Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Barbosa, Samanta Gadelha
Orientador(a): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50535
Resumo: This work proposes the study and development of a bidirectional single-phase AC-DC converter with single stage and high frequency isolation, feasible to electrical vehicles. The proposed converter is based on the interleaving concept and switching cells coupling to obtain a prototype with high power density. Those characteristics make the topology an excellent solution for applications with high power level where weight and volume must be limited. Thus, within this work is developed a theoretical analysis for the proposed structure, validated through simulation on the software PSIM and experimental results using a 1kW prototype. Closed loop tests are presented verifying the dynamic performance and the controller’s stabilization capabilities. Being this topology bidirectional, assays on both rectifier and inverter modes are discussed, proving the capability of operation in both modes with 90% efficiency. In rectifier mode the FP was 0.996 with current THD of 2.8% and in inverter mode, connecting a DC source to the power grid, the FP was 0.995 with current THD of 7.6%. The obtained results were satisfactory, validating the theoretical analysis and, consequently, the topology efficacy in applications with high power density, however some improvements like magnetics integration and zero voltage switching showed up to be necessary in order to elevate its efficiency, making the structure more adequate for applications on electrical vehicles with on-board chargers.
id UFC-7_5070305233e96fc3f7d87b47d3f640f8
oai_identifier_str oai:repositorio.ufc.br:riufc/50535
network_acronym_str UFC-7
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository_id_str
spelling Barbosa, Samanta GadelhaAlmeida, Bruno Ricardo deOliveira Júnior, Demercil de Souza2020-03-05T16:40:19Z2020-03-05T16:40:19Z2020BARBOSA, S. G. Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos. 2020. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50535This work proposes the study and development of a bidirectional single-phase AC-DC converter with single stage and high frequency isolation, feasible to electrical vehicles. The proposed converter is based on the interleaving concept and switching cells coupling to obtain a prototype with high power density. Those characteristics make the topology an excellent solution for applications with high power level where weight and volume must be limited. Thus, within this work is developed a theoretical analysis for the proposed structure, validated through simulation on the software PSIM and experimental results using a 1kW prototype. Closed loop tests are presented verifying the dynamic performance and the controller’s stabilization capabilities. Being this topology bidirectional, assays on both rectifier and inverter modes are discussed, proving the capability of operation in both modes with 90% efficiency. In rectifier mode the FP was 0.996 with current THD of 2.8% and in inverter mode, connecting a DC source to the power grid, the FP was 0.995 with current THD of 7.6%. The obtained results were satisfactory, validating the theoretical analysis and, consequently, the topology efficacy in applications with high power density, however some improvements like magnetics integration and zero voltage switching showed up to be necessary in order to elevate its efficiency, making the structure more adequate for applications on electrical vehicles with on-board chargers.Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um conversor monofásico CA-CC bidirecional de estágio único e com isolação em alta frequência aplicável a veículos elétricos. O conversor proposto utiliza-se do conceito de interleaving e acoplamento de células de comutação para obtenção de um protótipo com alta densidade de potência. Tais vantagens tornam a topologia uma potencial solução para aplicações em níveis de potência similares àqueles requeridos em carregadores onboard, bem como nas situações onde peso e volume devam ser limitados. Desta forma, neste trabalho é desenvolvida uma análise teórica da estrutura proposta, validada por simulação através do software PSIM e por resultados experimentais utilizando-se de um protótipo de 1kW. Ensaios em malha fechada são apresentados, verificando o desempenho dinâmico e a capacidade de estabilização dos controladores. Sendo a topologia bidirecional, ensaios no modo retificador e inversor são discutidos, comprovando a capacidade de operação em ambos os modos com eficiência de 90%. No modo retificador o FP foi de 0,996 com THD de corrente de 2,8%, e no modo inversor, conectando uma fonte CC à rede elétrica, o FP foi de 0,995 com THD de 7,6%. Os resultados foram satisfatórios, validando a análise teórica e, consequentemente, a eficácia da topologia em aplicações com alta densidade de potência, porém algumas melhorias como integração de magnéticos e técnicas de comutação suave demonstram-se necessárias para elevação de sua eficiência, tornando-a uma estrutura adequada a aplicações em veículos elétricos com carregadores on-board.Engenharia elétricaVeículos elétricosConversores de corrente elétricaSingle-stage CA-CC converterDual active bridgeElectrical vehiclesConversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2020_dis_sgbarbosa.pdf2020_dis_sgbarbosa.pdfapplication/pdf8025771http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50535/5/2020_dis_sgbarbosa.pdf9cc85c6a300f7bde7ed3aadb8cc62a7fMD55LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50535/6/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD56riufc/505352021-07-16 10:24:24.745oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2021-07-16T13:24:24Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false
dc.title.pt_BR.fl_str_mv Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
title Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
spellingShingle Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
Barbosa, Samanta Gadelha
Engenharia elétrica
Veículos elétricos
Conversores de corrente elétrica
Single-stage CA-CC converter
Dual active bridge
Electrical vehicles
title_short Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
title_full Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
title_fullStr Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
title_full_unstemmed Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
title_sort Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos
author Barbosa, Samanta Gadelha
author_facet Barbosa, Samanta Gadelha
author_role author
dc.contributor.co-advisor.none.fl_str_mv Almeida, Bruno Ricardo de
dc.contributor.author.fl_str_mv Barbosa, Samanta Gadelha
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Oliveira Júnior, Demercil de Souza
contributor_str_mv Oliveira Júnior, Demercil de Souza
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia elétrica
Veículos elétricos
Conversores de corrente elétrica
Single-stage CA-CC converter
Dual active bridge
Electrical vehicles
topic Engenharia elétrica
Veículos elétricos
Conversores de corrente elétrica
Single-stage CA-CC converter
Dual active bridge
Electrical vehicles
description This work proposes the study and development of a bidirectional single-phase AC-DC converter with single stage and high frequency isolation, feasible to electrical vehicles. The proposed converter is based on the interleaving concept and switching cells coupling to obtain a prototype with high power density. Those characteristics make the topology an excellent solution for applications with high power level where weight and volume must be limited. Thus, within this work is developed a theoretical analysis for the proposed structure, validated through simulation on the software PSIM and experimental results using a 1kW prototype. Closed loop tests are presented verifying the dynamic performance and the controller’s stabilization capabilities. Being this topology bidirectional, assays on both rectifier and inverter modes are discussed, proving the capability of operation in both modes with 90% efficiency. In rectifier mode the FP was 0.996 with current THD of 2.8% and in inverter mode, connecting a DC source to the power grid, the FP was 0.995 with current THD of 7.6%. The obtained results were satisfactory, validating the theoretical analysis and, consequently, the topology efficacy in applications with high power density, however some improvements like magnetics integration and zero voltage switching showed up to be necessary in order to elevate its efficiency, making the structure more adequate for applications on electrical vehicles with on-board chargers.
publishDate 2020
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2020-03-05T16:40:19Z
dc.date.available.fl_str_mv 2020-03-05T16:40:19Z
dc.date.issued.fl_str_mv 2020
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv BARBOSA, S. G. Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos. 2020. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50535
identifier_str_mv BARBOSA, S. G. Conversor CA-CC monofásico bidirecional com estágio integrado e isolação em alta frequência aplicável a carregamento on-board de veículos elétricos. 2020. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
url http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/50535
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron:UFC
instname_str Universidade Federal do Ceará (UFC)
instacron_str UFC
institution UFC
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
collection Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
bitstream.url.fl_str_mv http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50535/5/2020_dis_sgbarbosa.pdf
http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/50535/6/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 9cc85c6a300f7bde7ed3aadb8cc62a7f
8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)
repository.mail.fl_str_mv bu@ufc.br || repositorio@ufc.br
_version_ 1847793202276335616