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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Conversor modular multiníveis para usinas solares fotovoltaicas: projeto da célula de potência c.c./c.a. baseada no transformador eletrônico
Authors: Andre Augusto Rodrigues. F. E. Cardoso
First Advisor: Braz de Jesus Cardoso Filho
First Referee: Igor Amariz Pires
Second Referee: Sidelmo Magalhaes Silva
Third Referee: Porfirio Cabaleiro Cortizo
Abstract: Este trabalho apresenta o projeto de um conversor c.c./c.a. monofásico isolado a alta frequência, baseado no Transformador Eletrônico. Esse conversor consiste na célula de potência de um conversor trifásico multiníveis c.c./c.a. para aplicação em usina solar fotovoltaica, que foi proposto num trabalho anterior relativo ao mesmo projeto de pesquisa.Inicialmente a célula de potência é caracterizada em sua topologia e funções. Em seguida é apresentado o projeto de um protótipo em escala laboratorial da célula de potência. Dentre os objetivos da prototipagem do conversor estão a realização da célula de potência em um volume reduzido, com um fator de forma modular que viabilizasse a demonstração do conceito de disponibilidade estendida do conversor; a demonstração da capacidade de redução das dimensões do transformador necessário, por meio da isolação galvânica feita em altafrequência utilizando dispositivos de carbeto de silício, em relação aos transformadores convencionais de baixa frequência; portanto, medidas tomadas em todas as etapas do projeto visaram obter um volume reduzido para o conversor. Diversos cuidados, em distintas etapasdo projeto, buscaram minimizar as indutâncias parasitas nas conexões entre os dispositivos semicondutores e os barramentos c.c., devido à alta frequência em aplicação de potência. A análise do Dual Active Bridge, empregado no elo c.a. do conversor, e a otimização teóricoanalítica feita resultaram na definição do ponto de operação ótimo daquele, com menor estresse térmico, fator de potência de deslocamento unitário no transformador e um fator de potência verdadeiro praticamente unitário. A resultante proposta para a operação do DAB, que tornou possível a operação com uma baixa indutância de acoplamento entre as pontes, permitiu a minimização do valor de corrente do transformador, reduzindo as perdas joulicas nos enrolamentos, visando a redução em volume do transformador de alta frequência a ser projetado para a aplicação.
Abstract: This work presents the design of a DC/AC single-phase converter with high-frequency isolation, based on Solid-State Transformers. This converter constitutes the power-cell of a three-phase DC/AC Modular Multilevel Converter for large-scale photovoltaic solar powerplants,which was proposed in a previous work on the same research project. Initially the power cell is characterized in its topology and functions. Then the design of a downscaled prototype of the power-cell is displayed. Some goals for the converter prototyping are: to demonstrate the size reduction of the required transformer over conventional low-frequencytransformer found in power-plants, by means of performing the galvanic isolation at highfrequency using silicon carbide devices; to layout a power-cell with small volume and a modular form-factor in order to enable the demonstration of the concept of increased availability. Therefore, much effort was made aiming to obtain a reduced volume for the converter. Throughout the project, it was sought to minimize the parasitic inductances of the connections between the semiconductor devices and the DC-link, due to high-frequency nature of this power application. Analysis of Dual Active Bridge employed in the AC linkresulted in the definition of the operating point for displacement power factor and a very high true power factor in the transformer, which allowed a further reduction in high-frequency transformer, due to lower thermal stress and minimization of the coupling inductance.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A9CGM8
Issue Date: 30-Mar-2016
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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