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

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Análise Harmônica de Inversores Multiníveis Assimétricos com Variação

das Fontes de Tensão

Autores:

Hueslei Hoppen, Eng.

José Renes Pinheiro, Dr.

Cassiano Rech, Dr.

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• Introdução

• Inversores Assimétricos Meia Ponte Conectados em Série

• Análise Harmônica

• Exemplos de Projeto– Caso 1: VCC1 e VCC2 Variáveis

– Caso 2: VCC1 Variável e VCC2 Fixa– Caso 3: VCC1 e VCC2 Fixas

• Considerações Finais

ESCOPO

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3

• 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)

INTRODUÇÃO

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INTRODUÇÃO

Mais utilizadas

Qual a melhor relação entre as fontes para THD

mínima????

• Inversores multiníveis híbridos:

– 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;

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5

INVERSORES ASSIMÉTRICOS MEIA PONTE CONECTADOS EM SÉRIE

max 1 2CC CCV V V

2

1

CC

CC

V

V

(1)

(2)

1/5

6

A partir da série de Fourier da tensão de saída:

ANÁLISE HARMÔNICA

1 2 1

4( ) 2 cos 1

CC CCC V V

max

11

CC

VVmax

2

.

1CC

VV

1 maxaC m V

1, cos 4 4 1

8a a

m a m

2

3,5 ,7...1

1, , 100

,a n a

na

THD m C mC m2 1

4( ) 2 cos . 1

.n CC CC

C V V nn

Sendo que, a partir de (1) e (2):

(5)

Sabendo que:

(3) (4)

(6)

Substituindo (3)-(5) em (6):

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7

ANÁLISE HARMÔNICA

Logo, para uma THD mínima:

= 2,07 ma = 1,12

1/5

8

• Análise de três configurações:

– CASO 1 VCC 1 e VCC 2 variáveis;

– CASO 2 VCC1 variável e VCC2 fixo;

– CASO 3 VCC 2 = 2VCC 1 (configuração binária);

• Valor nominal da componente fundamental (C1) = 311 V

EXEMPLOS DE PROJETO

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9

• Utilizando as equações (4)-(6), temos:

VCC 1 = 90,45 V

VCC 2 = 187,23 V

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1

Considerando uma variação de

40% - 100% da fundamental:

ΔVCC 1 = 58 V

ΔVCC 2 = 120 V

1/5

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• Resultados Experimentais:

– Fundamental de 60%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1

THD = 21%

1/5

11

• Resultados Experimentais:

– Fundamental 100%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 1

THD = 21%

1/5

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• VCC2 é fixo:

Diminuição de custo e complexidade;

Perde-se grau de liberdade;

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2

1.

21

CC

a

CV

m

1, cos 4 4 1

8a a

m a m

= 132,9 V

ma = 1,17

1/5

13

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2

1.

132, 9 1a

Cm

1, cos 4 4 1

8a a

m a m

1/5

14

• Resultados Experimentais:

– Fundamental de 60%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2

THD = 28%

1/5

15

• Resultados Experimentais:

– Fundamental de 100%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2

THD = 29%

1/5

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• Somente o valor de varia;

• (Binário);

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3

ma = 1,12

VCC1 = 92,56 V

VCC2 = 185,12 V

1/5

17

• Resultados Experimentais:

– Fundamental de 60%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3

THD = 48%

1/5

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• Resultados Experimentais:

– Fundamental de 100%

EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 3

THD = 21,6%

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• Análise Comparativa

EXEMPLOS DE PROJETO

1/5

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• Breve revisão sobre inversores multiníveis;

• Foi apresentada a topologia de inversor multinível 4 níveis;

• Encontrado o par ( ,ma) THD MÍNIMA

= 2,07 ma = 1,12

• Exemplos de projetos:

– Caso 1: VCC 1 e VCC 2 variáveis

• e ma fixos;

• Modulação em amplitude;

• THD = 21% para toda faixa de operação;

CONSIDERAÇÕES FINAIS

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– Caso 2: VCC 1 variável e VCC 2 fixo

• VCC2 = 132,9V;

• Menor complexidade nas fontes de entrada;

• Inviabilidade de uma mínima THD global (toda faixa de operaçao);

– Caso 3: VCC 1 e VCC2 fixo

• Binário VCC 2 = 2VCC1

• THD próxima a 21% para o ponto nominal;

• Elevação daTHD em até 30% para alguns pontos de operação;

CONSIDERAÇÕES FINAIS

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Contato: [email protected]

AGRADECIMENTOS