Conversores CC-CC de elevado ganho baseados na topologia boost empregando indutores acoplados e células multiplicadoras de tensão
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Ponta Grossa Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica UTFPR |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26063 |
Resumo: | Currently, the search for the use of sustainable energy sources such as solar energy, wind power and fuel cells has increased, in an attempt to reduce environmental problems. However, energy production through renewable sources generates low voltage levels. Under this scenario, the use of DC-DC converters becomes fundamental. Thus, the electricity consumption from systems that generate energy in direct current (DC) is no longer an alternative but a necessity. However, for the produced energy be delivered for use in the proper form, a DC-DC converter, generally, should be employed. In this work, the study and the implementation of two high-gain DC-DC converters to condition the energy from DC generating sources such as photovoltaics and fuel cells are carried out. They are structures made up of only a single switch and based on the Boost-type converter using coupled inductors and voltage multiplier cells. Both topologies have as main features high efficiency, reduced blocking voltages on the switches and diodes, and reduced elements count. The proposed DC-DC converters are better suited for applications where the consumed power is in the order of a few units of hundreds of Watts, which corresponds to the power provided by a photovoltaic panel (PV). In order to understand both converters' behavior, as well as define a design procedure where all the elements can be designed and specified, the principles of operation at steady state are presented. In addition, in order to ensure a closed-loop system's operation, the dynamic analyses are also developed. Thus, the transfer function of each plant is determined and the control system can be properly designed. Simulation results for both proposed topologies operating with an input voltage of 48 V, switching frequency of 100 kHz, voltage and power rated of 400 V and 400 W, respectively, are also presented. |
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Conversores CC-CC de elevado ganho baseados na topologia boost empregando indutores acoplados e células multiplicadoras de tensãoHigh-gain DC-DC converters based on boost-type employing coupled inductors and voltage multiplier cellsConversores de corrente elétricaTensão - ConcentraçãoEnergia - Fontes alternativasElectric current convertersStress concentrationRenewable energy sourcesCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia/Tecnologia/GestãoCurrently, the search for the use of sustainable energy sources such as solar energy, wind power and fuel cells has increased, in an attempt to reduce environmental problems. However, energy production through renewable sources generates low voltage levels. Under this scenario, the use of DC-DC converters becomes fundamental. Thus, the electricity consumption from systems that generate energy in direct current (DC) is no longer an alternative but a necessity. However, for the produced energy be delivered for use in the proper form, a DC-DC converter, generally, should be employed. In this work, the study and the implementation of two high-gain DC-DC converters to condition the energy from DC generating sources such as photovoltaics and fuel cells are carried out. They are structures made up of only a single switch and based on the Boost-type converter using coupled inductors and voltage multiplier cells. Both topologies have as main features high efficiency, reduced blocking voltages on the switches and diodes, and reduced elements count. The proposed DC-DC converters are better suited for applications where the consumed power is in the order of a few units of hundreds of Watts, which corresponds to the power provided by a photovoltaic panel (PV). In order to understand both converters' behavior, as well as define a design procedure where all the elements can be designed and specified, the principles of operation at steady state are presented. In addition, in order to ensure a closed-loop system's operation, the dynamic analyses are also developed. Thus, the transfer function of each plant is determined and the control system can be properly designed. Simulation results for both proposed topologies operating with an input voltage of 48 V, switching frequency of 100 kHz, voltage and power rated of 400 V and 400 W, respectively, are also presented.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Atualmente, a busca pela utilização de fontes de energias sustentáveis como a energia solar, eólica e de células combustíveis aumentou, como uma tentativa de redução dos problemas ambientais. Entretanto, a produção de energia através das fontes renováveis gera baixos níveis de tensão. Nesse cenário, a utilização de conversores CC-CC torna-se fundamental. Assim, o consumo de eletricidade proveniente de sistemas que geram energia diretamente em corrente contínua (CC) deixou de ser uma alternativa para se tornar uma necessidade. No entanto, para que a energia produzida seja entregue para uso na forma adequada, geralmente um conversor CC-CC deve ser empregado. Neste trabalho, são realizados o estudo e a implementação de conversores CCCC de elevados ganhos para condicionar a energia provenientes de fontes geradoras em CC tais como as fotovoltaicas e as células combustíveis. São estruturas constituídas por somente um interruptor controlado e baseadas na configuração Boost empregando indutores acoplados e células multiplicadoras de tensão. São propostas duas topologias que apresentam como principais características elevado rendimento, reduzida tensão de bloqueio sobre os interruptores e reduzido número de elementos. Os dois conversores CC-CC propostos são mais indicados para as aplicações onde a potência consumida seja na ordem de algumas unidades de centenas de Watts, o que corresponde à potência fornecida por um painel fotovoltaico. Com a finalidade de se compreender as características operacionais de ambos conversores, bem como definir uma metodologia de projeto onde todos os elementos possam ser especificados e projetados, os princípios de operação em regime permanente são apresentados. Além disso, para que os sistemas operem em malha fechada, as análises dinâmicas também são desenvolvidas. Assim, a função de transferência de cada planta é determinada e os controles projetados. Resultados de simulação para ambas topologias propostas operando com tensões de entrada de 48 V, frequência de comutação de 100 kHz, tensão e potência de saída de 400 V e 400 W, respectivamente, também são apresentados.Universidade Tecnológica Federal do ParanáPonta GrossaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUTFPRNascimento, Claudinor Bitencourthttps://orcid.org/0000-0003-4374-7190http://lattes.cnpq.br/1112255828947803Agostini Junior, Eloihttps://orcid.org/0000-0002-0054-7474http://lattes.cnpq.br/8441361506900775Nascimento, Claudinor Bitencourthttps://orcid.org/0000-0003-4374-7190http://lattes.cnpq.br/1112255828947803Sa Junior, Edilson Mineirohttps://orcid.org/0000-0002-7388-229Xhttp://lattes.cnpq.br/4828845714096699Agostini Junior, Eloihttps://orcid.org/0000-0002-0054-7474http://lattes.cnpq.br/8441361506900775Kaster, Mauricio dos Santoshttps://orcid.org/0000-0002-7687-1297http://lattes.cnpq.br/5494434934031784Rosas, Isabella Pedroso2021-09-23T16:26:06Z2021-09-23T16:26:06Z2021-08-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfROSAS, Isabella Pedroso. Conversores CC-CC de elevado ganho baseados na topologia boost empregando indutores acoplados e células multiplicadoras de tensão. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2021.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26063porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2021-09-24T06:06:02Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/26063Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2021-09-24T06:06:02Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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Currently, the search for the use of sustainable energy sources such as solar energy, wind power and fuel cells has increased, in an attempt to reduce environmental problems. However, energy production through renewable sources generates low voltage levels. Under this scenario, the use of DC-DC converters becomes fundamental. Thus, the electricity consumption from systems that generate energy in direct current (DC) is no longer an alternative but a necessity. However, for the produced energy be delivered for use in the proper form, a DC-DC converter, generally, should be employed. In this work, the study and the implementation of two high-gain DC-DC converters to condition the energy from DC generating sources such as photovoltaics and fuel cells are carried out. They are structures made up of only a single switch and based on the Boost-type converter using coupled inductors and voltage multiplier cells. Both topologies have as main features high efficiency, reduced blocking voltages on the switches and diodes, and reduced elements count. The proposed DC-DC converters are better suited for applications where the consumed power is in the order of a few units of hundreds of Watts, which corresponds to the power provided by a photovoltaic panel (PV). In order to understand both converters' behavior, as well as define a design procedure where all the elements can be designed and specified, the principles of operation at steady state are presented. In addition, in order to ensure a closed-loop system's operation, the dynamic analyses are also developed. Thus, the transfer function of each plant is determined and the control system can be properly designed. Simulation results for both proposed topologies operating with an input voltage of 48 V, switching frequency of 100 kHz, voltage and power rated of 400 V and 400 W, respectively, are also presented. |
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