Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Quando um conversor opera com uma larga diferenÃa entre os nÃveis de tensÃo de entrada e de saÃda, normalmente à possÃvel identificar uma reduÃÃo significante no seu desempenho. A razÃo disto à o aumento da quantidade de energia processada, que primeiramente precisa ser armazenada em um elemento passivo (indutor), antes de ser entregue à carga. à possÃvel dizer que quÃo maior for a quantidade dessa energia âindiretaâ, menor serà a eficiÃncia do sistema. Tal situaÃÃo à especialmente crÃtica para inversores e retificadores com correÃÃo de fator de potÃncia (PFC), visto que a razÃo cÃclica dos interruptores abrange praticamente todos os possÃveis valores. Em casos em que a diferenÃa entre o valor de pico da tensÃo CA e o valor mÃdio da tensÃo CC à grande, o Ãndice de modulaÃÃo à desviado consideravelmente de 1 e, consequentemente, maiores perdas sÃo esperadas. Para lidar com tal situaÃÃo, à proposto um retificador com caracterÃstica abaixadora e elevadora utilizando uma funÃÃo chamada de bypass. Esta funÃÃo permite que o retificador escolha entre os dois barramentos o que melhor se adapta ao nÃvel de saÃda desejado em funÃÃo do ponto de operaÃÃo da tensÃo senoidal de entrada, maximizando a eficiÃncia. Algumas das vantagens esperadas com a utilizaÃÃo da funÃÃo bypass sÃo: reduÃÃo das perdas totais por meio da operaÃÃo parcial com estÃgio Ãnico; maior nÃmero de nÃveis de tensÃo, reduzindo a corrente de modo comum e o volume do filtro de entrada, alÃm de resultar em menores esforÃos de tensÃo sobre os semicondutores; e, finalmente, reduÃÃo de perdas adicionais e no tamanho do sistema, visto que o conversor Buck de saÃda à projetado para apenas uma fraÃÃo da potÃncia total. Em adiÃÃo, sÃo apresentadas possÃveis configuraÃÃes de conversores de potÃncia para o carregamento de baterias de veÃculos elÃtricos. Topologias de retificadores trifÃsicos com PFC com corrente de entrada senoidal e tensÃo de saÃda controlada sÃo analisadas e propostas, e suas funcionalidades e caracterÃsticas bÃsicas descritas brevemente. FÃrmulas analÃticas para o cÃlculo dos esforÃos de tensÃo e corrente sobre os semicondutores de potÃncia sÃo fornecidas. A fim de avaliar comparativamente o desempenho das topologias selecionadas, fatores adimensionais de referÃncia sÃo definidos com base nos esforÃos elÃtricos sobre os semicondutores e no volume dos indutores. As caracterÃsticas do sistema proposto, incluindo princÃpio de operaÃÃo, estratÃgia de modulaÃÃo, equaÃÃes de dimensionamento e cÃlculos de perdas e eficiÃncia, sÃo descritas em detalhes. Finalmente, a viabilidade do conceito de bypass à demonstrada por meio de resultados experimentais obtidos a partir de um protÃtipo de 22 kW. / When operating with large differences between input and output voltage levels, it is normally possible to identify a significant reduction on the performance of practically all topologies in regard of conversion efficiency. Reason for this is the increasing amount of processed energy that needs to be firstly stored in a passive element (inductor) before reaching the load. It is therefore possible to say that the higher the amount of such âindirectâ energy is; the lower will be the converter efficiency. Such situation is especially critical when considering the operation of inverters or controlled rectifiers with power factor correction (PFC) because the converter sweeps practically all the possible values of duty cycle. In the case the difference between peak AC value and DC value is large; the modulation index will strongly deviate from 1. Consequently, even higher amount of losses are expected. In order to deal with the above referred drawbacks, it is proposed a 5-level three-phase PFC rectifier with an innovative approach, named bypass concept. This function allows the converter to switch between one of the available DC-links that best matches the required output levels depending on the operating point of the sinus wave, thus maximizing the efficiency. Furthermore, the referred bypass function enables direct access to the required lower voltage level by the load, reducing significantly the amount of losses. The 5-level operation allows the voltage steps to be lower than those found in three and two-level topologies, from where lower harmonic contents, reduction of common mode current and EMI are observed. Finally, the output DC-DC converters are designed for only a fraction of the nominal power, having a rather reduced impact on additional losses and also on the converter size. In addition, possible power electronics configurations for charging of EVs are presented. Suitable three-phase PFC rectifier topologies with sinusoidal input currents and controlled output voltage are analyzed and proposed, and their functionality and basic characteristics briefly described. Analytical formulas for calculating the current stresses on the power semiconductors are provided, and in order to evaluate comparatively the performance of selected topologies, dimensionless benchmark factors are derived concerning the semiconductor stresses and the volume of the main inductive components. The characteristics of the proposed system, including the principle of operation, modulation strategy, dimensioning equations and calculated losses and efficiency, are described in detail. Finally, the feasibility of the bypass concept is demonstrated by means of experimental results obtained from a 22 kW hardware prototype.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:7008 |
| Date | 28 May 2013 |
| Creators | Eduardo FaÃanha de Oliveira |
| Contributors | Demercil de Souza Oliveira JÃnior |
| 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/masterThesis |
| 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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