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Title in Portuguese: Conversores cc-cc não isolados com ampla taxa de conversão de tensão baseados nas células de comutação de múltiplos estados
Title: Non-isolated dc-dc converters with large voltage conversion rate based on multiple state switching cells
Author: Bastos, George Harrison de Alcântara
Advisor(s): Bascopé, René Pastor Torrico
Keywords: Engenharia elétrica
Conversores
Issue Date: 25-May-2017
Citation: BASTOS, G. H. A. Conversores cc-cc não isolados com ampla taxa de conversão de tensão baseados nas células de comutação de múltiplos estados. 2017. 154 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de conversores CC-CC não isolados com ampla taxa de conversão de tensão baseados na célula de comutação de múltiplos estados. Os doze conversores propostos são empregados em aplicações que necessitam de uma ampla taxa de conversão de tensão. Normalmente, a baixa tensão nos terminais é encontrada em painéis fotovoltaicos, pequenos geradores eólicos, células combustíveis e bancos de baterias. Estes valores de tensão devem ser elevados para níveis em torno de 200 V, 400 V ou 800 V. As principais características destes conversores com uma ampla taxa de conversão de tensão são: menor esforço de corrente nos interruptores, devido à divisão de corrente; alta capacidade de processamento de energia; possibilidade de associar outros enrolamentos secundários, dependendo do requisito de tensão de saída; o secundário do transformador multifásico pode ter dois tipos de conexões (estrela ou polígono); baixa ondulação de corrente no indutor, o que implica na redução de volume do elemento magnético; baixa ondulação de tensão nos capacitores o que implica a redução do tamanho do capacitor. O conversor com célula de quatro estados e ampla taxa de conversão de tensão apresenta três regiões de operação, onde a primeira, com a razão cíclica menor do que 1/3, apresenta um ganho estático menor em relação às outras duas, em virtude da não indução de tensão no secundário do transformador em uma de suas etapas de operação. Para validar o estudo teórico, um protótipo com potência de 3 kW com a tensão de entrada de 96 V CC e uma tensão de saída de 400 V CC foi implementado em laboratório.
Abstract: This paper presents the study and development of non-insolated DC-DC converters with high voltage conversion rate based on multi-state switching cell. The twelve proposed converters are used in applications where a high voltage conversion rate is required. Typically, the low voltage at the terminals is found in photovoltaic panels, small wind generators, fuel cells and battery banks. These voltage values should be raised to levels around 200 V, 400 V or 800 V. The main haracteristics of these converters with a high voltage conversion rate are: reduced current stress in the switches due to current splitting; High power processing capacity; Possibility of associating other secondary windings depending on the output voltage requirement; The multiphase transformer secondary can have two types of connections (star or polygon); Low current ripple in the inductor, which implies in the eduction of volume of the magnetic element; Low voltage ripple in the capacitors, which implies in reducing the size of the capacitor. The converter with four-state cell and high voltage conversion rate has three operating regions where the first operating region, with the duty cycle less than 1/3, has a lower static gain compared to the other two operating regions due to nonvoltage induction in the secondary of the transformer in one of its stages of operation. To validate the theoretical study, a prototype with 3 kW output power, 96 VDC input voltage, and 400 VDC output voltage, was implemented in the laboratory.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/27019
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