Cálculo de Esforço nos Semicondutores do Inversor Fonte Z

Vitor T. Odaguiri; Rubens T. Hock Jr; Alessandro L. Batschauer

doi:10.18618/REP.2016.3.2613

Authors

Vitor T. Odaguiri Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil
Rubens T. Hock Jr Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil
Alessandro L. Batschauer Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2016.3.2613

Keywords:

Cálculo dos Esforços, Inversor Fonte Z, Malha Z, Modulação Boost Simples, Shoot-Through

Abstract

Este trabalho apresenta o cálculo dos esforços de corrente nos semicondutores do inversor fonte Z trifásico operando com a modulação Boost Simples. O inversor fonte Z possui uma malha de impedância conhecida como malha Z, que possibilita realizar as funções CC-CC elevador e CC-CA em um único estágio. Por possuir essa característica, este conversor se torna uma opção interessante em aplicações com células fotovoltaicas. Serão apresentadas as etapas de operação e as equações que regem o funcionamento do inversor operando com a modulação Boost Simples para que se possa entender o desenvolvimento do equacionamento dos valores médio e eficaz nos semicondutores. A etapa Boost é definida por uma nova etapa conhecida como shoot-through, em que os semicondutores do mesmo braço conduzem simultaneamente. Esta característica altera profundamente o comportamento das correntes, exigindo um cálculo complexo dos esforços. Para validar os cálculos, os resultados teóricos são comparados com os resultados obtidos na simulação, assim como os dados experimentais.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Vitor T. Odaguiri, Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil

, nascido em 03/04/1987 em Joinville, Brasil. Possui graduação (2016) em engenharia elétrica pela Universidade do Estado de Santa Catarina. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência e sistemas de energia renovável.

Rubens T. Hock Jr, Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil

, nascido em Joinville, SC, é engenheiro eletricista (2013) e mestre (2015) Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Atualmente é doutorando na mesma instituição. Suas áreas de interesse são: eletrônica de potência, qualidade do processamento da energia elétrica, sistemas de controle e sistemas de energia renovável. É membro da SOBRAEP e do IEEE.

Alessandro L. Batschauer, Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC, Joinville – SC, Brasil

nasceu em Balneário Camboriú, Brasil, em 1977. Possui graduação (1999), mestrado (2002) e doutorado (2011) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina. Desde 2003 é professor efetivo da Universidade do Estado de Santa Catarina e integrante do Núcleo de Processamento de Energia Elétrica - nPEE. Tem experiência na área de Engenharia Elétrica, com ênfase em Conversão e Retificação da Energia Elétrica, atuando principalmente nos seguintes temas: CFP, comutação suave e inversores multiníveis. Prof. Alessandro Batschauer atualmente é membro da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência e da IEEE.

References

F. Bradaschia, Conversores Fonte Z para Sistemas Fotovoltaicos e Monofásicos-Trifásicos. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Pernambuco, 2012.

E. Romero-Cadaval, G. Spagnuolo, L. Garcia Franquelo, C. Ramos-Paja, T. Suntio, W. Xiao, "Grid-Connected Photovoltaic Generation Plants: Components and Operation", IEEE Industrial Electronics Magazine, vol. 7, nº 3, pp. 6-20, Setembro 2013. https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2264540 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2264540

Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), "Fontes Renováveis: Parte II", 2010. [Online]. Disponível em:http://www.aneel.gov.br

U. Choi, K. Lee, F. Blaabjerg, "Power electronics for renewable energy systems: Wind turbine and photovoltaic systems", in Proc. of ICRERA, pp. 1-8, 2012. https://doi.org/10.1109/ICRERA.2012.6477249 DOI: https://doi.org/10.1109/ICRERA.2012.6477249

L. Liu, H. Li, Y. Xue, W. Liu, "Reactive Power Compensation and Optimization Strategy for Grid-Interactive Cascaded Photovoltaic Systems", IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 30, nº 1, pp. 188-202, Janeiro2015. https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2333004 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2333004

G. Salazar Dias,D. Carrion, "Characterization and modeling of the efficiency of photovoltaic systems", IEEE Latin America Transactions, vol. 13, nº 8, pp. 2580-2586, Agosto2015. https://doi.org/10.1109/TLA.2015.7332135 DOI: https://doi.org/10.1109/TLA.2015.7332135

F. Z. Peng, "Z-source inverter",in Proc.ofIAS, vol. 2,pp. 775-781, 2002.

F. Z. Peng, "Z-source inverter", IEEE Transactions on Industry Applications,vol. 39, nº 2, pp. 504-510, Março/Abril 2003. https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808920 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2003.808920

M. Shen, F. Z. Peng, "Operation Modes and Characteristics of the Z-Source Inverter With Small Inductance or Low Power Factor", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 55, nº 1, pp. 89-96, Janeiro2008. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.909063 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.909063

M. Zhu, K. Yu, F.-L. Luo, "Switched Inductor Z-Source Inverter", IEEE Transactions on Power Electronics,vol. 25, nº 8, pp. 2150-2158, Agosto 2010. https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2046676 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2046676

W. T. Franke, N. Oestreich, F. Fuchs, "Comparison of transformerless convertertopologies for photovoltaic application concerning efficiency and mechanical volume", in Proc.of ISIE, pp. 724-729, 2010. https://doi.org/10.1109/ISIE.2010.5637654 DOI: https://doi.org/10.1109/ISIE.2010.5637654

W.-T. Franke, M. Mohr,F. Fuchs, "Comparison of a Z-source inverter and a voltage-source inverter linked with a DC/DC-boost-converter for wind turbines concerning their efficiency and installed semiconductor power", in Proc. of PESC. IEEE, pp. 1814-1820, 2008. https://doi.org/10.1109/PESC.2008.4592207 DOI: https://doi.org/10.1109/PESC.2008.4592207

J. Li, J. Liu,Z. Liu, "Loss Oriented Evaluation and Comparison of Z-Source Inverters Using Different Pulse Width Modulation Strategies", in Proc. of APEC, pp. 851-856,2009. https://doi.org/10.1109/APEC.2009.4802761 DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2009.4802761

F. Z. Peng, M. Shen ,Z. Qian, "Maximum boost control of the Z-source inverter", in Proc. of PESC, vol. 1, pp. 255-260, 2004.

M. Shen, J. Wang, A. Joseph, F. Z. Peng, L. Tolbert,D.Adams, "Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress", IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 42, nº 3, pp. 770-778, Maio2006. https://doi.org/10.1109/TIA.2006.872927 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2006.872927

U. Drofenik, J. W.Kolar, "A General Schemefor Calculating Switching- and Conduction-Losses of Power Semiconductors in Numerical Circuit Simulations of Power Electronic Systems", in Proc. Of IPEC,2005.

F. Cassanelas, "Losses in PWM Inverter Using IGBT's", IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 141, n° 5, pp. 235 - 239, Setembro1994. https://doi.org/10.1049/ip-epa:19941349 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:19941349