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Tipo: Tese
Título: Conversores CA-CC Isolados Bidirecionais com Estágio Integrado para Aplicações em Transformadores de Estado Sólido
Autor(es): Mazza, Luan Carlos dos Santos
Orientador: Oliveira Júnior, Demercil de Souza
Coorientador: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Palavras-chave: Transformadores elétricos;Eletricidade - Perdas;Correntes elétricas;Conversores de corrente elétrica
Data do documento: 10-Dez-2019
Citação: MAZZA, L.C. dos S. Conversores CA-CC Isolados Bidirecionais com Estágio Integrado para Aplicações em Transformadores de Estado Sólido. 2022. 238 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: Nos últimos anos, a estrutura topológica dos Transformadores de Estado Sólido (TES) tem avançado bastante devido ao grande esforço dos pesquisadores na área acadêmica e industrial. Em vista desta situação, este trabalho apresenta um estudo sobre conversores CA-CC isolados bi- direcionais com estágio integrado para aplicação em TES. As topologias propostas são baseadas nos conversores Dual Active Bridge (DAB) e Neutral Point Clamped - Three Level (NPC-3L) e na utilização das Células de Comutação de Três Estados (CCTE). Realiza-se um estudo das topologias implementáveis em TES através de uma revisão bibliográfica das principais estruturas publicadas recentemente. Em termos topológicos do conversor, apresenta-se o princípio de funcionamento, o mapa vetorial decorrente da análise dos vetores de espaço dos estados de chaveamento, a análise do autotransformador da CCTE, do transformador isolador da caracterís- tica DAB da estrutura e do fluxo do potência através dos modelos fundamental e por etapas de operação, neste último considerando todos os harmônicos. Logo após, mostra-se as estratégias de modulação adotadas para o trabalho, assim como realiza-se a modelagem matemática do circuito de potência e as estratégias de controle implementadas. A análise de comutação dos interruptores de potência é desenvolvida visando obter as regiões de operação para comutação suave Zero Voltage Switching (ZVS) e Zero Current Switching (ZCS). Aborda-se no trabalho o estudo das perdas elétricas das topologias monofásicas e trifásicas, tanto perda por condução como em comutação, e compara-se a estrutura trifásica proposta com outras presentes na literatura. Os resultados de simulações numéricas são desenvolvidas objetivando comprovar as análises teóricas. Um protótipo monofásico foi implementado para coleta de resultados experimentais, validando o estudo teórico.
Abstract: In recent years, the topological technology of Solid State Transformers (SST) has advanced greatly due to the great effort of researchers in the academic and industrial area. In view of this situation, this work presents a study of bidirectional isolated CA-CC converters with integrated stage for TES application. The proposed topologies are based on the three-level Dual Active Bridge (DAB) and three-level Neutral Point Clamped (NPC) converters and on the use of the Three State Switching Cells (3SSC). A study of the implementable topologies in SST is carried out through a bibliographical review of the main recently published structures. In the topological terms of the converter, the operating principle is presented, the vector map derived from the analysis of the space vectors of the switching states, the autotransformer analysis of the TSSC and the transformer isolating the DAB characteristic of the structure. Next, we show the modulation strategies adopted for the work, as well as the mathematical modeling of the power circuit and the control strategies implemented. Switching analysis of power switches is developed in order to obtain the Zero Voltage Switching (ZVS) and Zero Current Switching (ZCS) switching regions. In this work, the study of the electrical losses of the topology, both conduction and switching losses, is discussed. Finally, the proposed structure is compared with others present in the power electronics literature. The results of numerical simulations are developed in order to prove the theoretical analysis. A single phase prototype was implemented to collect experimental results, validating the theoretical study.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/69035
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