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Title in Portuguese: Conversor CC-CC trifásico isolado bidirecional com comutação suave utilizando dual phase-shift e razão cíclica variável
Title: Soft switching bidirectional isolated three-phase DC-DC converter using dual phase-shift control with variable duty cycle
Author: Oliveira Filho, Hermínio Miguel de
Advisor(s): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Keywords: Engenharia elétrica
Conversores
Corrente contínua
Issue Date: 19-Aug-2015
Citation: OLIVEIRA FILHO, H. M. Conversor CC-CC trifásico isolado bidirecional com comutação suave utilizando dual phase-shift e razão cíclica variável. 159 f. 2015. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta a análise, exemplo de projeto, simulações e resultados experimentais de um conversor CC-CC trifásico isolado bidirecional com comutação suave, dual phase shift (DPS) e razão cíclica variável. A topologia utiliza três pontes H monofásicas no lado primário e um inversor trifásico no lado secundário. A isolação em alta frequência é garantida utilizando-se três transformadores monofásicos conectados em uma configuração delta aberto/estrela. A variação de ambos os ângulos de deslocamento de fase, entre os braços de uma ponte H e/ou entre os lados primário e secundário, permitem o controle do fluxo de potência. Esta flexibilidade garante a obtenção de um baixo conteúdo reativo na análise de projeto da topologia. A razão cíclica variável é utilizada para assegurar um barramento constante e uma operação dos interruptores com comutação suave. Uma análise matemática da estrutura é apresentada considerando um modelo baseado em componentes fundamentais e, com o propósito de comprovar a validade deste modelo, uma segunda análise a partir das etapas de operação do conversor também foi desenvolvida. O modelo dinâmico do conversor, baseado nas componentes fundamentais, também foi concebido com auxílio da teoria do gyrator. Um exemplo de projeto, com a obtenção de valores nominais, esforços e especificações dos componentes, caracterização do sistema de controle discreto e sua programação através de FPGA são desenvolvidos. Simulações e resultados experimentais do conversor operando em regime permanente e dinâmico são apresentados para validar o modelo proposto.
Abstract: This work presents the analysis, design example, simulations and experimental results on a soft-switching bidirectional isolated three-phase dc-dc converter using dual phase-shift control with variable duty cycle. The topology uses three single H-bridges in the primary side and a three-phase inverter in the secondary side. High-frequency isolation is ensured by using three single-phase transformers connected in open delta-wye configuration. The variation of both phase-shift (PS) angles between the H-bridge legs and/or primary and secondary sides allows controlling the power flow, while reduced reactive power flow is possible. The variable duty cycle is used to ensure a constant voltage bus and/or zero voltage switching (ZVS) operation. A detailed analysis is presented considering a model based on the fundamental components for the voltages and currents in the transformer and, aiming its validation, a second analysis from the operation stages of the converter has also been developed. Besides, the dynamic model of the converter, based on fundamental components and employing the gyrator theory has been developed. A design example with nominal values assumptions, stresses and specifications for components, discrete control system characterization and its FPGA programming are presented. Simulation and experimental results in steady state and closed-loop performance are presented and discussed to validate the proposed approach.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/15496
metadata.dc.type: Tese
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