Seleção Da Tensão De Bloqueio Ótima De Igbts Para Inversores De Frequência Baseados Em Conversor Modular Multinível

Authors

  • Paulo Roberto Matias Junior Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil
  • Joao Victor Matos Farias Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil
  • Allan Fagner Cupertino Departamento de Engenharia de Materiais, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil
  • Gabriel Alves Mendonça Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil
  • Marcelo Martins Stopa Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil
  • Heverton Augusto Pereira Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, Brasil

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2020.4.0033

Keywords:

Acionamentos elétricos

Abstract

O conversor modular multinível (CMM) é uma topologia inerentemente tolerante a falhas e uma opção interessante para acionamentos elétricos de média tensão, especialmente quando cargas quadráticas são empregadas. Para selecionar a melhor tensão de bloqueio de IGBTs, este trabalho apresenta uma metodologia de projeto e comparação de CMMs considerando a redundância necessária para atingir o requisito de confiabilidade. São comparados projetos utilizando IGBTs com tensão de bloqueio na faixa de 1,7 a 6,5 kV. A seleção é baseada em métricas de complexidade, volume, área de silício e eficiência do conversor. O uso da metodologia é exemplificado em um soprador industrial acionado por um motor de indução trifásico de 13,8 kV - 16 MW. Medições da velocidade de operação do acionamento e temperatura ambiente desse processo em uma indústria siderúrgica localizada no sudeste brasileiro são utilizadas na avaliação das perdas do conversor. Os resultados evidenciam que a classe de tensão ótima de IGBTs depende do tipo de redundância empregado. Além disso, apesar do aumento de complexidade e do número de componentes, os projetos baseados em IGBTs com menor tensão de bloqueio (1,7 e 3,3 kV) se mostram mais vantajosos devido a menores perdas, volume e área de silício.

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Author Biographies

Paulo Roberto Matias Junior, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil

, possui graduação em Engenharia Elétrica (2018) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV). Atualmente é mestrando pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG). Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores modulares multinível, acionamentos elétricos e confiabilidade de conversores de potência.

Joao Victor Matos Farias, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil

, possui graduação em Engenharia Elétrica (2018) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV) e mestrado (2019) em Engenharia Elétrica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG). Atualmente e doutorando pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores modulares multinível, sistemas de corrente contínua em alta tensão, compensadores síncronos estáticos, acionamentos elétricos e confiabilidade de conversores de potência.

Allan Fagner Cupertino, Departamento de Engenharia de Materiais, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil

, possui graduação em Engenharia Elétrica (2013) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), mestrado (2015) e doutorado (2019) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Realizou doutorado sanduíche na Aalborg University, Dinamarca. Desde 2014 e professor no Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), atuando na área de maquinas elétricas e eletrônica de potência. Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores modulares multinível e suas aplicações, energia solar fotovoltaica, sistemas de armazenamento de energia por baterias e confiabilidade de conversores eletrônicos.

Gabriel Alves Mendonça, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, MG, Brasil

, possui graduação (2008) e mestrado (2012) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente e doutorando pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Seus principais interesses de pesquisa incluem sistemas elétricos de potência, eletrônica de potência, maquinas elétricas e acionamentos elétricos.

Marcelo Martins Stopa, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, CEFET - MG, Belo Horizonte, MG, Brasil

, possui graduação (1994), mestrado (1997) e doutorado (2011) em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Desde 1997 e professor no Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG), atuando na área de maquinas elétricas, acionamentos elétricos e eletrônica de potência. Seus principais interesses de pesquisa incluem maquinas elétricas, acionamentos elétricos, eletrônica de potência e conversores eletrônicos.

Heverton Augusto Pereira, Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, Brasil

, possui graduação em Engenharia Elétrica (2007) pela Universidade Federal de Viçosa (UFV), mestrado em Engenharia Elétrica (2009) pela Universidade de Campinas (UNICAMP) e doutorado em Engenharia Elétrica (2015) pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Realizou doutorado sanduíche (2014) na Aalborg University, Dinamarca. Desde 2009 e professor na Universidade Federal de Viçosa. Seus principais interesses de pesquisa incluem conversores conectados à rede para sistemas de energia fotovoltaica e eólica e sistemas de transmissão de alta tensão baseados em MMC.

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2020-12-31

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[1]
P. Roberto Matias Junior, J. V. Matos Farias, A. Fagner Cupertino, G. Alves Mendonça, M. Martins Stopa, and H. Augusto Pereira, “Seleção Da Tensão De Bloqueio Ótima De Igbts Para Inversores De Frequência Baseados Em Conversor Modular Multinível”, Eletrônica de Potência, vol. 25, no. 4, pp. 405–414, Dec. 2020.

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Vol. 25 No. 4 (2020)

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