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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/70132| Tipo: | Tese |
| Título: | Conversor ca-cc multinível de estágio integrado para aplicação em transformadores de estado sólido |
| Autor(es): | Araújo, José Willamy Medeiros de |
| Orientador: | Oliveira Júnior, Demercil de Souza |
| Palavras-chave: | Conversor CA-CC multinível;Correção de fator de potência;Transformador de estado sólido;Controle de magnetização;Estágio integrado |
| Data do documento: | 22-Nov-2022 |
| Citação: | ARAÚJO, José Willamy Medeiros de. Conversor ca-cc multinível de estágio integrado para aplicação em transformadores de estado sólido. 2022, 251 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2022. |
| Resumo: | Este trabalho propõe o estudo e desenvolvimento de um conversor CA-CC multinível de estágio integrado para aplicação em transformador de estado sólido. O conversor possui uma estrutura bidirecional e que pode ser modularizada para a aplicação em média tensão com três módulos por fase, sendo cada célula composta de um conversor contendo um dual active bridge (DAB) com uma estrutura interleaving. É realizada uma análise qualitativa onde é mostrada a técnica de modulação assim como a estratégia de controle necessária para o conversor. Um novo controle de magnetização multivariável é proposto para o correto funcionamento do conversor. É realizada uma análise quantitativa determinando a ondulação da corrente CA, ondulação da tensão dos capacitores e os esforços nos semicondutores assim como a análise das perdas. Os procedimentos de projeto necessários para a construção do protótipo são discutidos, evidenciando a isolação por fibra óptica, tempo de cálculo e modulador. Por fim, é realizada a validação do estudo através de resultados de simulação e experimentais. É obtida uma grande similaridade entre a modelagem desenvolvida e os valores obtidos em simulação. A bidirecionalidade da estrutura e a dinâmica das malhas de controle são validadas através de ensaios de inversão de fluxo de potência apresentando um tempo de acomodação inferior a 500 ms. Resultados experimentais com um módulo, três módulos em uma única fase e um módulo por fase no sistema trifásico são apresentados com grande similaridade com a simulação, validando as características necessárias para a aplicação em um transformador de estado sólido. A topologia é capaz de operar com fator de potência unitário e THD de 2,84 % para um módulo e 4,62 % para a estrutura trifásica. É mostrada a curva de rendimento do conversor alcançando um valor máximo de 97 % e 95,2% em condição nominal. É obtido um correto balanceamento dos módulos assim como um equilíbrio das correntes sintetizadas no sistema trifásico. A malha de controle de magnetização desenvolvida apresenta uma grande importância tendo em vista que o conversor não foi capaz de alcançar o regime nominal sem a malha. Comparações com outras estruturas são realizadas demonstrando as vantagens e desvantagens do conversor. |
| Abstract: | This work proposes the study and development of an integrated stage multi-level AC-DC converter for application in solid-state transformers. The converter has bidirectional capability and can be modularized for medium voltage application with three modules per phase, each cell being composed of a converter containing a dual active bridge (DAB) and an interleaving structure. A qualitative analysis is performed showing the modulation technique as well as the control strategy needed for the converter. A new multivariable magnetization control is proposed for the correct operation of the converter. A quantitative analysis is performed determining the AC current ripple, capacitor voltage ripple and the semiconductors efforts as well as the losses analysis. The necessary design procedures for the construction of the prototype are discussed, highlighting the fiber optic insulation, calculation time and modulator. Finally, the validation of the study is carried out through simulation and experimental results. A great similarity is obtained between the developed modeling and simulation. The bidirectionality of the structure and the control loops dynamics are validated through power flow inversion tests with an accommodation time of less than 500 ms. Experimental results with one module, three modules in a single phase and one module per phase in a three-phase system are presented with great similarity with the simulation, validating the necessary characteristics for the solid state transformer application. The topology is capable of operating with unity power factor and THD of 2.84% for one module and 4.62% for the three-phase structure. The efficiency curve of the converter is shown, reaching a maximum efficiency of 97% and 95.2% in rated condition. A correct balance of the modules is obtained, as well as a balance of the currents synthesized in the three-phase system. The developed magnetization control loop is of great importance considering that the converter was not able to reach the rated regime without it. Comparisons with other structures are performed demonstrating the advantages and disadvantages of the converter |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70132 |
| Aparece nas coleções: | DEEL - Teses defendidas na UFC |
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