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Title in Portuguese: Gerador de impulsos de tensão usando um conversor boost em cascata para inspeção de sistemas de aterramento
Title: Voltage impulse generator using a cascaded boost converter for the inspection of grounding systems
Author: Santos, Kristian Pessoa dos
Advisor(s): Cruz, Cícero Marcos Tavares
Co-advisor(s): Fernandes Neto, Tobias Rafael
Keywords: Engenharia elétrica
Conversores
Sistemas de aterramento
Gerador de impulsos
Issue Date: 3-Oct-2014
Citation: SANTOS, K. P. Gerador de impulsos de tensão usando um conversor boost em cascata para inspeção de sistemas de aterramento. 2014. 120 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um gerador de impulsos de tensão usando a topologia de um conversor boost em cascata operando em Modo de Condução Descontínua (MCD) que será utilizado para inspeção de sistemas de aterramentos usados pelas concessionárias de energia elétrica. A tensão obtida na saída do conversor é aplicada ao sistema de aterramento que se comporta como uma carga. O sinal aplicado ao aterramento é medido pelo sistema de aquisição de dados e analisado pelo software por algoritmos inteligentes. A tensão aplicada tem as características de uma onda tipo dupla exponencial que é um modelo matemático para estudo de descargas atmosféricas. Além disso, o gerador poderá gerar tensões com características de uma onda quadrada. O gerador de impulsos desenvolvido utiliza apenas dispositivos semicondutores na sua construção que apresentam as vantagens de possuir uma longa vida útil, podem operar em altas frequências, são acionados com baixa tensão e possuem uma baixa queda de tensão ao contrário dos tradicionais geradores de impulsos que utilizam os spark gaps para chaveamento que apresentam como desvantagens a baixa vida útil e a necessidade de um sistema externo para funcionamento da mesma. Um estudo teórico foi realizado através das análises qualitativa e quantitativa, além das análises do processo de comutação e das perdas nos componentes do conversor. Neste trabalho foi realizado o projeto do conversor boost em cascata para inspeção de sistemas de aterramento com uma potência aproximada de 156 W, tensão de entrada eficaz de 110 Vca e tensão de pico de aproximadamente 880 Vcc que corresponde à soma da tensão dos capacitores do conversor boost quando estão dispostos em série. Um protótipo com as especificações indicadas foi construído e testado experimentalmente em laboratório e em campo utilizando quatro topologias de sistemas de aterramento. Foram realizados testes considerando que a impedância de aterramento era puramente resistiva. Os resultados de simulação e experimentais obtidos são utilizados para validar a análise teórica e o projeto realizado
Abstract: This paper presents the study and development of a voltage impulse generator using a cascaded boost converter topology operating in Discontinuous Conduction Mode (DCM) which will be used for the inspection of grounding systems used by electric power companies. The output voltage of the converter is applied to the grounding system which behaves as a load. The signal applied to the ground was measured by the data acquisition system and analyzed by an intelligent algorithms software. The voltage has the characteristics of a double exponential waveform which is a mathematical model used for study of lightning. Furthermore, the impulse generator has the option to produce a square waveform output voltage. Unlike, the traditional impulse generator with spark gaps, which was disadvantages of poor lifetime and the need of external system to operating the same, the developed generator uses only semiconductor devices in its construction. A theoretical study was carried out through qualitative and quantitative analyzes moreover, the switching process and the losses in the converter components were studied. In this work was performed the design of a cascaded boost converter for evaluating grounding systems with approximated 156 W, input voltage of 110 Vac rms and an output peak voltage of approximately 880 VDC, which correspond to the sum each voltage capacitor of the boost converter, when they are connected in series. A prototype with the indicated specifications was implemented and experimentally tested in the laboratory and real conditions using four grounding systems configurations. Tests were performed considering that the grounding impedance is resistive. The obtained experimental and simulation results are used to validate the theoretical analysis and the designed converter
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/11666
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