Avaliação e implementação de técnicas de modulação PWM para aplicação em conversor NPC/PONTE H de cinco níveis

• Autor(a) principal: Matheus Bezerra Eiras da Silva
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/30266
• topic: Conversores multiníveis; PWM; Modulação escalar; modulação vetorial; NPC em ponte H; Conversores; Modulação de duração do pulso

Com o cont´ınuo crescimento industrial, a demanda pela energia el´etrica cresce no mesmo ritmo. Em vista disso, a utiliza¸c˜ao de conversores multin´ıveis de alta potˆencia e m´edia tensa˜o, para atendimento a`s cargas industriais, esta´ cada vez mais presente, em vista das vantagens que os conversores multin´ıveis apresentam. Dentre estas vantagens, pode-se citar a minimiza¸c˜ao da THD das formas de onda de tens˜ao, al´em da minimiza¸c˜ao de efeitos de EMI, (interferˆencia eletromagn´etica). No entanto, mesmo que estejam em alta nas aplica¸c˜oes de m´edia tens˜ao, o controle destes conversores ainda tem se mostrado um desafio: o nu´mero de vari´aveis medidas, vari´aveis de controle e sinais de comando ´e maior em aplica¸c˜oes multin´ıvel, o que tornam os sistemas mais complexos. As t´ecnicas de modula¸c˜ao por largura de pulso, PWM, aplicadas no comando das chaves visam a reduzir impactos como tens˜oes de modo comum, redu¸c˜ao de perdas de chaveamento, minimiza¸c˜ao da THD nos lados da rede e da carga, entre outros problemas. Todos esses paraˆmetros podem impactar na escolha do hardware utilizado para o controle e comando do conversor. Por esse motivo, a escolha correta da t´ecnica de modula¸c˜ao PWM deve ser feita para garantir a opera¸c˜ao adequada do conversor multin´ıvel. Neste trabalho as principais t´ecnicas de modula¸c˜ao por largura de pulso, PWM escalares e vetoriais s˜ao comparadas, sob o ponto de vista destes parˆametros. A topologia escolhida para estudo das t´ecnicas de modula¸c˜ao ´e a topologia NPC em ponte H de cinco n´ıveis trif´asica. Sua escolha se deve ao fato de o conversor apresentar benef´ıcios consider´aveis em rela¸c˜ao `as outras topologias multin´ıveis presentes na literatura - como por exemplo menor dv/dt e THD quando comparado ao conversor NPC de trˆes n´ıveis tradicional, ou a menor complexidade de montagem e simplifica¸c˜ao dos sinais de comando quando comparado ao NPC de cinco n´ıveis. A implementa¸c˜ao e simula¸c˜ao das t´ecnicas de modula¸c˜ao s˜ao realizadas no software Matlab/Simulink, sendo os moduladores avaliados atrav´es dos resultados de simula¸c˜ao obtidos. As simula¸c˜oes permitem concluir que as t´ecnicas de modula¸c˜ao escalar PD-PWM unipolar e SV-PD-PWM unipolar, melhor se adequam `a aplicac¸a˜o de acionamentos el´etricos estudada neste trabalho. O trabalho tamb´em apresenta a s´ıntese matem´atica cl´assica de um modulador vetorial de cinco n´ıveis, discutindo a complexidade matem´atica imposta pela caracter´ıstica do conversor NPC em ponte H de cinco n´ıveis, que apresenta estados redundantes. Por fim, este estudo tamb´em apresenta uma proposta de adaptac¸a˜o do modulador escalar PD-PWM unipolar, visando o balanc¸o das tenso˜es do barramento CC. Uma caracter´ıstica intr´ınseca das topologias multin´ıveis ´e a necessidade de regula¸c˜ao das tens˜oes dos capacitores do barramento, o que justifica a proposta de adapta¸c˜ao do Modulador PD-PWM unipolar na aplica¸c˜ao de acionamentos el´etricos estudada. O modulador adaptado ´e simulado, sendo as formas de onda de tensa˜o e corrente de carga, tensa˜o dos capacitores, CMV e THD apresentados.