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Type: Tese
Title: Conversores CA-CC monofásicos baseados na célula de comutação de múltiplos estados tipo T (CCME-TT)
Authors: Linard, Fabíola Maria Alexandre
Advisor: Bascopé, René Pastor Torrico
Keywords: Conversores CA-CC;Conversores;Fator de potência;Eletrônica de potência;Conversores de corrente elétrica;Energia elétrica;Eletrônica
Issue Date: 2021
Citation: LINARD, Fabíola Maria Alexandre. Conversores CA-CC monofásicos baseados na célula de comutação de múltiplos estados tipo T (CCME-TT). 2021. 160f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2021.
Abstract in Brazilian Portuguese: Este trabalho propõe a concepção de conversores CA-CC monofásicos e trifásicos baseados na célula de comutação de múltiplos estados tipo T modificado (CCME-TTM), os quais podem ser aplicados em sistemas que requerem de média tensão. Os conversores sob estudo podem ser empregados como o estágio de entrada de sistemas que possuem inversores multiníveis com ponto neutro grampeado (NPC - Neutral Point Clamped), inversores multiníveis em ponte H cascateado (Cascaded H-Bridge Multilevel Inverters) e conversores multiníveis modulares (MMC - Modular Multilevel Converters). A versatilidade das topologias supracitadas deve-se à utilização da CCME-TTM, que apresenta na sua configuração um transformador no qual são acoplados enrolamentos secundários com relações de transformação adequadas de acordo ao requerimento. Outras características promissoras incluem correção do fator de potência; obtenção de múltiplas tensões de saída balanceadas; formas de onda de tensão multinível na entrada após o indutor; e redução de esforços de tensão nos semicondutores, os quais são inferiores à tensão total do barramento CC, com impacto direto no rendimento. Após a proposição de topologias de conversores CA-CC bidirecionais, tanto trifásicas como monofásicas, e devido à extensão do assunto, a tese limitou-se ao estudo de duas topologias monofásicas derivadas das topologias genéricas, sendo uma não isolada e a outra isolada. Para as topologias supracitadas, foram feitas a análise qualitativa, a análise quantitativa, modelagem das plantas para a obtenção das funções de transferência pelo método aproximado. Posteriormente, para verificar o princípio de funcionamento, foram feitos os projetos dos circuitos de potência e controle para, tensão de entrada de 110 V, tensão de saída total de 1 kV distribuida em quatro saídas de 250 V e potência de saída total de 3 kW. Os resultados mostraram que bastando o balanceamento das tensões de saída da célula tipo T, as saídas dos secundarios acoplados, são naturamente balanceados. . .
Abstract: This works proposes the conception of single-phase and three-phase AC-DC converters based on the modified multi-state switching cell type T (MSSC-TTM), which can be applied in medium-voltage systems. The converters under study can be employed as the input stage of systems composed of multilevel Neutral Point Clamped (NPC), Modular Multilevel Converters (MMC) and and/or cascade full-bridge (H bridge) inverters. Such structures are adequate for a wide variety of applications, e.g., induction motor drives, uninterruptible power supplies (UPSs), active filters, among others. The versatility of the aforementioned structures is owing to the MSSC-TTM, which incorporates a transformer to which secondary windings with proper turns ratio are coupled according to the requirement. Other prominent characteristics include power factor correction; achievement of balanced multiple output voltages; multilevel voltage waveforms on the input downstream of the inductor; and reduced voltage stresses on the semiconductors, which are lower than the total dc link voltage, with consequent impact on the efficiency. After proposing topologies of three-phase and single-phase bidirectional AC-DC converters, and due to the extension of the theme, the thesis was limited to the study of two single-phase topologies derived from generic topologies, one not isolated and one isolated. For the aforementioned topologies, qualitative analysis, quantitative analysis and plant modeling were performed to obtain transfer functions by the approximate method. In order to verify the operating principle, power and control circuits were designed for 110 V input voltage, 1 kV total output voltage distributed over four 250 V outputs and 3 kW total output power. The results showed that by just balancing the output voltages of the type T cell, the outputs of the coupled secondary cells are naturally balanced.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/57615
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