Conversor boost de três níveis: operação, modelagem e controle

Autor: Macêdo, Anne Karoline Pontes de
Přispěvatelé: Silva, Edison Roberto Cabral da, Fernandes, Darlan Alexandria
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Universidade Federal da Paraíba (UFPB)
instacron:UFPB
Popis: The multilevel DC-DC voltage step-up converter combines the conventional boost converter with the function of a switched capacitor, producing an output formed by several capacitors in series with self-balanced voltage and the same value. This feature is important for applications both in the case where the power supply of the converter is of low value (automotive sources, renewable energy systems, for example), as in the case where it supplies a multilevel inverter with balance problems in its multiple supply voltages (inverter with clamped diode, NPC, for example). In this work, both the full order and the medium reduced order models are developed for the configuration of a three-level voltage-boosting DC-DC converter, with two self-regulated output voltages of the same value. Through the technique of the switched signal flow diagram, models developed for large and small signals and for steady state are obtained. These diagrams allow the calculation of transfer functions that relate any of the converter variables. The effects of the voltage step-up inductor resistance were taken into account in the converter’s operation and, consequently, in its various transfer functions. In the traditional method, a cascade voltage and current controller is designed from the open-loop converter output transfer function. In contrast, this work combined, in a single signal flow diagram, the DC-DC converter and a controller based on state feedback. This allowed us to obtain a closed-loop transfer function directly from the switched signal flow diagram. The results obtained by simulating the transfer function are in accordance with the projected values and confirm not only the adequacy of the choice of principles considered, but also the good performance of the models developed. For validation purposes, the results were compared with the results obtained through SIMULINK. Due to the possibility of application of the studied converter, it is suggested a way forward for the probable modeling of the combination of a three-level step-up converter with the three-level NPC inverter. Nenhuma O conversor multinível CC-CC elevador de tensão combina o conversor tipo boost convencional com a função de capacitor chaveado, produzindo uma saída formada por vários capacitores em série com tensão autoequilibrada e de mesmo valor. Esta característica é importante para aplicações tanto no caso em que a fonte de alimentação do conversor é de baixo valor (fontes automotivas, sistemas de energia renovável, por exemplo), como no caso em que ele alimenta um inversor multinível com problemas de balanceamento em suas múltiplas tensões de alimentação (inversor com diodo grampeado, NPC, por exemplo). Neste trabalho, são desenvolvidos tanto o modelo de ordem completa como o de ordem reduzida média para a configuração de um conversor CC-CC elevador de tensão de três níveis, com duas tensões de saída autorreguladas e de idêntico valor. Através da técnica do diagrama de fluxo de sinal chaveado são obtidos modelos desenvolvidos para grandes e pequenos sinais e para regime estacionário. Esses diagramas permitem o cálculo das funções de transferência que relacionam quaisquer das variáveis do conversor. Os efeitos da resistência do indutor elevador de tensão foram levados em conta na operação do conversor e, consequentemente, em suas várias funções de transferência. No método tradicional, um controlador de tensão e corrente em cascata é projetado a partir da função de transferência de saída de conversor, em malha aberta. Diferentemente, este trabalho combinou, em um único diagrama de fluxo de sinal, o conversor CC-CC e um controlador baseado em realimentação de estados. Isto permitiu a obtenção de uma função de transferência em malha fechada diretamente a partir do diagrama de fluxo sinal chaveado. Os resultados obtidos por simulação da função de transferência estão de acordo com os valores projetados e confirmam não só a adequação da escolha dos princípios considerados, como também o bom desempenho dos modelos desenvolvidos. Para fins de validação, os resultados foram comparados com os resultados obtidos através do SIMULINK. Devido a possibilidade de aplicação do conversor estudado, é sugerido um encaminhamento para a provável modelagem da combinação de conversor elevador de três níveis com o inversor NPC de três níveis.
Databáze: OpenAIRE
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