Estratégias de modulação aplicadas a conversor CA-CA modular multinível

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Castellain, Daniel Gustavo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/33523/001300000bmtx
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Conversor Modular Multinível CA-CA; Estratégia de Modulação Multinível; Transformador Eletrônico de Potência; Transformador de Média Frequência
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/20322

Este trabalho apresenta contribuições para o desenvolvimento de um conversor modular multinível CA-CA, aplicado em uma topologia de transformador eletrônico de potência destinado a aplicações em tração elétrica e em redes de distribuição com características monofásicas. Alguns dos principais desafios associados ao conversor incluem: o equilíbrio das tensões nos capacitores, a forma de onda da tensão de saída de dois níveis, que apresenta um elevado degrau de tensão e significativa distorção harmônica, a elevada indutância nos braços do conversor, resultando em uma queda de tensão acentuada com o aumento da frequência de saída do conversor, e o controle da corrente de circulação. A principal motivação deste trabalho é desenvolver um esquema de modulação multinível capaz de mitigar os problemas associados ao conversor. A principal contribuição deste trabalho reside na associação das estratégias de modulação multinível Phase-shifted e Staircase, visando reduzir o degrau de tensão e a distorção harmônica da tensão de saída do conversor, utilizar um indutor nos terminais de entrada do conversor para limitar a ondulação da corrente em altas frequências e, ainda, reduzir o valor da indutância empregada nos braços do conversor. Como contribuições secundárias, são apresentados alguns exemplos de operação do conversor, como abaixador e elevador de tensão, dependendo do modo de operação e do número de níveis adotados nas tensões intermediária e de saída do conversor. Um protótipo foi projetado e implementado em uma escala de baixa potência, com tensão de entrada de 220 V, frequência de entrada de 60 Hz, potência de 1 kW, frequência de saída de 2 kHz, frequência de comutação de 20 kHz, e composto por 12 células H-Bridge, sendo 3 células por braço. Os resultados experimentais demonstram a operação do conversor em três formas de operação, com especificações de tensão de entrada de até 120 V, potência máxima de 75 W e frequência máxima de comutação de 20 kHz, utilizando 8 células H-Bridge, com 2 células por braço.