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Type: Dissertação
Title: Conversor CA-CC monofásico bidirecional isolado aplicado como carregador de baterias de veículos elétricos
Authors: Souza, José Janiere Silva de
Advisor: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Co-advisor: Mazza, Luan Carlos dos Santos
Keywords: Engenharia elétrica;Carregador de baterias;Veículos elétricos;Neutral point clamped;Grid to vehicle;Batteries charger
Issue Date: 2020
Citation: SOUZA, J. J. S. de. Conversor CA-CC monofásico bidirecional isolado aplicado como carregador de baterias de veículos elétricos. 2020. 157 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.
Abstract in Brazilian Portuguese: Este trabalho propõe a utilização de um conversor CA-CC monofásico bidirecional isolado como carregador de baterias de um veículo elétrico para aplicações agrícolas. Em termos construtivos a topologia é baseada no conversor Dual Active Bridge (DAB). O lado primário composto por dois braços do conversor Neutral Point Clamped (NPC) de três níveis interligados, através do uso de um autotransformador, de modo a formar uma Célula de Comutação de Múltiplos Estados (CCME), enquanto o lado secundário é composto por um conversor Full Bridge (FB) isolado galvanicamente do lado primário pela utilização de um transformador de alta frequência. Durante análise qualitativa são apresentados os estados de chaveamento e estratégia de modulação utilizada. Na análise quantitativa destacam-se as expressões que definem as tensões sintetizadas e suas respectivas formas de onda, além dos estudos da operação com correção do fator de potência, da ondulação da corrente de entrada e do fluxo de potência. Tendo em vista a implementação de um protótipo alimentado por uma rede elétrica de 220 V, 60 Hz, e tensão de saída de 56 V são apresentados os projetos dos controladores, bem como, dos elementos magnéticos e dos circuitos de medição, condicionamento e filtragem das variáveis do sistema que serão controladas. A validação dos estudos teóricos e do projeto físico dos elementos construtivos é feita através de simulações computacionais quando da operação em regime permanente e dinâmico. Além disso, são apresentados resultados experimentais para o lado primário do conversor através da utilização de um protótipo com carga de 750 W considerando sua operação no modo Grid to Vehicle (G2V) em regime permanente e dinâmico.
Abstract: This paper proposes the use of a bi-directional AC-DC converter single-phase isolated as a battery charger for an electric vehicle for agricultural applications. In constructive terms, the topology is based on the Dual Active Bridge (DAB) converter. The primary side consisting of two arms of the three-level Neutral Point Clamped (NPC) converter, through the use of an autotransformer, in order to form a Multi-State Switching Cells (MSSC), while the secondary side comprises a Full Bridge (FB) converter galvanically isolated from the primary side using a high frequency transformer. During qualitative analysis shows the states of switching and modulation strategy used. In the quantitative analysis, the expressions that define the synthesized voltages and their respective waveforms stand out, in addition to the studies of the operation with correction of the power factor, the ripple of the input current and the power flow. In order to implement a prototype powered by a power supply 220 V, 60 Hz and 56 V output voltage are shown the designs of the controllers as well as the magnetic elements and the measuring circuits, conditioning and filtering system variables that will be controlled. The validation of the theoretical and the physical design of the building elements is made using computer simulations when operating in permanent and dynamic regime. In addition, experimental results are presented for the primary side of the converter through the use of a 750 W prototype at full load considering its operation in Grid to Vehicle mode in permanent and dynamic regime.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/53127
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