Estudo e implementação de um inversor multinível monofásico controlado por FPGA para aplicações de ensino e pesquisa

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coelho, Carolina Antunes
Data de Publicação: 2016
Outros Autores: Fernandes, Leonardo Göbel
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8211
Resumo: Este trabalho apresenta o estudo sobre as principais topologias de conversores multiníveis de tensão e estratégias de modulações PWM (Pulse-Width Modulation) para o desenvolvimento de um inversor multinível ponte H em cascata (Cascaded HBridge - CHB) com até cinco níveis de tensão, controlado por dispositivo de lógica reconfigurável FPGA (Field Programmable Gate Array). O modelo do inversor foi implementado e simulado no ambiente Simulink do Matlab para sintetizar uma onda multinível com frequência de saída de 60 Hz a partir da frequência de chaveamento de 2,4 kHz. O código do FPGA foi escrito com o software Quartus II para os índices de modulação de amplitude 0,99, 0,8, 0,6, 0,4 e 0,2, sendo validado com o simulador ModelSim Altera. O kit de desenvolvimento DE0-Nano com um FPGA Altera Cyclone IV foi utilizado para verificação dos sinais de controle digitais PWM aplicados na placa protótipo de potência com oito MOSFETs, confeccionada durante o trabalho. Os resultados simulados e experimentais dos sinais PWM para os diferentes índices de modulação de amplitude, cargas e filtros de saída, com análise das distorções totais harmônicas (Total Harmonic Distorcion - THD), são apresentados e corroboram que o presente trabalho acrescenta ao ambiente acadêmico uma metodologia simples, compacta e didática para estudo e pesquisa de inversores multiníveis com potência de até 350 W.
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spelling 2020-11-11T14:01:55Z2020-11-11T14:01:55Z2016-06-16COELHO, Carolina Antunes; FERNANDES, Leonardo Göbel. Estudo e implementação de um inversor multinível monofásico controlado por FPGA para aplicações de ensino e pesquisa. 2016. 148 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia de Controle e Automação) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2016.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/8211Este trabalho apresenta o estudo sobre as principais topologias de conversores multiníveis de tensão e estratégias de modulações PWM (Pulse-Width Modulation) para o desenvolvimento de um inversor multinível ponte H em cascata (Cascaded HBridge - CHB) com até cinco níveis de tensão, controlado por dispositivo de lógica reconfigurável FPGA (Field Programmable Gate Array). O modelo do inversor foi implementado e simulado no ambiente Simulink do Matlab para sintetizar uma onda multinível com frequência de saída de 60 Hz a partir da frequência de chaveamento de 2,4 kHz. O código do FPGA foi escrito com o software Quartus II para os índices de modulação de amplitude 0,99, 0,8, 0,6, 0,4 e 0,2, sendo validado com o simulador ModelSim Altera. O kit de desenvolvimento DE0-Nano com um FPGA Altera Cyclone IV foi utilizado para verificação dos sinais de controle digitais PWM aplicados na placa protótipo de potência com oito MOSFETs, confeccionada durante o trabalho. Os resultados simulados e experimentais dos sinais PWM para os diferentes índices de modulação de amplitude, cargas e filtros de saída, com análise das distorções totais harmônicas (Total Harmonic Distorcion - THD), são apresentados e corroboram que o presente trabalho acrescenta ao ambiente acadêmico uma metodologia simples, compacta e didática para estudo e pesquisa de inversores multiníveis com potência de até 350 W.In this work is shown a study about the main topologies of multilevel voltage inverters and of different PWM (Pulse Width Modulation) modulation strategies for developing a cascaded H-bridge (CHB) multilevel inverter with up to five voltage levels, controlled by reconfigurable logic device FPGA (Field Programmable Gate Array). The inverter model was implemented and simulated in the Matlab Simulink to synthesize a multilevel waveform with output frequency of 60 Hz from the 2.4 kHz switching frequency. The code of the FPGA was written using the software Quartus II for the amplitude modulations rates: 0.99, 0.8, 0.6, 0.4, and 0.2, and they were all validated with the Altera ModelSim simulator. The DE0 Nano-development kit with FPGA Altera Cyclone IV was used to verify the digital PWM control signals applied to the prototype power board with eight MOSFETs. The simulated and experimental results of the PWM signals to the different levels of amplitude modulation, loads and output filters, with analysis of total harmonic distortion (THD), are presented and corroborates that this study adds to the academic environment one simple, compact and didactic methodology for study and research multilevel inverters with power up to 350 W.porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaGraduação em Engenharia de Controle e AutomaçãoUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::CONVERSAO E RETIFICACAO DA ENERGIA ELETRICAEletrônica de potênciaAutomaçãoConversores de corrente elétricaArranjos de lógica programável em campoModulação de duração de pulsoEngenharia elétricaPower electronicsAutomationElectric current convertersField programmable gate arraysPulse-duration modulationElectric engineeringEstudo e implementação de um inversor multinível monofásico controlado por FPGA para aplicações de ensino e pesquisaA study and implementation of a singlephase multilevel inverter controlled by a FPGA for education and research applicationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisCuritibaAssef, Amauri AmorinAssef, Amauri AmorinRomaneli, Eduardo Félix RibeiroGules, RogerCoelho, Carolina AntunesFernandes, Leonardo Göbelinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRLICENSElicense.txttext/plain1290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8211/1/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD51ORIGINALCT_COEAU_2016_1_4.pdfapplication/pdf6076017http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8211/2/CT_COEAU_2016_1_4.pdf51d4c3769850e2de0a498395131d336eMD52TEXTCT_COEAU_2016_1_4.pdf.txtExtracted texttext/plain188254http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8211/3/CT_COEAU_2016_1_4.pdf.txt0311254ffc02881d6e72ed65a5e3124bMD53THUMBNAILCT_COEAU_2016_1_4.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1369http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/8211/4/CT_COEAU_2016_1_4.pdf.jpgeaea0d8a481e42ee96feb307dee459eeMD541/82112020-11-11 12:01:55.46oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2020-11-11T14:01:55Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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