Publicação: Inversor Push-Pull não isolado com autotransformador
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
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Autores
Orientador
Coorientador
Vilefort, Leandro Sousa
Resumo
Este trabalho apresenta uma nova topologia de inversor do tipo fonte de tensão não isolado
utilizando um autotransformador, que permite obter uma tensão de saída CA cujo valor eficaz
é o dobro daquele fornecido por um inversor meia ponte convencional para um mesmo valor
do índice de modulação. Como vantagens, têm-se o fato do conversor empregar apenas uma
fonte de tensão CC, a modulação SPWM (Sinusoidal pulse width modulation - modulação
PWM senoidal) pode ser aplicada no comando dos interruptores e como estes estão em uma
mesma referência, utiliza-se circuitos de comando mais simplificados não isolados, apresenta
uma tensão PWM na saída igual ao dobro da tensão de entrada e utiliza apenas dois
interruptores. Com desvantagens temos a assimetria nos enrolamentos do autotransformador
que provocam um nível CC indesejado no fluxo magnético do núcleo, levando-o a saturação.
Adicionalmente temos picos de tensão nos interruptores quando desligados, devido ação da
indutância de dispersão presente no autotransformador. Em regime permanente, a tensão
reversa nos interruptores será o dobro da tensão de alimentação CC, sendo recomendado para
aplicações em baixas tensões. Na saída do inversor, utiliza-se um filtro passa-baixa LC para
obter uma tensão aproximadamente senoidal com baixo conteúdo harmônico. As análises
qualitativa e quantitativa do conversor proposto são apresentadas detalhadamente, a partir das
quais é possível projetá-lo e analisá-lo. Resultados de simulação e experimentais são
apresentados e discutidos através de um protótipo com potência nominal de 100 W, tensão de
entrada de 40 V, tensão nos indutores do autotransformador de 80 V, tensão de saída eficaz de
56,57 V, frequência de chaveamento de 20 kHz e frequência de corte projetada para o filtro de
saída LC de 2 kHz. Este visa validar as considerações teóricas e identificar as principais
vantagens e desvantagens dessa topologia.
Abstract
This work presents a novel non isolated voltage source inverter (VSI) topology using an
autotransformer, which provides an ac output voltage whose rms value is twice the one
provided by a conventional half-bridge inverter considering the same modulation index. As
advantages, there is the fact that the converter uses only one DC voltage source, the SPWM
(Sinusoidal pulse width modulation - sinusoidal PWM modulation) modulation can be applied
in the control of the switches and as these are in the same reference, it is used more simplified
non-isolated control circuits, it has a PWM voltage at the output equal to twice the input voltage
and uses only two switches. With disadvantages we have the asymmetry in the windings of the
autotransformer that cause an undesired DC level in the magnetic flux of the core, leading to
saturation. Additionally, we have voltage spikes in the switches when turned off, due to the
action of the dispersion inductance present in the autotransformer. In a steady state, the reverse
voltage on the switches will be twice the DC supply voltage, being recommended for low voltage
applications. A low-pass LC filter is connected at the inverter output to provide a nearly
sinusoidal voltage with low harmonic content. The qualitative and quantitative analyzes of the
proposed converter are presented in detail, from which it is possible to design and analyze it.
Simulation and experimental results are presented and discussed through a prototype with
nominal power of 100 W, input voltage of 40 V, voltage in the inductors of the 80 V
autotransformer, effective output voltage of 56.57 V, switching frequency of 20 kHz and cut-off
frequency designed for the 2 kHz LC output filter. This aims to validate theoretical
considerations and identify the main advantages and disadvantages of this topology.
Palavras-chave
Conversores CA-CC, Inversores do tipo fonte de tensão, Harmônicas, Modulação PWM senoidal, Inversor push-pull, Autotransformador, Push-Pull não isolado, Dc-ac converters, Voltage source inverters, Harmonics, Sinusoidal pulse width modulation, Spwm
Citação
ANDRADE, Juliano de Faria. Inversor Push-Pull não isolado com autotransformador. 2020. 82 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.3635.