Conversor ressonante para geração de ozônio aplicado à água de processos de higienização industrial, com controle digital
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Data
2019-02-05
Autores
Alburqueque Valdivia, Marlon Jesus
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
No presente trabalho de dissertação, é analisado e desenvolvido um conversor ressonante com o objetivo de produzir ozônio, aplicado à água de processos de higienização industrial. Na atualidade, no ano de 2018, dois dos fatores de grande importância no desenvolvimento de conversores para geração de ozônio são: a eficiência energética, isto é, quanta energia é aproveitada em relação à energia total fornecida ao conversor, e a outra é a produção de ozônio fazendo uso dessa energia aproveitada. Os dois fatores não necessariamente estão relacionados, por exemplo, para dois conversores distintos com a mesma energia disponível, pode acontecer que em um deles possa ser produzido maiores concentrações de ozônio com um menor aproveitamento de energia. Portanto, este trabalho enfatiza a melhoria da eficiência energética na produção de ozônio, empregando comutação suave nas estruturas envolvidas do conversor ressonante proposto, o que resulta em uma eficiência energética de 91,57%. A estrutura do conversor proposto apresenta dois estágios em cascata, o primeiro deles, um conversor que é responsável por gerar um barramento CC estável de 400,5 V e que atende aos requisitos de fator de potência e distorção harmônica total com valores de 0,994 e 5,79%(para a corrente de entrada), respectivamente, e o segundo, um inversor ressonante capaz de fornecer uma tensão de 4,4 kV com uma frequência de 10 kHz que atua como fonte de alimentação de um reator conformado por câmaras de descarga usadas em aplicações de geração de ozônio por descarga elétrica. Naturalmente, informação relevante em relação ao ozônio, em termos de mecanismo de reação, toxicologia, geração e aplicações é apresentado com o objetivo de fornecer uma ideia da importância do ozônio na atualidade. Além disso, conceitos de comutação suave ou não dissipativa são apresentados bem como a análise detalhada em cada um dos estágios do conversor proposto, com o objetivo de garantir o funcionamento desejado envolvendo comutação suave. Resultados experimentais e de simulação são apresentados a fim de validar e verificar o estudo desenvolvido no presente trabalho de dissertação.
In the present dissertation, it is studied and developed a resonant converter in order to produce ozone, applied in water treatment for cleaning processes. Currently, in the year 2018, two of the factors of great importance in the development of converters for ozone generation are: energy efficiency, that is, how much energy is used in relation to the total energy supplied to the converter, and the other is the production of ozone making use of this energy harnessed. The two factors are not necessarily related, for example, for two different converters with the same energy available, it can happen that in one of them can be produced higher concentrations of ozone with a lower use of energy. Therefore, this work emphasizes the improvement of energy efficiency in the production of ozone using soft switching in the involved structures of the proposed resonant converter, which results in an energy efficiency of 91.57%. The structure of the proposed converter has two stages in cascade, the first one, a converter that is responsible for generating a stable DC bus of 400.5 V and that meets the requirements of power factor and total harmonic distortion with values of 0.994 and 5.79% (for the input current), respectively, and the second, a resonant inverter capable of providing a voltage of 4.4 kV with a frequency of 10 kHz which acts as a power supply for a reactor formed by discharge chambers used in ozone generation applications by electric discharge. Naturally, relevant ozone information in terms of reaction mechanism, toxicology, generation and applications is presented with the aim of providing an idea of the importance of ozone today. In addition, soft switching or non dissipative concepts are presented as well as the detailed analysis of each stage of the proposed converter, in order to ensure the desired operation involving soft switching. Experimental and simulation results are presented in order to validate and verify the study developed in the present dissertation.
In the present dissertation, it is studied and developed a resonant converter in order to produce ozone, applied in water treatment for cleaning processes. Currently, in the year 2018, two of the factors of great importance in the development of converters for ozone generation are: energy efficiency, that is, how much energy is used in relation to the total energy supplied to the converter, and the other is the production of ozone making use of this energy harnessed. The two factors are not necessarily related, for example, for two different converters with the same energy available, it can happen that in one of them can be produced higher concentrations of ozone with a lower use of energy. Therefore, this work emphasizes the improvement of energy efficiency in the production of ozone using soft switching in the involved structures of the proposed resonant converter, which results in an energy efficiency of 91.57%. The structure of the proposed converter has two stages in cascade, the first one, a converter that is responsible for generating a stable DC bus of 400.5 V and that meets the requirements of power factor and total harmonic distortion with values of 0.994 and 5.79% (for the input current), respectively, and the second, a resonant inverter capable of providing a voltage of 4.4 kV with a frequency of 10 kHz which acts as a power supply for a reactor formed by discharge chambers used in ozone generation applications by electric discharge. Naturally, relevant ozone information in terms of reaction mechanism, toxicology, generation and applications is presented with the aim of providing an idea of the importance of ozone today. In addition, soft switching or non dissipative concepts are presented as well as the detailed analysis of each stage of the proposed converter, in order to ensure the desired operation involving soft switching. Experimental and simulation results are presented in order to validate and verify the study developed in the present dissertation.
Descrição
Palavras-chave
Geração de ozônio, Conversor Boost “Flying Capacitor”, Inversor Full-Bridge ressonante com deslocamento de fase, Comutação suave ou não dissipativa, Ozone generation, Boost Flying Capacitor converter, Phase-shift Full-bridge inverter, Soft or non dissipative switching