Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation deals with modulation techniques for multilevel diode clamped converters. The major challenge to be overcome by modulation strategies to these converters is the balance of the dc-link voltage capacitors, whilst minimizing the THD of output voltages. Among the modulation strategies reported in literature for this purpose are the carrier-based and space vector modulation techniques. Generally the space vetor methods select the nearest three vector to implement the desired output voltage vector. However, it is not always possible to remove the low frequency ripple in the dc-link voltage capacitors using this diagram vector. This work proposes a new space vector diagram that allows the elimination of the low frequency ripple in the dc-link voltage capacitors and guarantees the balance to the entire converter linear operation region, operating with any power factor load. Further constrains are derived based on the sign and magnitude of the output currents to determine the transition between the space vector diagram N3V and NS3V, making a hybrid modulation. As a result is possible to minimize the total harmonic distortion of the output voltages and to ensure the control of the averaged neutral point current. In order to make it possible to extend the results for converters with any number of levels, a carrier based modulation was proposed in this work where the modulation signals are chosen to ensure maximum use of the dc-link of the linear range of operation of converter, and eliminate low-frequency oscillation in the voltage capacitors. Moreover, it is proposed a space vector modulation strategy to back-to-back three level diode clamped converters, with the purpose to connect the wind power generation to the grid. This technique combines the utilization of the N3V and NS3V space vector diagrams for both converters connected to the same dc-link. Thus it is possible to establish a trade off between oscillation in the voltage capacitors and THD of output voltages. Experimental results and benchmarks are presented and demonstrate the good performance of the proposed methods. / Esta dissertação de mestrado trata de estratégias de modulação para conversores multiníveis com diodos de grampeamento. O principal desafio a ser superado por técnicas de modulação aplicadas a estes conversores é o de equilibrar as tensões dos capacitores do barramento CC, enquanto que minimizando a penalização da THD das tensões de saída. Dentre as principais estratégias de modulação com esse propósito abordadas na literatura, são as estratégias baseadas na comparação com portadora e as estratégias vetoriais. Geralmente os métodos de modulação vetorial utilizam os três vetores de comutação mais próximos do vetor de tensão de referência, N3V. Entretanto nem sempre é possível eliminar as ondulações de baixa frequência presentes nas tensões dos capacitores do barramento CC em toda faixa de operação do conversor utilizando essa divisão de setores. Este trabalho deriva um novo diagrama vetorial NS3V, que possibilita a eliminação das ondulações de baixa frequência das tensões dos capacitores do barramento CC na região linear do conversor, independente do fator de potência de operação. Além disso são obtidas restrições baseadas no sinal e nas magnitudes das correntes de saída para determinar a transição entre a modulação que utiliza o diagrama vetorial N3V e o diagrama vetorial NS3V, tornando a modulação híbrida. Com isto é possível minimizar a distorção harmônica das tensões de saída e assegurar o controle da corrente média sobre um período de comutação no ponto central do divisor capacitivo. Com objetivo de facilitar a extensão dos resultados para um número qualquer de níveis, a modulação baseada na comparação com portadora foi proposta nesse trabalho onde as tensões modulantes são escolhidas de forma a garantir a máxima utilização da tensão do barramento CC na faixa linear de operação do conversor, bem como eliminar as ondulações de baixa frequência presentes nas tensões dos capacitores. Ainda, é proposta uma estratégia de modulação vetorial para conversores com diodos de grampeamento de três níveis em configuração back-toback com o propósito de conectar sistemas de geração eólica à rede. Nesta estratégia de modulação é combinada a utilização dos diagramas vetoriais N3V e NS3V para ambos os conversores conectados ao mesmo barramento CC. Dessa forma é possível estabelecer um compromisso entre ondulação das tensões dos capacitores do barramento CC e THD das tensões de saída. Resultados experimentais e análises comparativas são apresentadas e demonstram a boa performance dos métodos propostos.

Submitted by Gilvanedja Silva (gilvanedja@biblioteca.ufpb.br) on 2018-03-22T20:42:08Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 11929036 bytes, checksum: e796f3e04cbf0cf6da3fa9648d4f9270 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-22T20:42:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 11929036 bytes, checksum: e796f3e04cbf0cf6da3fa9648d4f9270 (MD5) Previous issue date: 2017-05-25 / This work presents a technique using carrier-based pulse width modulation (PWM) applied to single-phase asymmetrical multilevel inverters with diodes clamped, aiming to increase the amount of output voltage levels to improve signal quality, reducing the total harmonic distortion rate (THD). The technique was used in inverters of three, four and five levels per arm, providing an output signal with seven, thirteen and nineteen levels respectively, presenting two, six and ten levels higher than the equivalent symmetrical multilevel inverters. The technique was described with a set of equations and procedures that can be generalized for inverters of any number of levels. To verify the operation, simulations were performed using the PSIM program and an experimental assembly of an asymmetrical multilevel inverter of three levels was performed, using a field programmable gate array device (FPGA) in the implementation of the PWM modulator. Finally, the simulation and experimental results that prove the effectiveness of the modulation strategy employed in this work are presented and compared / Este trabalho apresenta uma técnica utilizando a modulação por largura de pulso (PWM) baseada em portadora, aplicada aos inversores multiníveis monofásicos assimétricos com diodos de grampeamento, com o objetivo de elevar a quantidade de níveis na tensão de saída, para melhorar a qualidade do sinal, reduzindo a taxa de distorção harmônica total (THD). A técnica foi empregada em inversores de três, quatro e cinco níveis por braço, fornecendo um sinal de saída com sete, treze e dezenove níveis respectivamente, apresentando dois, seis e dez níveis a mais que os inversores multiníveis simétricos equivalentes. A técnica foi descrita com um conjunto de equações e procedimentos que pode ser generalizada para inversores de qualquer número de níveis. Para comprovar o funcionamento, foram realizadas simulações utilizando o programa PSIM e efetuada montagem experimental de uma inversor multinível assimétrico de três níveis, utilizando na implementação do modulador PWM um dispositivo em matriz de porta programável em campo (FPGA). Por fim, são apresentados e comparados os resultados de simulações e experimentais que comprovam a eficácia da estratégia de modulação empregada neste trabalho