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Title in Portuguese: Inversor multinivel bidirecional com até 15 níveis na tensão de saída utilizando somente uma fonte CC
Author: Nascimento, Anderson Jhones Passos
Advisor(s): Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Co-advisor(s): Mesquita, Samuel Jó de
Keywords: Inversor multinível
Modulação staircase
Inversor assimétrico
Transformador com múltiplos secundários
Issue Date: 2021
Citation: NASCIMENTO, Anderson Jhones Passos. Inversor multinivel bidirecional com até 15 níveis na tensão de saída utilizando somente uma fonte CC. 2021. 124 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2021.
Abstract in Portuguese: Este trabalho propõe um inversor multinível assimétrico bidirecional que utiliza uma única fonte de Corrente Contínua(CC) e um transformador de vários secundários para a obtenção de até 15níveis na tensão de saída. A topologia sugerida é composta de um transformador, uma ponte H-bridge localizada no primário e de células assimétricas associadas com duas chaves bidirecionais no secundário do transformador. De acordo com os pesos das fontes e as combinações de estados de chaveamento aplicados nas células L o inversor pode gerar até 15 níveis na tensão de saída. O transformador empregado trabalha na frequência de 60 Hz, apresenta múltiplos secundários, o que reduz o número de fontes de tensão isoladas, e funciona como um elevador de tensão de alto ganho. O inversor funciona com a modulação staircase, cujo princípio é baseado na eliminação de harmônicos, a técnica é geralmente aplicada em baixa frequência de chaveamento e seu uso é amplo em aplicações de altas potências. A topologia proposta apresenta baixa distorção harmônica e número reduzido de chaves semicondutoras quando comparada com o conversor multinível convencional para produzir a mesma quantidade de níveis na tensão de saída. Estudos teóricos e resultados de simulação e experimentais são mostrados a fim de validar o conversor proposto. Um protótipo para até 1 kW foi desenvolvido e implementado em laboratório e posto em operação, em simulação e em laboratório, funcionando em malha aberta. Para mostrar que o inversor é bidirecional em corrente foi utilizada uma indutância de 300 mH na saída do inversor,aplicação feita em simulação, o que fez com que o retorno de energia no sentido carga para a fonte, pudesse ser observado. Em relação ao rendimento prático, colhido em laboratório, o conversor apresentou rendimento η=95% no primeiro teste com 210 W e a medida que foi sendo aumentada a potência o rendimento foi decaindo. Este teste foi realizado para até 960 W,potência para a qual o rendimento apresentado foi deη=90%.
Abstract: This work proposes a bidirectional asymmetric multilevel inverter with a single Direct Current(DC) source and a transformer with multiple secondaries for obtaining up to 15 levels at theoutput voltage. The suggested topology is composed by a transformer, a H-Bridge locatedat the transformer primary, and asymmetric cells associated with two bidirectional switchesat the transformer secondary. According to the weights of the AC secondary voltage sourcesand the combinations of switching states applied to the L cells, the inverter can generate upto 15 levels at the output voltage. The transformer employed works at a frequency of 60 Hz,multiple secondaries, which reduces the number of isolated voltage sources, and it operates asa high gain voltage. The inverter works with staircase modulation, whose principle is basedon the elimination of harmonics, the technique is generally applied at low switching frequencyand widely used in high power applications. The proposed topology presents low harmonicdistortion and reduced number of semiconductor switches when compared to the conventionalmultilevel converter to produce the same levels number at the output voltage. Theoretical studies,simulation and experimental results are shown in order to validate the proposed converter. A 1kW laboratory prototype was developed and implemented in laboratory and put into operation inopen loop. In order to show that the inverter is bidirectional in current, an inductance of 300 mHwas used at the inverter output, an application made in simulation, which made it possible toobserve the return of energy in the load direction to the source, could be observed. In relationto the practical performance, collected in the laboratory, the converter showed a performanceofη= 95% in the first test with 210 W and the average that the power was being increased theperformance was decreasing. This test was carried out for up to 960 W, power for which theyield presented wasη= 90%
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/59216
metadata.dc.type: Dissertação
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