Power electronica control in direct water heater of optimized half cycles.

Os modernos equipamentos elétricos de aquecimento de água de passagem, popularmente conhecidos como chuveiros, duchas ou aquecedores, possuem como elementos aquecedores resistências elétricas constituídas por um fio de liga metálica enrolado, geralmente em ferro-cromo-alumínio ou níquel-cromo. O controle da temperatura da água é usualmente realizado pelo controle do fluxo d'água e pela mudança das derivações ("taps") presentes na resistência. A simplicidade deste controle se opõe à sua falta de flexibilidade para impor ajuste simultâneo de temperatura e vazão d'água. Um controle eletrônico de potência é oferecido como diferencial nos modelos mais sofisticados. Os modelos atualmente existentes no mercado são implementados com controle eletrônico por ângulo de fase, e é sabido que esse tipo de controle gera problemas de distorção harmônica de corrente das redes de energia, com a presença de harmônicas superiores de corrente (acima da fundamental) cuja filtragem é de difícil implementação devido ao nível de potência envolvido e às dimensões físicas dos aparelhos de aquecimento. Como alternativa a esse tipo de controle existe o controle por ciclos inteiros, o qual não gera harmônicas superiores de corrente, mas traz outro inconveniente, que é a produção de variação de tensão da rede de energia, que acarreta variação de luminosidade nas lâmpadas da instalação em níveis de freqüência perceptíveis ao olho humano (fenômeno conhecido como cintilação ou "flicker"). O objetivo do presente trabalho é propor uma solução otimizada ao controle de potência por ciclos inteiros, onde o mesmo é implementado por semi ciclos inteiros "otimizados" de forma a não gerar distorção harmônica nem cintilação de luminosidade perceptível ao olho humano.Modern electrical direct water heating (DWH) equipments use electrical resistances built with metal alloys (iron-chrome-aluminum or nickel-chrome) as heating elements. Water temperature control is usually made with water flow control, as well as with resistance tap changing. The simplicity of this approach conflicts with to the lack of flexibility to allow simultaneous control of both water flow and its temperature. Therefore, an electronic power control is usually found in more sophisticated models. Usually the electronic power control is implemented by using phase angle control, which causes higher order current harmonics distortion of AC line currents, and filtering is difficult due to the high level of power involved and to the limited dimensions of typical electrical DWH equipment. The alternative for this type of power control is the cycle-by-cycle power control, which does not generate higher order current harmonics but creates line voltage variation, which in turn provokes lighting level variation and resulting unsteadiness on visual sensation, also known as flicker. The aim of the present work is to present an optimized solution for a half-cycle power control, in a way that does not generate harmonic distortion nor eye perceptible level of flicker