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Title: Conversores PWM multinível com capacitores flutuantes, transformadores em cascata e braços compartilhados.
Other Titles: Multilevel PWM converters with floating capacitors, Cascade transformers and shared arms.
???metadata.dc.creator???: MÉLLO, João Paulo Ramos Agra.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: JACOBINA, Cursino Brandão.
???metadata.dc.contributor.referee1???: FREITAS, Isaac Soares de.
???metadata.dc.contributor.referee2???: BARRETO, Luiz Henrique Silva Colado.
???metadata.dc.contributor.referee3???: LIMA, Antônio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee4???: OLIVEIRA, Alexandre Cunha.
Keywords: Eletrônica de Potência;Células em Cascata;Conversores Multinível;Capacitores Flutuantes;Power Electronics;Cascade Cells;Converters Multilevel;Floating Capacitors
Issue Date: 11-Mar-2019
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: MÈLLO, João Paulo Ramos Agra. Conversores PWM multinível com capacitores flutuantes, transformadores em cascata e braços compartilhados 2019. 204 fl. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2019.
???metadata.dc.description.resumo???: Nesta tese de doutorado são propostas conĄgurações de conversores estáticos multinível de potência como soluções alternativas com melhor desempenho em termos de distorção harmônica, perdas de potência, e estresse de chaveamento em relação às opções conven- cionais consideradas. São apresentados quatro grupos de conversores baseados em células assimétricas em cascata. O primeiro grupo utiliza uma fonte trifásica em open-end para conectar duas células trifásicas em série com o sistema, além de pontes H a capacitor Ćutuante em série com as fases. O objetivo é mostrar o melhor desempenho dos retiĄca- dores unidirecionais propostos frente à topologia convencional de dois níveis e validar as técnicas propostas para regular os capacitores Ćutuantes. Nos três grupos restantes são abordadas topologias de conversores trifásicos de três e quatro Ąos, e ainda conversores monofásicos com braço compartilhado, nos quais são usados transformadores com os en- rolamentos secundários em cascata para conectar as células em série usando um único barramento CC. Nestes casos, o objetivo é demonstrar a simplicidade de operação e con- trole dos conversores em relação a alternativas com vários barramentos CC, como as do primeiro grupo. Além disso, tem-se por objetivo demonstrar o desempenho em relação a opções convencionais de dois níveis e multinível com um barramento CC, mostrando que as conĄgurações propostas podem apresentar melhor desempenho, apesar das componen- tes de perdas adicionais dos transformadores. A metodologia de análise e validação das topologias consistiu na realização de simulações digitais sob condições normalizadas para todos os casos, considerando como Ąguras de mérito a distorção harmônica das formas de onda de tensão e corrente, a frequência e o estresse de chaveamento, além das perdas nos semicondutores e totais dos sistemas sob condições de THD normalizada. Após veri- Ącado o desempenho em simulação, as estruturas foram validadas experimentalmente. De modo geral, veriĄcou-se por meio dos resultados obtidos que as conĄgurações propostas puderam operar tanto com menor distorção harmônica, como com menores perdas nos semicondutores e totais, além de poderem operar sob menor frequência de chaveamento em condições de distorção harmônica normalizadas, possuindo portanto menor estresse de chaveamento. Além disso, no primeiro grupo de conĄgurações as técnicas PWM e de regulação dos barramentos a capacitor Ćutuante foram validadas com sucesso. Já no caso dos grupos restantes, pôde-se veriĄcar maior simplicidade do sistema de controle. Assim, conclui-se que as conĄgurações propostas foram validadas como alternativas multinível, que as técnicas PWM e de controle utilizadas mostraram eĄcácia, e que as técnicas de gerar topologias multinível com transformadores em cascata e utilizando braços compar- tilhados também apresentaram bons resultados frente a alternativas convencionais.
Abstract: In this Doctoral dissertation, static multilevel power converters are proposed as alter- native solutions with better performance in terms of harmonic distortion, power losses, and switching stress with relation to the considered conventional options. Four groups of converters based on cascaded asymmetrical cells are presented. The Ąrst group uti- lizes an open-end three-phase source to connect two three-phase cells in series with the system, beyond employing H-bridges with Ćoating capacitors in series with the phases. The objective is to show the better performance of proposed unidirectional rectiĄers face to the conventional two-level topology and validate the proposed techniques to regulate the Ćoating capacitors. On the three remaining groups, three-phase converters topologies with three and four wires and single-phase shared leg converters are addressed. On them, transformers with cascaded secondary windings are used to connect the cells in series while using a single dc-link. In these cases, the objective is to demonstrate the converters operation and control simplicity in relation to alternatives with many dc-link capacitors, like the ones in the Ąrst group. Moreover, we want to demonstrate their performance in relation to conventional two-level and multilevel options with one dc-link, to show that proposed conĄgurations can present better performance despite the additional losses com- ponents of the transformers. The analysis and validation methodology consisted in the realization of digital simulations under normalized conditions for all cases, considering as Ągures of merit the harmonic distortion of voltage and current waveforms, the switch- ing frequency and stress, and the semiconductors and total losses of the system under normalized THD conditions. After verifying the simulations performances, the structures were experimentally validated. In general, by means of the results obtained it was veriĄed that proposed conĄgurations could operate with lower harmonic distortion, as well as with lower semiconductors and total losses, besides being capable to operate under lower switching frequency on normalized harmonic distortion conditions, which gives them lower switching stress. Furthermore, in the Ąrst group of conĄgurations the PWM and Ćoating capacitors voltage regulation techniques were validated with success. In the case of the re- maining groups, it could be veriĄed greater simplicity of the control system. Therefore, we conclude that proposed conĄgurations were validated as multilevel alternatives, that the PWM and control techniques utilized were efective, and that the cascaded transformers and shared legs techniques to generate multilevel topologies also have shown good results compared to conventional alternatives.
Keywords: Eletrônica de Potência
Células em Cascata
Conversores Multinível
Capacitores Flutuantes
Power Electronics
Cascade Cells
Converters Multilevel
Floating Capacitors
???metadata.dc.subject.cnpq???: engenharia elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/27097
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

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