Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-19T04:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2017 / Este trabalho propõe uma família de retificadores boost unidirecionais com alto ganho, esforços de tensão reduzidos nos interruptores e correção de fator de potência. Os conversores propostos baseiam-se na integração entre retificadores boost convencionais e uma célula multiplicadora de tensão tipo ladder a capacitor chaveado. O alto ganho em tensão com esforços de tensão reduzidos sobre os interruptores permite o uso de interruptores mais rápidos e de menor custo. Além disto, a célula de capacitor chaveado é modular e permite cascateamento de seus módulos para aumentar o ganho, e isto permite generalizar o ganho das estruturas em função do número de células usadas. O retificador boost híbrido é apresentado com o indutor no lado CA e, ao alterar a célula de comutação do retificador híbrido, duas novas estruturas bridgeless são geradas. As estruturas propostas podem utilizar as estratégias de controle clássico dos retificadores boost convencionais para obter fator de potência próximo à unidade e tensão de saída controlada. A divisão de tensão na célula de capacitor chaveado ocorre naturalmente e, desta forma, não são necessárias estratégias extras de modulação ou malhas adicionais de controle para tal. Além disto, a tensão nos interruptores é igual à tensão sobre os capacitores, que é uma fração da tensão de saída em função do número de células cascateadas. O trabalho apresenta as análises estática e dinâmica, tanto da célula de capacitor chaveado, quanto das estruturas. A análise da célula individual é usada para o seu dimensionamento, estimação das perdas e para verificar a influência dinâmica da célula no sistema. Por fim, é proposto um modelo dinâmico de ordem reduzida (segunda ordem) das estruturas originais de quarta ordem. Serão apresentadas validações por simulação e experimental das estruturas propostas para a seguinte especificação: 1 kW, 220 V CA de entrada e 800 V CC de saída e frequência de comutação de 100 kHz. Valores de rendimento em torno de 97 % foram obtidos nas estruturas bridgeless. / Abstract: This work proposes a family of bridgeless boost unidirectional rectifiers with high voltage gain, reduced voltage stress on the switches and power factor correction. The proposed converters are based in the integration between the conventional boost rectifier and a ladder switched capacitor voltage multiplier cell. The high voltage gain with reduced voltage stress on the components makes it possible to use faster and low-cost components. Also, the switched capacitor cells are modular and their modules can be stacked to increase the gain, and this allows the generalization of the structures' gain in function of the number of stacked cells. The hybrid boost rectifier is presented with the inductor at the AC side and, by modifying the switching cell of the hybrid rectifier, two novel bridgeless structures are generated. The proposed structures may controlled by the conventional boost rectifiers classic control strategy in order to obtain near unit power factor and regulated output voltage. The voltage self-balance in the switched capacitor cell occurs naturally, therefore no extra modulation technique or additional control loops are necessary. Also, the voltage stress on the switches are the voltage on the capacitors, which is a fraction of the output voltage in function of the number of stacked cells. The work presents the steady state and dynamic analysis of the structures and the switched capacitor cell. The individual analysis of the switched capacitor cell is used for its design, power loss estimation and to verify the dynamic influence of the switched capacitor cell in the entire system. Finally, a reduced order (second order) model of the fourth order original structures. Theoretical analysis, simulation and experimental validations of the proposed structures will be presented for the following specifications: 1 kW, 220 V AC input, 800 V DC output and 100 kHz switching frequency. Near 97% efficiency values were obtained in the bridgeless structure.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/179645 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Dias, Julio Cesar |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Lazzarin, Telles Brunelli |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 136 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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