Retificadores PFC monofásicos isolados integrados empregando estratégias de controle e modulação para redução de capacitância

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Burgardt, Ismael
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
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://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35911
Resumo: Capacitance reduction in single-phase static rectifiers has been the focus of several works. With capacitance reduction it is possible, in many cases, to replace electrolytic capacitors, prolonging the lifespan of the converter. Among the different techniques used to promote this capacitance reduction, the use of modulation and control strategy has the advantage of not adding extra elements to the circuit. Thus, in this work, it is initially proposed the application of a hybrid modulation in a converter derived from the integration of a modified Boost rectifier and a Full-Bridge ZVS. This hybrid modulation is composed of PWM and PSM working at the same time. A prototype of power equal to 300 W was built, reaching the approximate efficiency of 92.4% operating at rated power, with a power factor of 0.994. It was possible to reduce the output ripple with a capacitance ratio of 0.18 µF/W, allowing the non-use of electrolytic capacitors. It is also proposed a second PWM modulation technique in a converter derived from the integration of a Boost rectifier and a two-switches Forward converter. In this modulation strategy, two distinct duty cycles 1 and 2 are used, applied to switches 1 and 2, respectively. Where 1 is responsible for controlling the power factor, and 2 is responsible for controlling the power flow to the output in order to reduce the output ripple actively. A second prototype with a nominal power equal to 500 W was built to prove the effectiveness of this strategy. It achieved an efficiency of 90% when operating at nominal power, with a power factor of 0.9953. It is possible to reduce the output voltage ripple with a ratio of 0.164 µF/W, allowing the non-use of electrolytic capacitors.
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spelling Retificadores PFC monofásicos isolados integrados empregando estratégias de controle e modulação para redução de capacitânciaHigh power factor integrated isolated rectifiers using control and modulation strategies for capacitance reductionRetificadores de corrente elétricaFator de potênciaEletrônica de potênciaCapacitadoresConversores de corrente elétricaModuladores (Eletrônica)Simulação (Computadores)Electric current rectifiersElectric power factorPower electronicsCapacitorsElectric current convertersModulators (Electronics)Computer simulationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaCapacitance reduction in single-phase static rectifiers has been the focus of several works. With capacitance reduction it is possible, in many cases, to replace electrolytic capacitors, prolonging the lifespan of the converter. Among the different techniques used to promote this capacitance reduction, the use of modulation and control strategy has the advantage of not adding extra elements to the circuit. Thus, in this work, it is initially proposed the application of a hybrid modulation in a converter derived from the integration of a modified Boost rectifier and a Full-Bridge ZVS. This hybrid modulation is composed of PWM and PSM working at the same time. A prototype of power equal to 300 W was built, reaching the approximate efficiency of 92.4% operating at rated power, with a power factor of 0.994. It was possible to reduce the output ripple with a capacitance ratio of 0.18 µF/W, allowing the non-use of electrolytic capacitors. It is also proposed a second PWM modulation technique in a converter derived from the integration of a Boost rectifier and a two-switches Forward converter. In this modulation strategy, two distinct duty cycles 1 and 2 are used, applied to switches 1 and 2, respectively. Where 1 is responsible for controlling the power factor, and 2 is responsible for controlling the power flow to the output in order to reduce the output ripple actively. A second prototype with a nominal power equal to 500 W was built to prove the effectiveness of this strategy. It achieved an efficiency of 90% when operating at nominal power, with a power factor of 0.9953. It is possible to reduce the output voltage ripple with a ratio of 0.164 µF/W, allowing the non-use of electrolytic capacitors.A redução de capacitância em retificadores estáticos monofásicos tem sido o foco de diversos trabalhos. Com a redução de capacitância é possível, em muitos casos, a substituição de capacitores eletrolíticos, prolongando a vida útil do conversor. Dentre as diferentes técnicas utilizadas para promover essa redução de capacitância, o uso de estratégia de modulação e controle tem a vantagem de não adicionar elementos extras no circuito. Dessa forma, neste trabalho, é inicialmente proposta a aplicação de uma modulação híbrida em um conversor derivado da integração de um retificador Boost intercalado e um Full-Brigde ZVS. Essa modulação híbrida é composta por modulação por largura de pulso (PWM) e modulação por deslocamento de fase (PSM) atuando simultaneamente. É construído um protótipo de potência igual a 300 W, alcançando o rendimento aproximado de 92,4% ao operar na potência nominal, com um fator de potência de 0,994. Neste conversor, por meio da redução ativa da ondulação da tensão de saída, obteve-se uma relação de capacitância e potência de 0,18 µF/W, possibilitando a não utilização de capacitores eletrolíticos. Também é proposta a aplicação de uma modulação PWM sobreposta em um conversor derivado da integração de um retificador Boost e do conversor Forward 2S (dois interruptores). Nesta estratégia de modulação, são usadas duas razões cíclicas distintas 1 e 2, aplicadas nos interruptores 1 e 2, respectivamente, em que um 2 é responsável por controlar o fator de potência e, 1, por controlar o fluxo de potência para a saída para, assim, reduzir a ondulação da tensão de saída de forma ativa. Para comprovar o funcionamento desta estratégia, é construído um segundo protótipo de potência nominal igual a 500 W. O mesmo alcançou um rendimento de 90% ao operar na potência nominal, com um fator de potência de 0,9953. Sendo possível reduzir a ondulação da tensão de saída com uma relação de 0,164 µF/W, possibilitando a não utilização de capacitores eletrolíticos.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRGules, Rogerhttps://orcid.org/0000-0002-4037-9444http://lattes.cnpq.br/8115378687801645Nascimento, Claudinor Bitencourthttps://orcid.org/0000-0003-4374-7190http://lattes.cnpq.br/1112255828947803Badin, Alceu Andrehttps://orcid.org/0000-0003-3243-4092http://lattes.cnpq.br/8154562267050212Agostini Junior, Eloihttps://orcid.org/0000-0002-0054-7474http://lattes.cnpq.br/8441361506900775Coelho, Roberto Franciscohttps://orcid.org/0000-0002-4672-0885http://lattes.cnpq.br/9967005468124403Gules, Rogerhttps://orcid.org/0000-0002-4037-9444http://lattes.cnpq.br/8115378687801645Fonseca, Zito Palhano dahttps://orcid.org/0000-0002-2969-5112http://lattes.cnpq.br/1692971190679647Burgardt, Ismael2025-02-07T20:29:27Z2025-02-07T20:29:27Z2024-12-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfBURGARDT, Ismael. Retificadores PFC monofásicos isolados integrados empregando estratégias de controle e modulação para redução de capacitância. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35911porhttp://creativecommons.org/licenses/by/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:UTFPR2025-02-08T06:10:58Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35911Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-02-08T06:10:58Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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