Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents an AC Power Source (ACPS) study contribution through the
proposal, design and implementation of a novel hybrid ACPS topology. In general, the
proposed hybrid topology is defined from the series connection between a Modular Multilevel
Converter (MMC), called main amplifier, and a Linear Power Amplifier (LPA), called
correction amplifier. With this connection, the proposed ACPS enables the output waveform
synthesis with high fidelity when compared to the reference waveform, also with a high
bandwidth. The main contribution of the proposed topology is to allow the simplification of
the main amplifier input stage, since the MMC requires a common DC bus for providing
power to the load. Throughout this study, a linear amplifier DC bus design is presented, since
it influences directly the ACPS performance. Regarding the main amplifier, dynamic models
are presented for the control system design, which will ensure the circulating component
minimization in the MMC poles, as well as ensuring the converter power flow balance by
controlling the sum and subtraction of the capacitor voltages. Additionally, the pole inductors
design considering the current ripple at the switching frequency is also presented. The ACPS
prototype consists of eight half-bridge submodules, triggered by the control system
implemented on a Digital Signal Processor (DSP) and through the selection algorithm
implemented on a Field-Programmable Gate Array (FPGA). Finally, experimental results are
provided in order to guarantee the employed methodology in the main and correction
amplifiers design, through bench test prototype. / Esta Dissertação contribuiu com o estudo de fontes CA de potência (AC Power Source
ACPS), através da proposta, desenvolvimento e implementação de uma nova topologia
híbrida de ACPS. De forma geral, a topologia híbrida proposta é definida a partir da conexão
série entre um Conversor Multinível Modular (Modular Multilevel Converter MMC),
denominado amplificador principal, e um Amplificador Linear de Potência (Linear Power
Amplifier LPA), denominado amplificador de correção. Com esta conexão, a ACPS
proposta sintetiza uma forma de onda de saída com elevada fidelidade em relação à forma de
onda de referência, juntamente com elevada banda-passante. A principal contribuição da
topologia proposta é a possibilidade de simplificação do estágio de entrada do amplificador
principal, uma vez que o MMC requer apenas um barramento CC para o fornecimento de
potência à carga. No decorrer deste trabalho, também é apresentada uma análise para o
projeto do barramento CC do amplificador linear, uma vez que o mesmo influencia
diretamente no rendimento da ACPS. Em relação ao amplificador principal, são apresentados
os modelos dinâmicos para o projeto do sistema de controle, que deve garantir a minimização
da componente circulante dos polos do MMC, bem como garantir o balanço de potência do
conversor através do controle da soma e da subtração das tensões dos capacitores das células.
Adicionalmente, é apresentada uma análise para o projeto dos indutores dos polos em função
da ondulação de corrente na frequência de chaveamento. O protótipo da ACPS é composto
por oito submódulos meia-ponte, acionados através do sistema de controle implementado em
um Processador Digital de Sinais (Digital Signal Processor DSP) e através do algoritmo de
do balanço das tensões implementado em uma FPGA (Field-Programmable Gate Array). A
partir da implementação da ACPS em laboratório, são apresentados os resultados
experimentais com o propósito de comprovar a metodologia empregada no projeto dos
amplificadores principal e de correção, bem como da estratégia de controle.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8545 |
| Date | 30 August 2013 |
| Creators | Silva, Guilherme Sebastião da |
| Contributors | Rech, Cassiano, Pinheiro, José Renes, Beltrame, Rafael Concatto, Novaes, Yales Rômulo de |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 500, 300, 300, 64098d57-ec9e-498c-823c-7d3c3559e353, c7c59455-ed14-4dc5-9d97-fb10718fd6b4, 2283d4af-36e6-453e-be08-ef4fe3214aef, 38fe5ed4-e90f-460e-bc0a-865a36d2d5d5, 2bd35cb3-3a5d-4220-9d51-2ab03c24c7bb |
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