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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26103| Título: | Modulação por largura de pulso para conversor current-fed dual active bridge operando em modo de condução descontínua para carregadores de bateria |
| Título(s) alternativo(s): | Pulse width modulation for current-fed dual active bridge operating in discontinuous conduction mode for battery chargers |
| Autor(es): | Felipe, Carla Aparecida |
| Orientador(es): | Cardoso, Rafael |
| Palavras-chave: | Conversores de corrente elétrica Filtros elétricos Condução elétrica Modulação de pulso (Eletrônica) Armazenamento de energia Electric current converters Electric filters Electric driving Pulse modulation (Electronics) Energy storage |
| Data do documento: | 22-Jun-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | FELIPE, Carla Aparecida. Modulação por largura de pulso para conversor current-fed dual active bridge operando em modo de condução descontínua para carregadores de bateria. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2021. |
| Resumo: | Em meio ao crescimento significativo das fontes de energia renováveis e a necessidade de uma estrutura energética eficiente e interconectada, a geração distribuída vem se desenvolvendo e proporcionando que o usuário deixe de ser apenas o consumidor final. Uma das alternativas para produzir a própria energia é a microgeração por fonte solar fotovoltaica. Neste tipo de geração a potência é gerada de forma intermitente e uma solução aplicável são sistemas de armazenamento de energia por baterias. Sistemas de armazenamento de energia em baixa tensão possuem padrões de 12 V/ 24 V/ 48 V, enquanto que os barramentos CC utilizados para a interface com a rede elétrica possuem tensão elevada entre 350 V e 450 V. Assim, para realizar a interface entre baterias e barramento CC é essencial a utilização o conversores CC-CC bidirecionais de alto ganho que proporcionem o processo de carga e descarga de forma controlavel e forneçam uma tensão de saída dentro das especificações. Dentre as topologias de conversores, os conversores alimentados em corrente em ponte completa isolados (CF-DAB) apresentam vantagens como: isolação, alto ganho estático e baixa ondulação de corrente no lado de baixa tensão. Por outro lado, topologias alimentadas em corrente podem apresentar sobre tensões no transformador e semicondutores. Isto ocorre devido a indutância de dispersão do transformador que fica em série com o indutor no lado de baixa tensão. Uma solução para evitar este problema é sabilitar os semicondutores no lado de baixa tensão com ZCS. Desta forma, este trabalho propõe uma estratégia de modulação PWM assim elétrica aplicada ao conversor CF-DAB operando em modo de condução descontínua (MCD). Nesta estratégia de modulação não é necessário adicionar uma indutância em série com a indutância de dispersão do transformador para ajustar a potência processada pelo conversor. Com isso, melhora-se o rendimento do conversor e, adicionalmente, a operação em MCD garante a comutação suave dos semicondutores para uma ampla faixa de operação, sem incorporar outros dispositivos, tais como indutores auxiliares ou células de comutação ativa. Para atender aos requisitos de normas para carregadores de bateria, também é proposta uma metodologia de projeto para filtros de terceira-ordem (LCL). O funcionamento do conversor e a metodologia de projeto são apresentados. Na sequência é realizado o projeto do conversor para 500 W e apresentados os resultados de simulação. Por fim, são mostrados os resultados experimentais do protótipo implementado, como formas de onda e curva de rendimento. |
| Abstract: | With the significant growth of renewable energy sources and the need for an efficient and interconnected energy structure, distributed generation has been developing and allowing the user to stop being just the final consumer. One of the alternatives to produce energy is microgeneration by solar photovoltaic sources. In this type of generation, energy is generated intermittently, and a potential solution is battery energy storage systems. Low voltage energy storage systems have standards of 12 V / 24 V / 48 V. Whereas the DC bus used for the interface with the grid has a high voltage between 350 V and 450 V. Thus, to perform the interface between batteries and DC bus it is essential to use high voltage conversion ratio bidirectional DC-DC converters that provide a controllable charging and discharging process and provide an output voltage within specifications. Among the topologies of converters, isolated full-bridge current (CF-DAB) converters have advantages such as isolation, high voltage conversion ratio, and low current ripple on the low voltage side. However, current-fed topologies may have transformer and semiconductor overvoltages due to the dispersion inductance of the transformer that is in series with the inductor on the low voltage side. One solution to avoid this problem is to disable the semiconductors on the low voltage side with ZCS. In this way, this work proposes an asymmetric PWM modulation strategy applied to the CF-DAB converter operating in discontinuous conduction mode (DCM). In this modulation strategy, there is no necessity to add inductance in series with the transformer’s dispersion inductance to adjust the power processed by the converter. That improves the converter efficiency. The DCM operation ensures soft switching of the semiconductors over a wide range of operating, without incorporating other devices, such as auxiliary inductors or auxiliary circuits for active clamping. A design methodology for third-order filters is proposed to meet the requirements of battery chargers’ standards. The operation of the converter and the design methodology is presented. Next, the converter design and simulations for 500 Ware presented. Finally, the experimental results of the implemented prototype are shown, such as waveforms and curves efficiency. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26103 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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