Sensor óptico de alta tensão com chaveamento de quadratura e grande profundidade de modulação

Abstract

Nesta dissertação de mestrado é investigado um transdutor óptico de tensão para aplicações em sistemas elétricos de potência que apresenta várias vantagens sobre os transformadores eletromagnéticos e capacitivos tais como: facilidade de isolação, maiores largura de banda e faixa dinâmica, e imunidade contra interferência eletromagnética. Estes transformadores de potencial podem ser projetados em torno dos moduladores eletro-ópticos de amplitude que, por sua vez, são baseados no efeito Pockels em cristal como o Niobato de Lítio. O método a ser usado é o método chaveamento de quadratura, método desenvolvido no Laboratório de Optoeletrônica (LOE), para obter os dois sinais por realimentação por controle de fase. A condição de quadratura é atingida por um controlador PI. Logo os dois sinais obtidos serão analisados pela abordagem de controle de alto ganho e de modos deslizantes, também desenvolvido no LOE, a qual consiste em utilizar o sistema de controle para compensar completamente os deslocamentos de fase induzidos pela tensão aplicada no cristal sensor. O sensor de alta tensão com chaveamento de quadratura e realimentado por controle de fase é implementado e submetido a testes com aplicação de tensões entre 200 V e 7 kV (de pico) em 60 Hz, com objetivo de que apresente uma excelente linearidade na faixa de interesse e boa precisão na medição do conteúdo harmônico dos sinais.

This master’s thesis presents an optical voltage transducer for applications in electrical power systems that has several advantages over electromagnetic and capacitive transformers, such as: ease of isolation, greater bandwidth and dynamic range, and immunity from electromagnetic interference. These voltage transformers can be designed around electrooptical amplitude modulators which, in turn, are based on the Pockels effect in crystals such as lithium niobate. The method to be used is quadrature switching, a method developed at LOE, to obtain two signals and then fed back by phase control. The quadrature condition is achieved by a PI controller. Then the two signals obtained will be analyzed by the high gain and sliding mode control approach, also developed at LOE, which consists of using the control system to completely compensate for the phase shifts induced by the voltage applied to the sensor crystal. The high-voltage sensor with quadrature switching and phase feedback is implemented and tested with voltages between 200 V and 7 kV (peak) at 60 Hz, whose target is get an excellent linearity in the range of interest and good accuracy in measuring the harmonic content of the signals.