Inversores multiníveis em cascata usando reduzido número de fontes CC isoladas.
Ano de defesa: | 2019 |
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Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Campina Grande
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Programa de Pós-Graduação: |
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
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Departamento: |
Centro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEI
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País: |
Brasil
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Palavras-chave em Português: | |
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Resumo: | Este trabalho está centrado no estudo de conversores CC-CA multiníveis capazes de pro- duzir um elevado número de níveis de saída utilizando um reduzido número de fontes CC isolados e, de modo geral, número de componentes. Neste âmbito, três topologias baseadas no conversor com ponto neutro grampeado (Neutral-Point Clamped - NPC) que empregam uma única fonte CC isolada e outras duas estruturas baseadas no conversor multinível modular em cascata (Modular Multilevel Cascaded Converter - MMCC) são propostas. Os sistemas baseados no conversor NPC consistem de inversores multiníveis com transformadores em cascata acoplados somente a braços NPC de três níveis ou as- sociados a braços NPC de três níveis e braços dois níveis, das quais um é compartilhada entre os transformadores. Estas conĄgurações são analisadas considerando dois cenários transformadores, um simétrico e outro assimétrico. Os sistemas baseados no MMCC con- sistem em inversores multiníveis assimétricos em cascata, onde cada fase é composta de uma ponte-H de três níveis e uma ponte-H de nove níveis conectadas em série. As pontes- H de nove níveis são construídas a partir do MMCC, enquanto as pontes-H de três níveis são operadas de maneiras, usando fonte CC e usando capacitor Ćutuante. Estas conĄgu- rações são investigadas usando as relações de tensão CC assimétricas de 1:8 e 1:12 entres as pontes-H. Para cada uma dessas topologias, uma análise de operação do conversor e as equações das tensões descrevendo o modelo do sistema são apresentados. A partir da aná- lise das combinações possíveis de estados das chaves, as estratégias de modulação também são desenvolvidas. Além disso, são utilizados para comparação e avaliação do desempenho das topologias investigadas os seguintes critérios principais: o número de componentes e níveis; potência nominal dos transformadores; tensão, corrente e frequência nominal das chaves de potência, distorção harmônica total (Total Harmonic Distortion - THD); per- das nos dispositivos semicondutores e nos transformadores; e tensão de modo comum. Por Ąm, os resultados de simulação e experimentais são apresentados e discutidos para a validação das topologias estudadas. |
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DA C.http://lattes.cnpq.br/9798218730942618BAHIA, Antônio da Costa.Este trabalho está centrado no estudo de conversores CC-CA multiníveis capazes de pro- duzir um elevado número de níveis de saída utilizando um reduzido número de fontes CC isolados e, de modo geral, número de componentes. Neste âmbito, três topologias baseadas no conversor com ponto neutro grampeado (Neutral-Point Clamped - NPC) que empregam uma única fonte CC isolada e outras duas estruturas baseadas no conversor multinível modular em cascata (Modular Multilevel Cascaded Converter - MMCC) são propostas. Os sistemas baseados no conversor NPC consistem de inversores multiníveis com transformadores em cascata acoplados somente a braços NPC de três níveis ou as- sociados a braços NPC de três níveis e braços dois níveis, das quais um é compartilhada entre os transformadores. Estas conĄgurações são analisadas considerando dois cenários transformadores, um simétrico e outro assimétrico. Os sistemas baseados no MMCC con- sistem em inversores multiníveis assimétricos em cascata, onde cada fase é composta de uma ponte-H de três níveis e uma ponte-H de nove níveis conectadas em série. As pontes- H de nove níveis são construídas a partir do MMCC, enquanto as pontes-H de três níveis são operadas de maneiras, usando fonte CC e usando capacitor Ćutuante. Estas conĄgu- rações são investigadas usando as relações de tensão CC assimétricas de 1:8 e 1:12 entres as pontes-H. Para cada uma dessas topologias, uma análise de operação do conversor e as equações das tensões descrevendo o modelo do sistema são apresentados. A partir da aná- lise das combinações possíveis de estados das chaves, as estratégias de modulação também são desenvolvidas. Além disso, são utilizados para comparação e avaliação do desempenho das topologias investigadas os seguintes critérios principais: o número de componentes e níveis; potência nominal dos transformadores; tensão, corrente e frequência nominal das chaves de potência, distorção harmônica total (Total Harmonic Distortion - THD); per- das nos dispositivos semicondutores e nos transformadores; e tensão de modo comum. Por Ąm, os resultados de simulação e experimentais são apresentados e discutidos para a validação das topologias estudadas.This work is focused on the study of multilevel CC-CA converters capable of produces a high number of output levels using a small number of isolated DC sources and, in gen- eral, number of components. In this context, three topologies based on the Neutral-Point Clamped (NPC) converter employing a single isolated DC source and two other structures based on the Modular Multilevel Cascaded Converter (MMCC). Systems based on NPC converter consist of multilevel inverters with cascaded transformers coupled only to three- level NPC legs or associated with three-level NPC legs and two-level legs, where one of them is shared between transformers. These conĄgurations are analyzed considering two scenarios of transformers, one symmetric and another one asymmetric. Systems based on MMCC converter consist of asymmetric cascaded multilevel inverters, where each phase is composed of a three-level H-bridge and a nine-level H-bridge connected in series. The nine-level H-bridges are constructed from the MMCC, while the three-level H-bridges are operated in two ways, or using DC source and or using Ćoating capacitor. These conĄgu- rations are investigated using the asymmetric DC voltage ratios of 1:8 and 1:12 between the H-bridges. For one of these topologies, an operation analysis of the converter and the stress equations that describe the system model are presented. From the analysis of possible combinations of swicthing states, modulation strategies are also developed. In addition, are used to compare and evaluate the performance of the topologies investi- gated the following main criteria: number of components and levels; nominal power of the transformers; voltage, current and rated frequency of the power switches, total harmonic distortion (THD); losses in semiconductor devices and transformers; and common mode voltage. Finally, the simulation and experimental results are presented and discussed for the validation of the topologies studied.Submitted by Islane Araujo (islanearaujo2014@gmail.com) on 2022-09-12T13:32:52Z No. of bitstreams: 1 FILIPE ANTÔNIO DA COSTA BAHIA - TESE (PPGEE) 2019.pdf: 8470837 bytes, checksum: 104a0904c678029b872039936ebd039c (MD5)Made available in DSpace on 2022-09-12T13:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FILIPE ANTÔNIO DA COSTA BAHIA - TESE (PPGEE) 2019.pdf: 8470837 bytes, checksum: 104a0904c678029b872039936ebd039c (MD5) Previous issue date: 2019-03-25Universidade Federal de Campina GrandePÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIEngenharia ElétricaSistemas em CascataInversores MultiníveisTransformadoresConversoresCascade SystemsMultilevel InvertersTransformersConvertersInversores multiníveis em cascata usando reduzido número de fontes CC isoladas.Cascade multilevel inverters using reduced number of isolated dc sources.2019-03-252022-09-12T13:32:52Z2022-09-122022-09-12T13:32:52Zhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27071BAHIA, Filipe Antônio da Costa. Inversores multiníveis em cascata usando reduzido número de fontes CC isoladas. 2019. 121 fl. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2019.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCGinstname:Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)instacron:UFCGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/bitstream/riufcg/27071/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALFILIPE ANTÔNIO DA COSTA BAHIA - TESE (PPGEE) 2019.pdfFILIPE ANTÔNIO DA COSTA BAHIA - TESE (PPGEE) 2019.pdfapplication/pdf8470837http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/bitstream/riufcg/27071/1/FILIPE+ANT%C3%94NIO+DA+COSTA+BAHIA+-+TESE+%28PPGEE%29+2019.pdf104a0904c678029b872039936ebd039cMD51riufcg/270712022-09-12 15:38:55.662oai:localhost: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.ufcg.edu.br/PUBhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/oai/requestbdtd@setor.ufcg.edu.br || bdtd@setor.ufcg.edu.bropendoar:48512022-09-12T18:38:55Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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