Sistema de conversão de energia multiníveis CA/CC/CA e CC/CA. - FREITAS, Nayara Brandão de. (2020)
Neste trabalho são propostas, caracterizadas e analisadas novas topologias e técnicas de controle de conversores multiníveis CA/CC/CA e CC/CA aplicados a sistemas de conversão e compensação de energia. São buscadas configurações com: 1) menores distorções harmônicas das tensões geradas; 2) menores perdas nos semicondutores; 3) menor estresse nos componentes; e 4) menor custo, no caso das configurações unidirecionais. Os conversores CA/CC/CA estudados fornecem tensão com baixa distorção harmônica e amplitude e fase constantes a uma carga consumindo uma corrente da rede elétrica senoidal e com alto fator de potência. Esses conversores podem ser utilizados em aplicações similares às que usam UPSs e UPQCs. São estudadas três categorias de conversores CA/CC/CA: 1) monofásicos/monofásicos unidirecionais; 2) monofásicos/monofásicos bidirecionais; e 3) monofásicos/ trifásicos bidirecionais. Dois conversores CA/CC/CA monofásicos/monofásicos unidirecionais são propostos e um deles possui desempenho aproximado e menor custo que o convencional. Dois conversores CA/CC/CA monofásicos/monofásicos bidirecionais são propostos. Ambos podem ser utilizados para mitigar harmônicos e sobretensões na componente fundamental da tensão da rede elétrica. Para obter essa característica, uma configuração utiliza um transformador operando na frequência da rede elétrica, enquanto a outra utiliza uma ponte H. Comparadas às configurações convencionais, as propostas possuem menores perdas por chaveamento e maiores perdas por condução. Dois conversores CA/CC/CA monofásicos/trifásicos bidirecionais para aplicações nas quais as frequências da rede elétrica e da carga são iguais são estudados. Comparados ao conversor convencional e operando com a amplitude da tensão na carga igual a aproximadamente metade da amplitude da tensão da rede elétrica, eles reduzem as tensões e a potência processada pelas chaves, a distorção harmônica total com a mesma frequência de amostragem e as perdas por chaveamento e totais. Para os sistemas CC/CA, são estudados inversores multiníveis monofásicos com transformadores em cascata. A topologia proposta possui dois barramentos CC e dois braços compartilhados. A generalização do conversor e o cálculo dos parâmetros que maximizam o número de níveis gerados são apresentados. Comparado às configurações convencionais, a proposta tem mais níveis por transformador/braço quando as configurações têm o mesmo número de braços/transformadores e possui menores perdas por chaveamento e maiores perdas por condução. As topologias estudadas neste trabalho são comparadas utilizado critérios como quantidade e estresse nos componentes, distorção harmônica das tensões geradas, frequências de chaveamento das chaves e perdas nos semicondutores. Os limites de operação dos conversores são apresentados, bem como os sistemas de controle. Implementações experimentais foram utilizadas para comprovar a teoria apresentada e mostrar a viabilidade dos sistemas.