Please use this identifier to cite or link to this item: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52274
Title in Portuguese: Estudo de conversores bidirecionais trifásicos para aplicação em estações de recarga de baterias de veículos elétricos
Author: Reis, Francisco Everton Uchôa
Advisor(s): Bascopé, René Pastor Torrico
Co-advisor(s): Bezerra, Luiz Daniel Santos
Keywords: Engenharia elétrica
Veículos elétricos
Resonant control
Bidirectional converters
Pulse width modulation
Issue Date: 2020
Citation: REIS, F. E. U. Estudo de conversores bidirecionais trifásicos para aplicação em estações de recarga de baterias de veículos elétricos. 2020. 216 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Portuguese: Esta tese consiste no estudo de dois conversores bidirecionais em corrente capazes de controlar o fluxo de potência entre a rede elétrica e o barramento CC de uma possível estação de recarga de baterias de veículos elétricos (VEs). Assim, é importante que as topologias escolhidas operem como conversores CA-CC e CC-CA. O objetivo principal é descobrir qual topologia apresenta uma melhor adequação para este tipo de aplicação visando o nível de potência requerido em uma estação de recarga. Nesse contexto, este trabalho apresenta o estudo de um conversor bidirecional trifásico de três níveis 3L-SNPC (three-level stacked neutral point clamped – conversor empilhado grampeado pelo ponto neutro), o qual é derivado de um conversor NPC (neutral point clamped – grampeado pelo ponto neutro) clássico, para aplicações em estações de recarga de VEs. O conversor 3L-SNPC apresenta melhor distribuição uniforme de perdas entre os seus semicondutores e maior grau de liberdade de acionamento dos interruptores. O conversor NPC clássico também é estudado para a mesma aplicação e para fins de comparação com a topologia 3L-SNPC. Os conversores analisados são capazes de operar no modo CA-CC ou CC-CA com alto fator de potência, empregando ainda a mesma estratégia de controle e modulação. As principais vantagens incluem a existência de uma forma de onda de tensão de três níveis entre cada braço e o neutro, as tensões em todos os semicondutores são iguais à metade da tensão total do barramento CC e as tensões nos capacitores de barramento CC são balanceadas por imposição da ação de controle. O projeto das malhas de controle da corrente e da tensão é apresentado adequadamente para garantir um alto fator de potência, baixa distorção harmônica da corrente e regulação da tensão de saída CC. Como forma de validar o estudo, resultados de simulação são apresentados para as duas estruturas supracitadas para uma potência nominal de 2 kW para uma tensão de entrada de 127 V, enquadrando esses conversores no nível 1 da norma SAE J1772. Resultados de simulação para a versão trifásica na potência total de 6 kW também são discutidos em detalhes. Por fim, resultados experimentais são apresentados para o conversor 3L-SNPC em termos de uma versão monofásica para validar toda a análise teórica
Abstract: This thesis consists of the study of two bidirectional current converters capable of controlling the power flow between ac power grid to the dc link of a possible electric vehicle battery charging station (EVs). Thus, it is important that the chosen topologies have the ability to operate either as ac-dc or dc-ac converters. The main goal is to determine which structure is best suitable for this type of application considering the power levels required by charging stations of electric vehicles (EVs). In this context, this work shows the study of a three-phase, three-level stack neutral point clamped (3L-SNPC) bidirectional converter, which is derived from a neutral point clamped (NPC) converter, for applications in EV charging stations. The 3L-SNPC converter has a better uniform distribution of losses among the semiconductors and higher degree of freedom regarding the operation of active switches. The classic NPC converter is also studied for the same application and for comparison with the 3L-SNPC topology. The analyzed converters are capable of operating in either ac-dc or dc-ac mode with high power factor, also employing the same control and modulation strategy. The main advantages include the existence of a three-level voltage waveform across each arm and the neutral, the voltages across all semiconductors are equal to half the total dc-link voltage, and the voltages across the dc-link capacitors are balanced as imposed by a control action. The design of current and voltage control loops is properly presented to ensure high power factor, low harmonic distortion of the current, and regulation of the dc output voltage. In order to validate the study, simulation results are presented for the two aforementioned structures for a rated power of 2 kW. Simulation results for the three-phase version at a total power of 6 kW are also discussed in detail. Finally, experimental results are presented for the 3L-SNPC converter in terms of a single-phase version to validate the whole theoretical analysis.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/52274
metadata.dc.type: Tese
Appears in Collections:DEEL - Teses defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2020_feureis.pdf5,16 MBAdobe PDFView/Open


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