Conversor para pulsos elétricos de alta tensão, de curta duração, para processos de geração de ozônio
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Data
2014-03-20
Autores
Hincapie Baena, Alejandro [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
This research proposes, analyzes and implements a converter for generating high voltage electric pulses for application to ozone production and injection in water for the purpose of bactericidal and germicidal processes for cleaning and sanitizing industry applications. The proposed converter consists of two stages, the first stage being a Boost rectifier operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM), responsible for getting a Continuous Current (CC) bus regulated and, acting as input voltage follower presents a high power factor with reduced harmonic distortion to the input current; the second stage involves the use of a resonant Full–Bridge inverter controlled by phase–shift, using constant frequency (close to 10kHz) and bipolar modulation. The resonant inverter stage is composed of the bridge inverter associated with a step–up transformer, inductors and capacitors to adjust de resonant frequency, resulting in a structure capable of generating electric pulses with amplitude at the output of almost 6kV, which are applied on a set of fourteen (14) discharge chambers in parallel for ozone generation and injection in water. The work presents a literature review for the applications of ozone, the main converter topologies at low power for generating electrical pulses in ozonizators, the analysis of a commercial product, a proposal and development of a power converter structure to replace the commercial one, resulting in better efficiency and high input power factor, presenting their qualitative and quantitative analysis, modeling, design methodologies, implementation of a functional prototype, the main experimental results and proposal of continuity of future researches
Este trabalho apresenta, analisa e implementa uma proposta de conversor para geração de pulsos elétricos de alta tensão para aplicação na produção de ozônio e injeção do mesmo em água, com a finalidade de ação germicida e bactericida para processos de lavagem e higienização industrial. O conversor proposto é composto por dois estágios, sendo o primeiro estágio um retificador Boost operando no Modo de Condução Descontínua (MCD), responsável pela obtenção de um barramento em Corrente Contínua (CC) regulado e, atuando como seguidor de tensão da entrada apresenta um elevado fator de potência com reduzida distorção harmônica para a corrente de entrada; o segundo estágio consiste no uso de um inversor em Ponte Completa (Full–bridge) ressonante com controle por deslocamento de fase (Phase–shift), frequência constante (em torno de 10kHz) e modulação bipolar. O estágio inversor ressonante é composto pelo inversor em ponte associado a um transformador elevador e a indutâncias e capacitâncias para o ajuste da ressonância, resultando em uma estrutura com capacidade de geração de pulsos elétricos na saída com amplitude de até 6kV para o nível de potência do projeto, os quais são aplicados em um conjunto em paralelo de 14 (quatorze) câmaras de descarga para geração de ozônio e injeção em água. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica para as aplicações do ozônio, as principais topologias de conversores em baixa potência para geração de pulsos elétricos em ozonizadores, a análise de um produto comercial, a proposta e desenvolvimento de uma estrutura conversora em substituição ao produto comercial, resultando em melhor eficiência e maior fator de potência, apresentando–se suas análises qualitativas e quantitativas, modelação, metodologias de projeto, implementação de um protótipo funcional, os principais resultados finais e proposta de continuidade para futuras pesquisas
Este trabalho apresenta, analisa e implementa uma proposta de conversor para geração de pulsos elétricos de alta tensão para aplicação na produção de ozônio e injeção do mesmo em água, com a finalidade de ação germicida e bactericida para processos de lavagem e higienização industrial. O conversor proposto é composto por dois estágios, sendo o primeiro estágio um retificador Boost operando no Modo de Condução Descontínua (MCD), responsável pela obtenção de um barramento em Corrente Contínua (CC) regulado e, atuando como seguidor de tensão da entrada apresenta um elevado fator de potência com reduzida distorção harmônica para a corrente de entrada; o segundo estágio consiste no uso de um inversor em Ponte Completa (Full–bridge) ressonante com controle por deslocamento de fase (Phase–shift), frequência constante (em torno de 10kHz) e modulação bipolar. O estágio inversor ressonante é composto pelo inversor em ponte associado a um transformador elevador e a indutâncias e capacitâncias para o ajuste da ressonância, resultando em uma estrutura com capacidade de geração de pulsos elétricos na saída com amplitude de até 6kV para o nível de potência do projeto, os quais são aplicados em um conjunto em paralelo de 14 (quatorze) câmaras de descarga para geração de ozônio e injeção em água. O trabalho apresenta uma revisão bibliográfica para as aplicações do ozônio, as principais topologias de conversores em baixa potência para geração de pulsos elétricos em ozonizadores, a análise de um produto comercial, a proposta e desenvolvimento de uma estrutura conversora em substituição ao produto comercial, resultando em melhor eficiência e maior fator de potência, apresentando–se suas análises qualitativas e quantitativas, modelação, metodologias de projeto, implementação de um protótipo funcional, os principais resultados finais e proposta de continuidade para futuras pesquisas
Descrição
Palavras-chave
Energia - Conversão, Conversores de corrente eletrica, Retificadores (Eletronica), Circuitos eletricos, Circuitos eletrônicos, Circuitos magneticos, Energy conversion
Como citar
HINCAPIE BAENA, Alejandro. Conversor para pulsos elétricos de alta tensão, de curta duração, para processos de geração de ozônio. 2014. 138 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, 2014.