Sistemas de conversão estática baseados em conversores multiníveis modulares em cascata com células do tipo meia-ponte: aplicação em sistemas CA-CC-CA monofásicos e sistemas com terminais abertos.
Ano de defesa: | 2016 |
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Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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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: | Esta tese propõe dois sistemas modulares de conversão de energia baseados na topologia multinível modular double-star chopper-cells (DSCC), cujos braços s˜ao formados da associação série de subm´odulos (SMs) — células idênticas em meia-ponte. O primeiro sistema ´e aplicado `a conversão CA-CC-CA monofásica por meio de três conversores com braços compartilhados. Dentre esses conversores, versões híbridas são propostas que conduzem `a redução das perdas por condução, embora restritas `a operação com frequências de entrada e saída iguais. Conforme discutido, pode-se operar o sistema modular com frequências diferentes, mas o barramento CC requer uma capacidade de tens˜ao maior que em a operação com frequências iguais. Os conversores monofásicos são avaliados quanto `a regulação de tensão de saída e de corrente de entrada com capacidade de compensação de harmônicos. O segundo sistema ´e aplicado ao acionamento de máquinas trifásicas com terminais de enrolamentos abertos (open-end windings) (OEW), cujo propósito ´e melhorar as formas de onda de saída e prover ao inversor modular DSCC a capacidade de tolerância a curto circuitos no barramento CC. Então, utiliza-se um inversor modular DSCC de baixa escala e um inversor de dois níveis (two-level ) (2L) comandado na frequência fundamental para redução das perdas por chaveamento. De modo geral, os sistemas propostos s˜ao estudados no interesse de maximizar a qualidade de energia de saída por meio da topologia modular DSCC, com redução das perdas totais. Os limites operacionais são investigados e, para a operação o apropriada dos sistemas propostos, apresentam-se técnicas de geração das referências das tensões de polo — a depender da topologia. Ademais, propõe-se um algoritmo de redução do número de portadoras da estratégia de modulação com portadoras com fase deslocada. Por fim, o desempenho dos sistemas é avaliado mediante resultados simulados e experimentais. |
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JACOBINA, Cursino Brandão.JACOBINA, C. B.http://lattes.cnpq.br/0261885352003041OLIVEIRA, Alexandre Cunha.OLIVEIRA, A. C.http://lattes.cnpq.br/6699829609793478LIMA, Antonio Marcus Nogueira.OLIVEIRA, A. M. N.CORRÊA, Maurício Beltrão de Rossiter.CORRÊA, M. B. R.ANTUNES, Fernando Luiz Marcelo.ANTUNES, F. L. M.FREITAS, Isaac Soares de.FREITAS, I. S.SILVA, I. R. F. M. P.http://lattes.cnpq.br/7618299953557040SILVA, Italo Roger Ferreira Moreno Pinheiro da.Esta tese propõe dois sistemas modulares de conversão de energia baseados na topologia multinível modular double-star chopper-cells (DSCC), cujos braços s˜ao formados da associação série de subm´odulos (SMs) — células idênticas em meia-ponte. O primeiro sistema ´e aplicado `a conversão CA-CC-CA monofásica por meio de três conversores com braços compartilhados. Dentre esses conversores, versões híbridas são propostas que conduzem `a redução das perdas por condução, embora restritas `a operação com frequências de entrada e saída iguais. Conforme discutido, pode-se operar o sistema modular com frequências diferentes, mas o barramento CC requer uma capacidade de tens˜ao maior que em a operação com frequências iguais. Os conversores monofásicos são avaliados quanto `a regulação de tensão de saída e de corrente de entrada com capacidade de compensação de harmônicos. O segundo sistema ´e aplicado ao acionamento de máquinas trifásicas com terminais de enrolamentos abertos (open-end windings) (OEW), cujo propósito ´e melhorar as formas de onda de saída e prover ao inversor modular DSCC a capacidade de tolerância a curto circuitos no barramento CC. Então, utiliza-se um inversor modular DSCC de baixa escala e um inversor de dois níveis (two-level ) (2L) comandado na frequência fundamental para redução das perdas por chaveamento. De modo geral, os sistemas propostos s˜ao estudados no interesse de maximizar a qualidade de energia de saída por meio da topologia modular DSCC, com redução das perdas totais. Os limites operacionais são investigados e, para a operação o apropriada dos sistemas propostos, apresentam-se técnicas de geração das referências das tensões de polo — a depender da topologia. Ademais, propõe-se um algoritmo de redução do número de portadoras da estratégia de modulação com portadoras com fase deslocada. Por fim, o desempenho dos sistemas é avaliado mediante resultados simulados e experimentais.This thesis proposes two modular energy conversion systems based on a modular multilevel topology with double-star chopper-cells (DSCC), whose arms are mounted from the series association of submodules (SMs) — identical cells arranged in half bridge. The first system is applied to single-phase AC-DC-AC conversion by means of three converters with shared legs. Among these converters, hybrid versions are proposed leading to a reduction of conduction losses, although restricted to operation with equal input and output frequencies. As discussed, the modular system can operate with different frequencies, but the DC link requires higher voltage capacity than in operation with equal frequencies. The single-phase converters are evaluated for output-voltage and input-current regulation with harmonic compensation capability. The second system is applied to three-phase machine drive with open-end windings (OEW), whose purpose aims to improve the output waveforms and to provide to the modular DSCC inverter the short-circuit tolerance on the DC link. Thus, this system uses a low-scale modular DSCC inverter and a two-level (2L) inverter operated at fundamental frequency for reducing switching losses. In general, the proposed systems are studied in the interests of maximizing output quality from the modular DSCC topology, with total loss reduction. The operating limits are investigated and, for a proper operation of the proposed systems, techniques of generation of the pole-voltage references are presented — depending on the topology. In addition, an algorithm to reduce the number of carriers is proposed for the modulation strategy with phase-shifted carriers. Finally, the performance of the systems is evaluated by simulation and experimental results.Submitted by Joana Darc Morais da Silva (darc.campo@gmail.com) on 2021-04-19T18:18:45Z No. of bitstreams: 1 ITALO ROGER FERREIRA MORENO PINHEIRO DA SILVA - TESE PPGEE 2016.pdf: 10379665 bytes, checksum: 6d887148409e6bda6b1217d04e52f809 (MD5)Made available in DSpace on 2021-04-19T18:18:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ITALO ROGER FERREIRA MORENO PINHEIRO DA SILVA - TESE PPGEE 2016.pdf: 10379665 bytes, checksum: 6d887148409e6bda6b1217d04e52f809 (MD5) Previous issue date: 2016-11Universidade Federal de Campina GrandePÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICAUFCGBrasilCentro de Engenharia Elétrica e Informática - CEEIEngenharia Elétrica.Sistemas de conversão estáticaConversores multiníveis modularesSistemas CA-CC-CA monofásicosEstratégia de modulação por largura de pulsoSistemas de acionamento de máquinasConversores com braços compartilhadosAcionamento de máquinas trifásicasStatic conversion systemsMultilevel modular convertersSingle-phase AC-CC-AC systemsPulse width modulation strategyMachine drive systemsConverters with shared armsActivation of three-phase machinesSistemas de conversão estática baseados em conversores multiníveis modulares em cascata com células do tipo meia-ponte: aplicação em sistemas CA-CC-CA monofásicos e sistemas com terminais abertos.Static conversion systems based on modular multilevel converters in cascade with half-bridge cells: application in single-phase CA-CC-CA systems and systems with open terminals.2016-112021-04-19T18:18:45Z2021-04-192021-04-19T18:18:45Zhttp://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18186SILVA, Italo Roger Ferreira Moreno Pinheiro. Sistemas de conversão estática baseados em conversores multiníveis modulares em cascata com células do tipo meia-ponte: aplicação em sistemas CA-CC-CA monofásicos e sistemas com terminais abertos. 2016. 109f. 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, 2016. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18186info: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/18186/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52ORIGINALITALO ROGER FERREIRA MORENO PINHEIRO DA SILVA - TESE PPGEE 2016.pdfITALO ROGER FERREIRA MORENO PINHEIRO DA SILVA - TESE PPGEE 2016.pdfapplication/pdf10379665http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/bitstream/riufcg/18186/1/ITALO+ROGER+FERREIRA+MORENO+PINHEIRO+DA+SILVA+-+TESE+PPGEE+2016.pdf6d887148409e6bda6b1217d04e52f809MD51riufcg/181862021-04-19 15:19:27.302oai: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:48512021-04-19T18:19:27Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFCG - Universidade Federal de Campina Grande (UFCG)false |
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Esta tese propõe dois sistemas modulares de conversão de energia baseados na topologia multinível modular double-star chopper-cells (DSCC), cujos braços s˜ao formados da associação série de subm´odulos (SMs) — células idênticas em meia-ponte. O primeiro sistema ´e aplicado `a conversão CA-CC-CA monofásica por meio de três conversores com braços compartilhados. Dentre esses conversores, versões híbridas são propostas que conduzem `a redução das perdas por condução, embora restritas `a operação com frequências de entrada e saída iguais. Conforme discutido, pode-se operar o sistema modular com frequências diferentes, mas o barramento CC requer uma capacidade de tens˜ao maior que em a operação com frequências iguais. Os conversores monofásicos são avaliados quanto `a regulação de tensão de saída e de corrente de entrada com capacidade de compensação de harmônicos. O segundo sistema ´e aplicado ao acionamento de máquinas trifásicas com terminais de enrolamentos abertos (open-end windings) (OEW), cujo propósito ´e melhorar as formas de onda de saída e prover ao inversor modular DSCC a capacidade de tolerância a curto circuitos no barramento CC. Então, utiliza-se um inversor modular DSCC de baixa escala e um inversor de dois níveis (two-level ) (2L) comandado na frequência fundamental para redução das perdas por chaveamento. De modo geral, os sistemas propostos s˜ao estudados no interesse de maximizar a qualidade de energia de saída por meio da topologia modular DSCC, com redução das perdas totais. Os limites operacionais são investigados e, para a operação o apropriada dos sistemas propostos, apresentam-se técnicas de geração das referências das tensões de polo — a depender da topologia. Ademais, propõe-se um algoritmo de redução do número de portadoras da estratégia de modulação com portadoras com fase deslocada. Por fim, o desempenho dos sistemas é avaliado mediante resultados simulados e experimentais. |
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