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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34163| Título: | Conversores CC-CC de alto ganho interleaved baseados na célula de comutação SC-PFM sem sensor de corrente para sistemas fotovoltaicos |
| Título(s) alternativo(s): | DC-DC high gain interleaved converters based on the SC-PFM switching cell without current sensor for photovoltaic systems |
| Autor(es): | Tonolo, Édwin Augusto |
| Orientador(es): | Badin, Alceu Andre |
| Palavras-chave: | Conversores de corrente elétrica Correntes contínuas Modulação (Eletrônica) Sistemas de energia fotovoltaica Simulação (Computadores) Modulação de frequência de pulso Electric current converters Electric currents, Direct Modulation (Electronics) Photovoltaic power systems Computer simulation Pulse frequency modulation |
| Data do documento: | 16-Mai-2024 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | TONOLO, Édwin Augusto. Conversores CC-CC de alto ganho interleaved baseados na célula de comutação SC-PFM sem sensor de corrente para sistemas fotovoltaicos. 2024. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2024. |
| Resumo: | Neste trabalho, é utilizada uma célula de comutação com modulação por frequência de pulso (switching cell with pulse frequency modulation, SC-PFM) integrada com indutores acoplados e um indutor de entrada operando em modo de condução contínua (continuous conduction mode • CCM) com baixa ondulação de corrente e proporcionando alto ganho estático. Os conversores baseados na SC-PFM e com entrada em corrente possuem como característica serem seguidores de tensão, cujo comportamento permite o desenvolvimento de um sistema de controle ou de um MPPT (maximum power point tracker – seguidor do ponto de máxima potência) sem a necessidade de utilizar sensor de corrente, um componente que aumenta a complexidade e os custos. Outras características importantes são a comutação suave para uma ampla faixa de frequência de comutação, os diodos bloqueiam sem perdas por recuperação reversa, requer poucos componentes e a ondulações na tensão na saída não impactam na corrente de entrada. A partir da SC-PFM, foram desenvolvidos dois conversores, sendo o primeiro do tipo boostflyback interleaved (IBFC-PFM) e o segundo um flyback interleaved (IFC-PFM), uma opção não isolada e outro isolada. São apresentados os princípios de operação, as análises e modelagem matemática, incluindo as não idealidade inerentes aos semicondutores utilizados. Complementarmente, são determinados os esforços de tensão e de corrente para obtenção das perdas e do rendimento teórico. Foram construídos protótipos de 450 W e 190 W, respectivamente, os quais foram testados em malha aberta usando um gerador de pulsos de dois canais, com sinais defasados em 180º entre si. As formas de onda e as grandezas elétricas são comparadas com a simulação computacional e com os valores obtidos pelo equacionamento matemático, atestando o correto funcionamento e a conformidade de resultados, além de comprovar as qualidades destacadas. Beneficiando-se da propriedade de seguimento de tensão, ambos os conversores propostos, além de uma terceira topologia, um boost interleaved, foram utilizados como interface de sistemas fotovoltaicos e um barramento CC, realizando o rastreamento do ponto de máxima potência com programação baseada no método perturba e observa (P&O). São apresentados resultados do MPPT para variações da irradiância incidente e da temperatura, de forma individual e conjunta, pois esses fatores climáticos são responsáveis por diferentes efeitos no funcionamento do sistema. Para todos os casos, os conversores apresentam rápida transição e operação estável. |
| Abstract: | In this work, a switching cell with pulse frequency modulation (SC-PFM) integrated with coupled inductors and an input inductor operating in continuous conduction mode (CCM) with low current ripple and providing high static gain is employed. Converters based on SC-PFM have the characteristic of being voltage followers, whose behavior allows the development of a control system or a maximum power point track (MPPT) without the need to use a current sensor, a component that increases complexity and cost. Other important features are soft switching for a wide switching frequency range, the diodes block without reverse recovery losses, it requires few components and the output voltage ripples do not cause an impact on the input current. Based on the SC-PFM, two converters were developed, the first one is an interleaved boost-flyback type (IBFC-PFM), and the second one is an interleaved flyback (IFCPFM), a non-isolated option, and an isolated. The principles of operation, analysis, and mathematical modeling are presented, including the non-idealities inherent to the used semiconductors. Additionally, voltage and current stresses are determined to obtain theoretical losses and efficiency. Prototypes of 450 W and 190 W were built, respectively, which were tested in open loop using a two-channel pulse generator, with a 180-degree phase shift. The waveforms and electrical measures are compared with the computer simulation and with the values obtained by mathematical equations, attesting to the correct functioning and conformity of results, in addition to proving the highlighted qualities. Benefiting from the voltage follower property, both proposed converters, in addition to a third topology, an interleaved boost converter, were used as an interface between photovoltaic systems and a DC bus, tracking the maximum power point with a perturb and observe (P&O) based programming. The MPPT results are presented for variations in incident irradiance and temperature, individually and mutually, as these climatic factors are responsible for different effects on the system functioning. In all cases, the converters present fast transition and stable operation. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34163 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
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