Five-level T-type single-phase DC-CA bidirectional converter

This dissertation presents the analysis and implementation of a five level T-type single-phase CC-CA bidirectional converter, with the main goal of connecting it to the electric grid. Static and dynamic analyses are demonstrated, as well as, the stresses on each component of the structure. A design methodology is indicated, seeking the practical implementation of the topology, with a rated power of 2500 VA and 220 . All expressions developed through the mathematical analysis of the converter are validated by numerical simulations, proving the veracity of the presented equations. Positive aspects of the converter are observed, when a comparison with the H bridge converter is performed. Thus, resulting in a better efficiency. The main positive aspects found in the studied converter are: a) reduced losses in the inductor of the low pass filter; the switching in all the switches occurs with half the dc-link voltage; with a total of six semiconductors, two commutes at low frequency and four changes between dissipative and non-dissipative switching. b) with the five-level modulation, a better quality of the generated signal is verified, reducing harmonic distortions and electromagnetic interference. Therefore, in the end, these characteristics are proved by means of a practical implementation. Simulation and experimental results are presented with the purpose of validating the whole study developed in this work.Esta dissertação apresenta a análise e implementação de um conversor CC-CA bidirecional monofásico tipo T de cinco níveis, com o objetivo final de conectá-lo à rede de distribuição de energia. Análises estáticas e dinâmicas são demonstradas, bem como, os esforços em cada componente da estrutura. Uma metodologia de projeto é indicada, visando a implementação prática da topologia, com potência de saída de 2500 VA e 220 . Todas as expressões desenvolvidas por meio da análise matemática do conversor são validadas por meio de simulações numéricas, comprovando a veracidade do equacionamento apresentado. Aspectos positivos do conversor abordado são observados, quando uma comparação com o conversor ponte completa é realizada. Assim, um melhor rendimento global do sistema é alcançado. Os principais aspectos positivos encontrados no conversor estudado são: a) perdas no indutor do filtro passa baixa menores; as comutações em todos os interruptores ocorrem com metade do valor de tensão do barramento CC; de um total de seis semicondutores, dois comutam somente em baixa frequência e quatro alteram entre comutação dissipativa e não dissipativa. b) com a modulação de cinco níveis, uma melhor qualidade do sinal gerado é constatada, reduzindo distorções harmônicas e interferências eletromagnéticas. Sendo assim, ao final, comprovam-se estas características por meio de uma implementação prática. Resultados de simulações e experimentais são apresentados, com a finalidade de validar todo o estudo desenvolvido neste trabalho