análise harmônica de inversores multiníveis...
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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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• 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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INVERSORES ASSIMÉTRICOS MEIA PONTE CONECTADOS EM SÉRIE
max 1 2CC CCV V V
2
1
CC
CC
V
V
(1)
(2)
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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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• 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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• 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
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• VCC2 é fixo:
Diminuição de custo e complexidade;
Perde-se grau de liberdade;
EXEMPLOS DE PROJETO - CASO 2
1.
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CC
a
CV
m
1, cos 4 4 1
8a a
m a m
= 132,9 V
ma = 1,17
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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
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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