Desenvolvimento de ferramentas computacionais para a análise de perdas em conversores estáticos: aplicação ao cálculo de rendimento de UPSs trifásicas de dupla conversão

• Autor(a) principal: Anna Paula Leite Cota
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-ADSKUA
• topic: Cálculo de Perdas; Carbeto de silício; UPS; Conversores estáticos; Calorímetro; Engenharia elétrica

As UPSs (Uninterruptible Power Supplies) de dupla conversão são equipamentos que proveem a alimentação segura e sustentada de subsistemas com missão crítica, em que os distúrbios oua interrupção no suprimento podem levar a perdas e danos. Esta dissertação objetiva comparar os rendimentos globais de UPSs trifásicas de dupla conversão nas topologias de dois níveis,com componentes de silício e de carbeto de silício (SiC) e de três níveis em arranjos NPC1 (Neutral-Point Clamped) e NPC2, com dispositivos de silício. A metodologia adotada se baseia na comparação de 80 projetos de UPSs de dupla conversão, com distintas especificações de tensão no barramento c.c., frequência de chaveamento e potência nominal. Para tanto, ferramentas de software com interface gráfica foram implementadas em MATLAB para estimar as perdas nos semicondutores e nos indutores dos filtros LCL de entrada e LC de saída da UPS. As simulações das UPSs foram conduzidas no ambiente MATLAB/Simulink e incluem o controle dos estágios inversor e retificador. Para fins de validação experimental das estimativas teóricas de perdas, um protótipo de um conversor buck de 5; 5 kW foi construído e a potência dissipada neste circuito foi medida via wattímetro digital. Em seguida, um protótipo simples e de baixo custo de um calorímetro indireto série foi desenvolvido, para que as incertezas associadas às leituras de perdas fossem reduzidas. Os resultados de simulação indicam que a topologia NPC1 exibe maior rendimento global dentre as UPSs com componentes de silício, para a maior parte dos projetos deUPS avaliados. Ademais, as UPSs com SiC superam o desempenho da maioria das variações de silício em análise, o que acena para a viabilidade dos componentes de SiC para estas aplicações.Os resultados experimentais apontam para a concordância entre as estimativas de perdas e as medições via wattímetro. A efetividade do protótipo de calorímetro indireto série para a medição de perdas é demonstrada em ensaios com resistores de potência. Por fim, as técnicas propostas para a avaliação teórica de perdas podem ser estendidas para qualquer conversor estático e podem orientar o projeto de equipamentos mais eficientes e com maior densidade de potência.