Análise Harmônica de Inversores Multiníveis Assimétricos ... - UFSM

Análise Harmônica de Inversores
Multiníveis Assimétricos com Variação
das Fontes de Tensão
Autores:
Hueslei Hoppen, Eng.
José Renes Pinheiro, Dr.
Cassiano Rech, Dr.

• Introdução
• Inversores Assimétricos Meia Ponte Conectados em Série
• Análise Harmônica
• Exemplos de Projeto
– Caso 1: V CC1 e V CC2 Variáveis
– Caso 2: V CC1 Variável e V CC2 Fixa
– Caso 3: V CC1 e V CC2 Fixas
• Considerações Finais
ESCOPO
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INTRODUÇÃO
• Necessidade da elevação de potência e, portanto, da tensão em
equipamentos para as mais diversas aplicações industriais novos
conversores tem sido desenvolvidos;
• Alternativas estudadas nos últimos anos são os inversores multiníveis;
• Possibilitam a geração de tensões de saída elevadas e com baixa
distorção harmônica;
• Pode-se dividir em três grandes grupos:
– Inversor com ponto neutro grampeado por diodos (Baker, 1980;
Nabae et al., 1981);
– Inversor com capacitores de grampeamento (Meynard e Foch,
1992);
– Inversor com fontes isoladas conectados em cascata (Baker e
Bannister, 1975; Rodríguez et al., 2002)
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• Inversores multiníveis híbridos:
INTRODUÇÃO
– Podem apresentar tensão, estratégias de modução, topologias e/ou
tecnologias de semicondutores diferentes (Rech e Pinheiro 2007);
• Tensões distintas:
– Possibilita um maior número de níveis de tensão de saída;
• Binária Fontes multiplas de dois entre si;
• Trinária Fontes multiplas de três entre si;
• Fontes com relações não inteiras entre si;
Mais utilizadas
Qual a melhor relação entre as fontes para THD
mínima????
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INVERSORES ASSIMÉTRICOS MEIA PONTE
CONECTADOS EM SÉRIE
V V V
max CC 1 CC 2
V
V
CC 2
CC1
(2)
(1)
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Sendo que, a partir de (1) e (2):
V
CC 2
. V
1
max
ANÁLISE HARMÔNICA
A partir da série de Fourier da tensão de saída:
4
C V V
max
(3) VCC1
(4)
1 C C 2 C C 1
Sabendo que:
C m V
1 a max
(6)
Substituindo (3)-(5) em (6):
1
, m a cos 4 4 m 1
a a
8
V
1
( ) 2 cos 1
4
C V V ( ) 2 cos n.
1
n C C 2 C C 1
n.
(5)
1
2
TH D , m C , m 100
a n a
C , m 1 a n 3,5 ,7...
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Logo, para uma THD mínima:
ANÁLISE HARMÔNICA
= 2,07 m a = 1,12
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EXEMPLOS DE PROJETO
• Análise de três configurações:
– CASO 1 V CC1 e V CC2 variáveis;
– CASO 2 V CC1 variável e V CC2 fixo;
– CASO 3 V CC2 = 2V CC1 (configuração binária);
• Valor nominal da componente fundamental (C 1) = 311 V
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1
• Utilizando as equações (4)-(6), temos:
V CC1 = 90,45 V
V CC2 = 187,23 V
Considerando uma variação de
40% - 100% da fundamental:
ΔV CC1 = 58 V
ΔV CC2 = 120 V
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1
• Resultados Experimentais:
– Fundamental de 60%
THD = 21%
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1
• Resultados Experimentais:
– Fundamental 100%
THD = 21%
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2
• V CC2 é fixo:
V
CC 2
Diminuição de custo e complexidade;
Perde-se grau de liberdade;
m a = 1,17
m
a
C
1.
1
= 132,9 V
1
, m a cos 4 4 m 1
a a
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m
a
EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2
C
1.
132, 9 1
1
, m a cos 4 4 m
1
a a
8
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2
• Resultados Experimentais:
– Fundamental de 60%
THD = 28%
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2
• Resultados Experimentais:
– Fundamental de 100%
THD = 29%
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3
• Somente o valor de varia;
• (Binário);
m a = 1,12
V CC1 = 92,56 V
V CC2 = 185,12 V
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3
• Resultados Experimentais:
– Fundamental de 60%
THD = 48%
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EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3
• Resultados Experimentais:
– Fundamental de 100%
THD = 21,6%
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• Análise Comparativa
EXEMPLOS DE PROJETO
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
• Breve revisão sobre inversores multiníveis;
• Foi apresentada a topologia de inversor multinível 4 níveis;
• Encontrado o par ( ,m a) THD MÍNIMA
• Exemplos de projetos:
= 2,07 m a = 1,12
– Caso 1: V CC1 e V CC2 variáveis
• e m a fixos;
• Modulação em amplitude;
• THD = 21% para toda faixa de operação;
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
– Caso 2: V CC1 variável e V CC2 fixo
• V CC2 = 132,9V;
• Menor complexidade nas fontes de entrada;
• Inviabilidade de uma mínima THD global (toda faixa de
operaçao);
– Caso 3: V CC1 e V CC2 fixo
• Binário V CC2 = 2V CC1
• THD próxima a 21% para o ponto nominal;
• Elevação daTHD em até 30% para alguns pontos de
operação;
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AGRADECIMENTOS
Contato: hueslei.hoppen@gmail.com
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