Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38792
Title in Portuguese: Conversor CA-CC multinível de único estágio para aplicação em transformadores de estado sólido
Author: Araújo, José Willamy Medeiros de
Advisor(s): Praça, Paulo Peixoto
Co-advisor(s): Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Keywords: Engenharia elétrica
Fator de potência - Correção
Conversores de corrente elétrica
Phase-shift
Dual active bridge
Power factor correction
Multi-level ac-dc converter
Solid state transformer
Issue Date: 16-Feb-2018
Citation: ARAÚJO, J. W. M. de. Conversor CA-CC multinível de único estágio para aplicação em transformadores de estado sólido. 2018. 188 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Este trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de um conversor CA-CC multinível de único estágio para aplicação em transformadores de estado sólido. Este tipo de aplicação vem crescendo bastante na atualidade com o aumento da utilização de energias renováveis, smart grids e sistemas que requerem redução de peso e volume tais como a tração elétrica. O conversor proposto é baseado no dual active bridge (DAB) associado com a célula de comutação de três estados (CC3E). O conversor possui uma estrutura que pode ser modularizada e aplicada em elevadas tensões podendo operar tanto como retificador quanto inversor. É realizada uma análise qualitativa onde é mostrada a técnica de modulação, tanto analógica quanto vetorial, assim como a estratégia de controle necessária para o conversor. Posteriormente, é realizada uma análise quantitativa do fluxo de potência do conversor através do modelo completo das tensões e corrente do transformador, a análise da variação de corrente na entrada e a análise das perdas considerando dois modelos de chaves distintos. É realizado ainda o dimensionamento dos controladores digitais do conversor utilizando o método do fator k. Por fim, é realizada a validação do estudo através de resultados de simulação e experimentais em estado permanente e transitório. É obtida uma grande similaridade entre as modelagens desenvolvidas e os valores obtidos em simulação e experimental. As malhas de controle dimensionadas apresentam dinâmicas com sobressinais inferiores a 15 % e tempos de acomodação inferiores a 200 ms. A bidirecionalidade da estrutura é demonstrada com um ensaio de inversão de fluxo. A topologia é capaz de operar com fator de potência unitário e baixo THD. Além disso, é mostrada a curva de eficiência da estrutura que é capaz de operar com um rendimento máximo de 87,5 % utilizando chaves do tipo IGBT. É demonstrado ainda, que essa eficiência pode ser elevada para 95,5 % com utilização de chaves de melhor desempenho.
Abstract: This work proposes the study and development of a single stage multi-level AC-DC converter for application in solid-state transformers. This type of application has been growing very much in the present time with the rise in the use of renewable energies, smart grids and systems that require reduction of weight and volume such as electric traction. The proposed converter is based on the dual active bridge (DAB) associated with the three state switching cell (3SSC). The converter has a structure that can be modularized and applied at high voltages and can operate both as rectifier or inverter. A qualitative analysis is performed where the analog and vector modulation technique is presented as well as the control strategy required for the converter. Subsequently, is performed a quantitative analysis of the converter power flow considering the real transformer voltage and current, the analysis of the input current ripple and the loss analysis considering two different switch models. The digital controllers are also dimensioned using the k factor method. Finally, the validation of the study is carried out through simulation and experimental results in a permanent and transient state. A great similarity between the developed models and the simulation and experimental values is obtained. The dimensioned control loops present dynamics with overshoot of less than 15 % and accommodation times of less than 200 ms. The bi-directionality of the structure is demonstrated with a power inversion test. The topology is capable of operating with unit power factor and low THD. In addition, the efficiency curve of the structure is shown which is capable of operating at a maximum of 87,5 % using IGBT switches. It is also demonstrated that this efficiency can be raised to 95,5 % with the use of better performance switches.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38792
Appears in Collections:DEEL - Dissertações defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2018_dis_jwmaraujo.pdf15,34 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.