Desing a five-level switched capacitor active neutral point clamped converter
| Autor: | Castiblanco, Wilmar Armando Pineda |
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| Přispěvatelé: | Rech, Cassiano, Carnielutti, Fernanda de Morais, Heldwein, Marcelo Lobo, Dalla Costa, Marco Antônio, Lazzarin, Telles Brunelli |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2022 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UFSM Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) instacron:UFSM |
| Popis: | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS This work aims to propose a five-level converter topology. The proposed converter uses the switched capacitor concept with an active neutral point clamped structure, with one floating capacitor per phase and only one dc-link, even in three-phase systems. When operated as an inverter, the proposed converter synthesizes similar output voltages compared to traditional five-level inverters, but with a reduction of the input dc-link voltage at half. Some benefits can be highlighted, such as: reduction of voltage especification in the semiconductors and capacitors and, consequently, minimization of the total standing voltage of the circuit. In order to facilitate the floating capacitor voltage control, a modulation strategy based on the switched capacitor principle is also explored. Thus, voltage regulation occurs automatically without any control strategies and/or the use of additional circuits and sensors. However, although the complexity of the voltage balance is reduced, it increases the currents stress in the components, usual in switched capacitor based circuits, so a current analysis is introduced. Additionally, the proposed converter is operated as a unidirectional rectifier. In this case, the number of active semiconductors and associated drive circuits can be reduced by half. The modulation strategy also allows the automatic voltage balance in the floating capacitors, which simplifies the operation of the system connected to the three-phase grid. Simulation and experimental results are included to show the functionality of the proposed converter. Este trabalho propõe uma topologia de conversor capaz de sintetizar cinco níveis de tensão. O conversor proposto incorpora o conceito de capacitor chaveado em uma estrutura com grampeamento ativo do ponto neutro, com um capacitor flutuante por fase e um único barramento CC, mesmo em sistemas trifásicos. Quando operado como inversor, o conversor proposto sintetiza tensões de saída com especificações similares se comparado com inversores cinco níveis tradicionais, porém com redução da tensão de entrada CC pela metade. Essa redução de tensão traz alguns benefícios, como por exemplo: redução dos esforços de tensão nos semicondutores e capacitores da estrutura e, consequentemente, minimização da tensão de bloqueio total do circuito. De modo a facilitar o controle de tensão nos capacitores flutuantes, uma estratégia de modulação baseada no princípio do capacitor chaveado é também explorada. Com isso, a regulação de tensão ocorre de modo automático sem estratégias de controle e/ou uso de circuitos e sensores adicionais. A regulação de tensão, embora mais simples, causa elevação das correntes nos componentes da estrutura, inerente de circuitos que empregam a técnica de capacitor chaveado, de modo que uma análise das correntes é introduzida. Adicionalmente, o conversor proposto também é analisado para operação como retificador unidirecional. Neste caso, o número de semicondutores ativos e circuitos de acionamento associados podem ser reduzidos pela metade. A estratégia de modulação também possibilita a regulação automática das tensões nos capacitores flutuantes, o que contribui a simplificar a operação do sistema conectado a rede trifásica. Resultados de simulação e experimentais são incluídos para mostrar a funcionalidade do conversor proposto. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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