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Title in Portuguese: Análise comparativa de inversores multiníveis monofásicos baseados em células de comutação com elevação da capacidade de corrente
Title: Comparative analysis of single-phase multilevel inverters based on switching cells to increase current capacity
Author: Ferreira Neto, João Aberides
Advisor(s): Cruz, Cícero Marcos Tavares
Co-advisor(s): Bascopé, René Pastor Torrico
Keywords: Engenharia elétrica
Células de comutação
Inversores
Multiníveis
Issue Date: 25-Apr-2014
Citation: FERREIRA NETO, J. A. Análise comparativa de inversores multiníveis monofásicos baseados em células de comutação com elevação da capacidade de corrente. 2014. 242 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta a avaliação comparativa de três inversores multiníveis monofásicos com grampeamento do ponto central, baseados em células de comutação, que apresentam como característica comum a elevação da capacidade da corrente total de saída dos conversores sem aumentar os esforços de corrente nos semicondutores. A técnica utilizada para realizar esta avaliação consiste, primeiramente, na análise individual da topologia clássica de três níveis, aplicando apenas o paralelismo de células de comutação. Em seguida é realizada a análise detalhada da principal topologia avaliada neste trabalho. Trata-se do inversor de cinco níveis com grampeamento do ponto central, baseado na célula de comutação de múltiplos estados, que utiliza conversores multiníveis intercalados, acoplados magneticamente através de um autotransformador que, por sua vez, tem como finalidade distribuir uniformemente a corrente total de saída entre os enrolamentos e, consequentemente, entre os semicondutores do conversor. Além de apresentar perdas de condução reduzidas nos semicondutores, este conversor também apresenta uma redução no volume e peso dos componentes magnéticos, devido à frequência de operação dos elementos passivos possuir um valor múltiplo da frequência de comutação dos interruptores. Como consequência, os conversores resultantes apresentam alto rendimento, alta densidade de potência e uma baixa distorção harmônica total para a tensão e corrente de saída. A análise teórica do inversor de cinco níveis com grampeamento do ponto central, baseado na célula de comutação de múltiplos estados, é verificada através de simulação computacional e da experimentação obtida a partir de protótipos desenvolvidos para uma potência de 5 kW. São também apresentados resultados de simulação e experimentais para a terceira topologia analisada, o inversor de cinco níveis com grampeamento do ponto central, baseado em células de comutação intercaladas. Finalmente, é realizada uma avaliação comparativa entre os três inversores analisados.
Abstract: This work presents a comparative evaluation of three single-phase neutral point clamped multilevel inverters, based on switching cells, which have as a common characteristic the capacity increase of the total output current of the converters without increasing the current efforts in semiconductors. The technique employed to perform this evaluation consists primarily on individual analysis of the classical three level topology, applying only the parallelism of switching cells. Then a detailed analysis of the main topology evaluated in this work is performed. It is the five level neutral point clamped inverter, based on multi-state switching cell, which uses multilevel interleaved converters, coupled magnetically through an autotransformer in order to distribute uniformly the total output current between their windings, and consequently between the semiconductors of the converter. In addition to presenting reduced conduction losses in the semiconductors, this technique also provides a reduction in volume and weight of magnetic components due to frequency of operation of reactive elements is a multiple of the switching frequency of the switches. Consequently, the resulting converters present high efficiency, high power density and low harmonic distortion for the output voltage and output current. The theoretical analysis of the five level neutral point clamped inverter, based on multi-state switching cell, is verified by digital simulation and by 5 kW prototypes experimentation. Simulation and experimental results are also presented for the third topology analyzed, the five level neutral point clamped inverter, based on interleaved switching cells. Finally, a comparative evaluation is performed for the three inverters analyzed.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/10661
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DEEL - Teses defendidas na UFC

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