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Title in Portuguese: Inversor multinível híbrido simétrico trifásico de cinco níveis baseado nas topologias half-Bridge/ANPC
Title: Five level three phase symmetrical hybrid multilevel inverter based on a half-bridge/anpc topology
Author: Silva, Ranoyca Nayana Alencar Leão e
Advisor(s): Barreto, Luiz Henrique Silva Colado
Co-advisor(s): Heldwein, Marcelo Lobo
Keywords: Engenharia elétrica
Eletrônica de potência
Issue Date: 22-Feb-2013
Citation: SILVA, R. N. A. L. Inversor multinível híbrido simétrico trifásico de cinco níveis baseado nas topologias Half-Bridge/ANPC. 2013. 125 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013.
Abstract in Portuguese: Este trabalho apresenta uma topologia de inversor multinível híbrido simétrico trifásico de cinco níveis, concebido a partir das estruturas meia ponte e inversor com grampeamento ativo do neutro, adequado para aplicações com alta tensão e alta potência. São apresentados os possíveis estados de comutação, lógica de acionamento, cálculo dos esforços nos semicondutores, assim como um estudo de perdas. Duas estratégias de modulação são selecionadas possibilitando a operação concomitante de metade dos interruptores em baixa frequência (60 Hz) e a outra em alta frequência (1020 Hz), reduzindo o número de comutações, consequentemente as perdas nos semicondutores e o conteúdo harmônico da tensão de saída. Para validar a proposta, foi desenvolvido um protótipo com potência de 7,5 kVA e tensão de saída eficaz de linha 380 V. Além disso, é apresentada a implementação de ambas as modulações no dispositivo lógico programável escolhido, FPGA. Os resultados experimentais da estrutura trifásica validam a topologia proposta. A estrutura, operando com a modulação baseada na PD-PWM, apresentou DHT de 29,71% e WTHD de 1,93%, enquanto que a baseada na CSV-PWM apresentou DHT de 38,45% e WTHD de 7,21%. Além disso, o rendimento da estrutura proposta é superior se comparado ao da topologia Half-Bridge/NPC, conforme esperado em função das perdas na estrutura Half-Bridge/NPC serem maiores e mal distribuídas.
Abstract: This work presents a new topology of a hybrid five-level inverter, conceived from the halfbridge and active neutral point clamped structures, suitable for high-voltage, high-power applications. The possible commutation stages, the switching drive logic, the semiconductors stresses mathematical analysis, and the losses study are presented. Two modulation techniques were selected in order to allow low-frequency (60 Hz) switches operate together with high-frequency switches (1020 Hz), reducing the number of commutations and, consequently, the overall losses and the output voltage total harmonic distortion. In order to validate the proposal, it was developed a 7.5 kVA prototype and AC line output voltage of 380 V. The digital implementation from both modulation techniques on the chosen programmable logic device FPGA is also presented. The experimental results relative to the three-phase structure validate the proposed topology. The topology, operating with the modulation based on Sinusoidal In-Phase Disposition - PWM, presented a THD of 29.71%, and WTHD of 1.93%, while the one based on the Centered Space Vector - PWM presented a THD of 38.45%, and a WTHD of 7.21%. Besides, the overall efficiency is superior when compared to the Half-Bridge/NPC topology, as expected, due to the fact that losses on this structure are higher and misdistributed.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/5013
metadata.dc.type: Tese
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