Método De Modulação Pwm Para Equilíbrio Das Tensões Dos Capacitores Do Barramento Cc Em Conversores Multiníveis Com Diodos De Grampeamento

Felipe Bovolini Grigoletto; Humberto Pinheiro

doi:10.18618/REP.2009.2.063074

Authors

Felipe Bovolini Grigoletto Universidade Federal de Santa Maria, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle ˆSanta Maria, RS, Brasil 97105-900
Humberto Pinheiro Universidade Federal de Santa Maria, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle ˆSanta Maria, RS, Brasil 97105-900

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.2009.2.063074

Keywords:

conversores com diodos de grampeamento, Conversores multiníveis, equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC, modulação PWM

Abstract

Este artigo apresenta uma nova estratégia de modulação para conversores PWM com diodos de grampeamento. Esta estratégia elimina os desequilíbrios de tensão entre os capacitores do barramento CC, que é o principal problema apresentado por esta topologia, bem como as ondulações de baixa frequência que a mesma apresenta operando com altos índices de modulação e baixo fator de potência. Com objetivo de facilitar a extensão dos resultados para um numero qualquer de níveis, a modulação baseada na comparação com portadora foi adotada nesse artigo onde as tensões modulantes são escolhidas de forma a garantir a máxima utilização da tensão do barramento CC na faixa linear de operação do inversor. Para assegurar as adequadas tensões nos capacitores no barramento CC, mesmo na presença de não idealidades no circuito, um método de controle e um controlador são desenvolvidos. Finalmente, o bom desempenho do método de modulação proposto é demonstrado por meio de simulações de um conversor com diodos de grampeamento de quatro níveis.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

Felipe Bovolini Grigoletto, Universidade Federal de Santa Maria, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle ˆSanta Maria, RS, Brasil 97105-900

, nascido em Restinga Seca, Brasil, em 1985 e engenheiro eletricista (2007) pela Universidade Federal de Santa Maria. Atualmente é aluno de mestrado do programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Maria. Suas áreas de interesse incluem eletrônica de potência, controle de processos entre outros.

Humberto Pinheiro, Universidade Federal de Santa Maria, Grupo de Eletrônica de Potência e Controle ˆSanta Maria, RS, Brasil 97105-900

, nascido em Santa Maria, Brasil, em 1960 e engenheiro eletricista (1983) pela Universidade Federal de Santa Maria, Brasil, mestre (1987), pela Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil, e Ph.D (1999) pela Concordia University, Canada. Atualmente é professor associado ao departamento de eletrônica e computação da Universidade Federal de Santa Maria, Brasil. Suas áreas de interesse incluem controle de fontes ininterruptas de energia e sistemas de geração eólica.

References

J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai, and F. Z. Peng, "Multilevelinverters:a survey of topologies, controls, andapplications",IEEE Transactions on Industrial Electron-ics, vol. 26, no. 4, pp. 724-738, August 2002. https://doi.org/10.1109/TIE.2002.801052 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2002.801052

Jih-Sheng Lai and F. Z. Peng, "Multilevel converters-anew breed of power converters",IEEE Transactionson Industry Applications, vol. 32, no. 3, pp. 509-517,May/June 1996. https://doi.org/10.1109/28.502161 DOI: https://doi.org/10.1109/28.502161

P. Barbosa, P. Steimer, J. Steinke, M. Winkelnkemper,and N. Celanovic,"Active-neutral-point-clamped(ANPC) multilevel converter technology",in Proc. ofEPE, pp. 1-10, 2005. https://doi.org/10.1109/EPE.2005.219713 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2005.219713

A. Nabae, I. Takahashi, and H. Akagi,"A newneutral-point-clamped PWM inverter",IEEE Transac-tions on Industry Applications,, vol. IA-17, no. 5, pp.518-523, Sptember/October 1981. https://doi.org/10.1109/TIA.1981.4503992 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.1981.4503992

R. H. Baker, "bridge converter circuit",U. S. Patent 4270 163, May 1981.

R. Rojas, T. Ohnishi, and T. Suzuki,"PWM controlmethod for a four-level inverter",IEE Proceedings onElectric Power Applications, vol. 142, no. 6, pp. 390-396,November 1995. https://doi.org/10.1049/ip-epa:19952158 DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:19952158

N. Celanovic and D. Boroyevich,"A comprehensivestudy of neutral-point voltage balancing problem inthree-level neutral-point-clamped voltage source PWMinverters",IEEE Transactions on Power Electronics, vol.15, no. 2, pp. 242-249, March 2000. https://doi.org/10.1109/63.838096 DOI: https://doi.org/10.1109/63.838096

J. H. Seo, C. H. Choi, and D. S. Hyun, "A new simplifiedspace-vector pwm method for three-level inverters",IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 16, no. 4,pp. 545-550, July 2001. https://doi.org/10.1109/63.931078 DOI: https://doi.org/10.1109/63.931078

A. S. Oliveira J ́unior, E. R. C. Silva, and C. B.Jacobina, "Uma abordagem simplificada para modulac ̧ ̃aopor largura de pulso em inversores multin ́ıveis comcontrole das tens ̃oes nos capacitores do barramento cc",Eletrˆonica de Potˆencia - SOBRAEP, vol. 10, no. 2, pp.57-65, Novembro 2005. https://doi.org/10.18618/REP.2005.2.057065 DOI: https://doi.org/10.18618/REP.2005.2.057065

K. Yamanaka, A.M. Hava, H. Kirino, Y. Tanaka,N. Koga, and T. Kume, "A novel neutral point potentialstabilization technique using the information of outputcurrent polarities and voltage vector",IEEE Transactionson Industry Applications, vol. 38, no. 6, pp. 1572-1580,November/December 2002. https://doi.org/10.1109/TIA.2002.804761 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2002.804761

J. Pou, R. Pindado, and D. Boroyevich, "Voltage-balancelimits in four-level diode-clamped converters withpassive front ends",in Proc. of IAS 2002, vol. 2, pp.898-902, November 2002. https://doi.org/10.1109/TIE.2004.837915 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2004.837915

A.K. Gupta and A.M. Khambadkone,"A simplespace vector PWM scheme to operate a three-level NPC inverter at high modulation index includingovermodulation region, with neutral point balancing",IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 43, no.3, pp. 751-760, May/June 2007. https://doi.org/10.1109/TIA.2007.895766 DOI: https://doi.org/10.1109/TIA.2007.895766

S. Busquets-Monge, J. Bordonau, D. Boroyevich, andS. Somavilla, "The nearest three virtual space vectorPWM - a modulation for the comprehensive neutral-pointbalancing in the three-level NPC inverter",IEEE onPower Electronics Letters, vol. 2, no. 1, pp. 11-15, March2004. https://doi.org/10.1109/LPEL.2004.828445 DOI: https://doi.org/10.1109/LPEL.2004.828445

S. Busquets-Monge, J. Bordonau, and J. Rocabert, "Avirtual-vector pulsewidth modulation for the four-leveldiode-clamped dc ac converter",IEEE Transactions on,Power Electronics, vol. 23, no. 4, pp. 1964-1972, July2008. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.925160 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.925160

S. Ogasawara and H. Akagi, "Analysis of variation ofneutral point potential in neutral-point-clamped voltagesource PWM inverters".in Proc. of IAS, pp. 965-970,October 1993. https://doi.org/10.1541/ieejias.113.41 DOI: https://doi.org/10.1541/ieejias.113.41

A. Bendre, G. Venkataramanan, D. Rosene, andV. Srinivasan, "Modeling and design of a neutral-pointvoltage regulator for a three-level diode-clamped inverterusing multiple-carrier modulation",IEEE Transactionson Industrial Electronics, vol. 53, no. 3, pp. 718-726,June 2006. https://doi.org/10.1109/TIE.2006.874424 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2006.874424

G. Borghetti, M. Carpaneto, M. Marchesoni, P. Tenca,and L. Vaccaro,"A new balancing technique withpower losses minimization in diode-clamped multilevelconverters",in Proc. of EPE, pp. 1-10, September 2007. https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417770 DOI: https://doi.org/10.1109/EPE.2007.4417770

J. Pou, J. Zaragoza, P. Rodriguez, S. Ceballos, V.M.Sala, R.P. Burgos, and D. Boroyevich, "Fast-processingmodulation strategy for the neutral-point-clampedconverter with total elimination of low-frequency voltageoscillations in the neutral point",IEEE Transactions onIndustrial Electronics, vol. 54, no. 4, pp. 2288-2294,August 2007. https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894788 DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2007.894788