CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Visando superar os desafios inerentes à conversÃo de energia elÃtrica em sistemas de alta potÃncia, minimizando as perdas e melhorando a qualidade da energia processada, este tra-balho tem por objetivo analisar e implementar uma tÃcnica de modulaÃÃo para ser aplicada nas duas topologias de inversores multinÃveis mais disseminadas - com neutro grampeado (NPC), e com capacitor flutuante (FC) - a fim de reduzir os esforÃos nos semicondutores, bem como melhorar o Ãndice de distorÃÃo harmÃnica da tensÃo de saÃda. Ao longo do trabalho foi evidenciada a necessidade da digitalizaÃÃo da tÃcnica proposta, visto que o desenvolvimento analÃgico da mesma acarretaria em um circuito complexo e de baixa confiabilidade. Dessa forma, escolheu-se como plataforma digital um FPGA, devido à sua facilidade de programa-ÃÃo e reconfiguraÃÃo, alÃm da alta velocidade e quantidade de pinos de entrada e saÃda. AlÃm da tÃcnica proposta, foram tambÃm desenvolvidas outras modulaÃÃes para fins de compara-ÃÃo, apresentando os padrÃes de chaveamento para cada uma delas, bem como o comporta-mento da corrente atravÃs dos semicondutores em cada perÃodo de chaveamento. Foi tambÃm realizada a anÃlise teÃrica das topologias e suas respectivas etapas de operaÃÃo, caracterÃsticas e levantamento das equaÃÃes que ditam a anÃlise das perdas para as diferentes situaÃÃes de tÃcnicas aplicadas a cada uma das estruturas. O desenvolvimento digital das tÃcnicas mostrou-se correta atravÃs da anÃlise das formas-de-onda colhidas por meio de um circuito digital-analÃgico. AlÃm disso, a comparaÃÃo da aplicaÃÃo dessas modulaÃÃes em inversores a trÃs nÃveis NPC e FC de 6 kW mostrou-se favorÃvel à tÃcnica proposta em termos de eficiÃncia e reduÃÃo da distorÃÃo harmÃnica em ambas as topologias, comprovando sua utilidade em con-versores multinÃveis de alta potÃncia. Por fim, foi apresentado o desenvolvimento da tÃcnica proposta em inversores com mais de trÃs nÃveis, onde se pode comprovar sua eficiente aplica-ÃÃo para tais fins, bem como sua expansibilidade para inversores de n nÃveis. / In order to overcome the challenge of processing electric energy in high power systems with minimal losses and high energy quality, this work presents the implementation and anal-ysis of a modulation technique applicable on both most well-known multilevel inverter struc-tures - neutral point-clamped (NPC), and flying capacitors (FC) - to reduce the stresses across the semiconductors devices, and to improve the total harmonic distortion of the output volt-age. Throughout the work, the necessity to digitalize the proposed technique has been evi-denced due to the high complexity and low reliability inherent to the analogical approach. Thus, the digital controller FPGA has been chosen, as it is easy to program and reconfigure, works at high speed, and has a lot of input and output pins. Additionally, other modulation techniques were also implemented to compare their performance with the proposed one, pre-senting the switching patterns and the behavior of the electrical currents through the semicon-ductors for each modulation. A theoretical analysis was also performed for both topologies and their respective operation principle, characteristics, and equations used on the losses anal-ysis for the different combinations of modulation applied to each structure. Finally, the digital development of the various techniques has proved to be correct by observing the waveforms obtained through the digital/analogical circuit. Besides, the comparison of the modulation techniques on 6 kW NPC and FC three-level prototype inverters proved to be favorable to the proposed technique in terms of efficiency and total harmonic distortion reduction on both topologies, confirming its usefulness on high power multilevel converters. At last, it was pre-sented the application of the proposed modulation technique to inverters with more than three levels, where it was observed its eligibility for n-levels topologies.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5702 |
| Date | 30 April 2012 |
| Creators | Gustavo Alves de Lima Henn |
| Contributors | Luiz Henrique Silva Colado Barreto |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia ElÃtrica, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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