Análise, projeto e implementação de um inversor PWM monofásico aplicado a UPS utilizando células de comutação suave

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Weber, Marlon
Data de Publicação: 2002
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27077
Resumo: This thesis presents an analysis, design and implementation soft switching inverters for UPS applications. The inverters considered are constituted of soft switching cells, which provide zero voltage switching (ZVS) for the main power semiconductors devices, and zero current switching (ZCS) for the auxiliary semiconductors devices. The auxiliary cells used in this implementation are based on the Auxiliary Resonant Commutated Pole (ARCP) circuit. Theoretical analyses of the main ARCP topologies existent are presented. All the topologies analyzed are implemented having as base the same layout of the power circuit, just the auxiliary circuit being replaced. In this way it has been possible to ensure a fair comparison among them. A generalized design methodology has been developed for the selection of the auxiliary cells components. This design methodology uses design curves, which have been generated from the solution of equations that describe the operation modes of the converters. Among these design curves are: the losses of duty-cycle, elapsing time of the auxiliary pulses, amplitude of the auxiliary sources, and turns ratio of the transformer. These ARCPs have been implemented in a full-bridge inverter, where one of the inverter leg operates at a low frequency (60Hz). As a result, the circuit could be simplified without penalizing the commutation losses. Experimental results are presented in order to validate the analysis carried out.
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spelling 2022-11-23T17:47:33Z2022-11-23T17:47:33Z2002-09-23http://repositorio.ufsm.br/handle/1/27077This thesis presents an analysis, design and implementation soft switching inverters for UPS applications. The inverters considered are constituted of soft switching cells, which provide zero voltage switching (ZVS) for the main power semiconductors devices, and zero current switching (ZCS) for the auxiliary semiconductors devices. The auxiliary cells used in this implementation are based on the Auxiliary Resonant Commutated Pole (ARCP) circuit. Theoretical analyses of the main ARCP topologies existent are presented. All the topologies analyzed are implemented having as base the same layout of the power circuit, just the auxiliary circuit being replaced. In this way it has been possible to ensure a fair comparison among them. A generalized design methodology has been developed for the selection of the auxiliary cells components. This design methodology uses design curves, which have been generated from the solution of equations that describe the operation modes of the converters. Among these design curves are: the losses of duty-cycle, elapsing time of the auxiliary pulses, amplitude of the auxiliary sources, and turns ratio of the transformer. These ARCPs have been implemented in a full-bridge inverter, where one of the inverter leg operates at a low frequency (60Hz). As a result, the circuit could be simplified without penalizing the commutation losses. Experimental results are presented in order to validate the analysis carried out.O presente trabalho apresenta a análise, projeto e a implementação de um inversor PWM monofásico, de alto desempenho, para aplicações em sistemas ininterruptos de energia. O inversor implementado será constituído de células de auxilio a comutação, que propiciam comutação do tipo ZVS dos dispositivos semicondutores principais, e comutação do tipo ZCS dos dispositivos semicondutores auxiliares. As células auxiliares utilizadas nestas implementações são baseadas nas estruturas ARCP (Auxiliary Resonant Commutated Pole). Será feita uma análise teórica e matemática referente as principais topologias ARCP existentes, tendo como critério de escolha, a simplificação de comando. Além disto, todas as topologias analisadas, foram implementadas, tendo como base o mesmo layout da placa de potência, mudando somente as estruturas auxiliares, pois assim, garante-se uma análise comparativa mais eficiente referente às perdas que cada estrutura auxiliar injeta no inversor como um todo. Também foi desenvolvida uma metodologia de projeto generalizada para todas as células auxiliares estudadas, sendo que para isso, contou-se com ábacos de projeto normalizados, gerado segundo o equacionamento obtido para cada estrutura. Estes ábacos descrevem as perdas de razão cíclica, tempo de duração dos pulsos auxiliares, dimensionamento de fontes auxiliares para algumas estruturas e saturação do transformador em outros casos. Com isso, obtêm-se os requisitos mínimos para o desenvolvimento de um projeto que atenda os objetivos buscados com uso de células auxiliares, ou seja, reduzir as perdas nas comutações. Com esta redução, é possível aumentar da freqüência de comutação, diminuir o volume de filtros e dissipadores de calor das chaves de potência, entre outros fatores que contribuem diretamente na eficiência do inversor. Estas estruturas foram implementadas para que operassem em ponte completa, porém, um dos braços do inversor opera em baixa freqüência (60 Hz). Resultados experimentais são apresentados de forma a validar a analise realizada.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESporUniversidade Federal de Santa MariaCentro de TecnologiaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFSMBrasilEngenharia ElétricaAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia elétricaConversoresInversores monofásicosEnergia elétricaComutaçãoComutação suaveCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAAnálise, projeto e implementação de um inversor PWM monofásico aplicado a UPS utilizando células de comutação suaveAnalysis, design and implementation of auxiliary resonant pole PWM inverters for UPS applicationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPinheiro, Humbertohttp://lattes.cnpq.br/5900576762082210Canalli, Vicente MarianoHey, Hélio LeãesPinheiro, José Reneshttp://lattes.cnpq.br/9816480131430680Weber, Marlon3004000000076006006006006006008aab6aac-f16b-4f23-8761-b8462475f02734bd4a63-4709-46ea-ac4e-4a979b5422d72a5c722b-5022-47f3-aff7-ea7dfbc2c7d939849869-3e01-433d-b982-f856ba9b1174df8fdae2-36b4-458e-94a6-1caff86b76cbreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSMCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8805http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27077/2/license_rdf4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81956http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27077/3/license.txt2f0571ecee68693bd5cd3f17c1e075dfMD53ORIGINALDIS_PPGEE_2002_WEBER_MARLON.pdfDIS_PPGEE_2002_WEBER_MARLON.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf2577993http://repositorio.ufsm.br/bitstream/1/27077/1/DIS_PPGEE_2002_WEBER_MARLON.pdf09a029cede26d630e84300008be1cfcfMD511/270772022-11-23 14:47:33.701oai:repositorio.ufsm.br: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 Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2022-11-23T17:47:33Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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