Inversor meia ponte multinível com transformador pentafásico de alta frequência

Abstract

Este trabalho apresenta uma proposta de inversor multinível com transformador intercelular de alta frequência. Para isso, é realizado o levantamento bibliográfico dos trabalhos desenvolvidos na área de conversores e inversores intercalados multinível. São estudadas as diferentes topologias de transformadores intercelulares, identificando-se as vantagens e as desvantagens do uso sem e com transformador intercelular. Também é abordada a teoria das células de comutação de três e quatro estados. Após a revisão bibliográfica, é apresentada a topologia do inversor proposto que consiste em um inversor meia ponte com transformador intercelular pentafásico, são apresentados os estados topológicos em cada região de operação correspondentes à modulação PWM senoidal, feita a análise em regime permanente do inversor e desenvolvidas as equações matemáticas para o dimensionamento dos dispositivos passivos: cálculo do divisor capacitivo, transformador e filtro LC. O projeto do filtro LC é baseado na máxima ondulação de corrente e tensão em cada região de operação. Com as equações obtidas, é implementado um protótipo experimental de tensão de entrada 100V, tensão de saída eficaz 30V e potência de saída de 150W. Além disso, são apresentados os resultados de simulação que validam o estudo teórico apresentado, tais como regiões de operação, ganho estático, ondulações e esforços nos semicondutores. Os resultados experimentais obtidos em laboratório foram comparados aos resultados de simulação, validando o princípio de funcionamento do inversor proposto. Finalmente, as conclusões do trabalho são apresentadas e proposta de trabalhos futuros são apresentadas.

Abstract: This work presents a proposal for a multilevel inverter with a high frequency intercellular transformer. A bibliographical survey of the works developed in the area of multilevel interleaved converters and inverters is carried out. An analysis of the advantages and disadvantages of the use of interleaved converters and interleaved converters with intercell transformer is made, the different topologies of intercell transformers developed are shown, the theory of three- and four-state switching cells is also addressed. The topology of the proposed inverter is presented, which consists of a half-bridge inverter with five switching arms, the sinusoidal PWM modulation, the topological states in each operating region and the mathematical equations to obtain the static gain equations. After analyzing the inverter in steady state, mathematical equations are developed to calculate the capacitive divider, the design of the LC filter based on the maximum current ripple in each operating region and the mathematical calculation of the intercellular transformer. With the equations obtained, the inverter design and a simulation are made, in the simulation it is possible to observe that the inverter presents the five operating regions, already with the results of the simulation, the implementation of the inverter is made, the different stages in the project such as the implementation of command circuits, transformer sizing, output LC filter sizing and the results obtained in the implementation of the circuit are shown, the prototype operates with an output power of 150W, an input voltage of 100V and a voltage effective output 30V. The results obtained in the laboratory validate the desired operating principle and finally the conclusions of the work are presented.