por meio do controle do defasamento angular também constante. Os princípios de operação do conversor são apresentados e demonstrados por análises qualitativas e quantitativas. Resultados experimentais de um protótipo de potência de 3 kW, tensão de entrada da rede elétrica de 127 V/60 Hz, tensão de saída de 300 V e frequência de comutação de 50 kHz são apresentados. Em conformidade com as análises, o protótipo doconversor apresentou fator de potência de 0,997, potência transferida entre primário e secundário constante e de baixa ondulação e dinâmica satisfatória e rápida durante ensaios de inversão do fluxo de potência.