Inversor Push-Pull não isolado com autotransformador

Andrade, Juliano de Faria

Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29570

ORCID:	http://orcid.org/0000-0002-7741-1778
Document type:	Dissertação
Access type:	Acesso Aberto
Title:	Inversor Push-Pull não isolado com autotransformador
Alternate title (s):	Non-isolated Push-Pull inverter with autotransformer
Author:	Andrade, Juliano de Faria
First Advisor:	Morais, Aniel Silva de
First coorientator:	Vilefort, Leandro Sousa
First member of the Committee:	Tofoli, Fernando Lessa
Second member of the Committee:	Font, Carlos Henrique Illa
Third member of the Committee:	Carvalho, Daniel Pereira de
Summary:	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.
Notes:	Artigo publicado em uma conferência nacional: J. F. Andrade, D. R. Corrêa, L. S. Vilefort, F. L. Tofoli, A. S. Morais, “Inversor Integrado com Autotransformador Dobrador de Tensão”, XXII Congresso Brasileiro de Automática – CBA, João Pessoa, setembro 2018.
Keywords:	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
Area (s) of CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
Language:	por
Country:	Brasil
Publisher:	Universidade Federal de Uberlândia
Program:	Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote:	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.
Document identifier:	http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.3635
URI:	https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/29570
Date of defense:	28-Apr-2020
Appears in Collections:	DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica

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