Classificação, metodologia de projeto e aplicação de retificadores multipulsos com conexão diferencial de transformador

Abstract

Os conversores ou retificadores multipulsos se apresentam como uma técnica passiva para melhorar a qualidade de energia na rede elétrica. Eles proporcionam baixa Distorção Harmônica Total de corrente (DHTi), resultando um elevado Fator de Potência (FP) e baixa ondulação na tensão de saída. Neste contexto apresenta-se um abrangente levantamento bibliográfico, com o intuito de classificar as inúmeras topologias CA-CC trifásicas. As topologias retificadoras CA-CC estudadas nesta tese utilizam transformadores não-isolados, ou autotransformadores, cujas conexões são denominadas de Estrela e Delta-diferenciais, que resultam em retificadores multipulsos. Como atrativo essas topologias apresentam baixas taxas kVA (parcela de potência processada pelos núcleos), o que leva a reduzidos peso e volume. São estruturas confiáveis e robustas, apresentam baixa complexidade de construção e produzem pequena interferência eletromagnética. Outra grande vantagem destas estruturas é a possibilidade de obter qualquer valor de tensão de saída para qualquer nível de tensão de entrada. Como contribuição deste trabalho, análises matemáticas e fasoriais foram realizadas para cada uma das configurações com topologias Delta e Estrela, obtendo expressões generalizadas com relação ao número de pulsos do retificador para cada uma delas. A partir deste equacionamento foi possível obter expressões unificadas para duas das configurações de diferentes topologias (denominadas de A e C). A análise unificada foi realizada tanto para tensão como para corrente, resultando no equacionamento utilizado no desenvolvimento de uma nova ferramenta de simulação e projeto para os retificadores com essas duas configurações. A partir da análise matemática de cada configuração foi possível desenvolver uma nova metodologia...

Nowadays the theme of Power Quality has been one of the most discussed topics. Several techniques for power factor correction are presented in the literature. The multipulse converters or rectifiers resurge as a passive technique to improve the power quality in the mains. They provide low Total Harmonic Distortion of current (THDi), high Power Factor (PF) and low ripple on the output voltage. This thesis shows a comprehensive bibliographic research with the purpose of classifying the several AC-DC three-phase topologies that improve the power quality in the mains. The topologies studied in this thesis use non-isolated transformers and are called as generalized Wye and Delta-differential connections. These connections show an advantage of low kVA-rating (power processed by the core), reducing weight and volume of these rectifier structures. The multipulse rectifiers are reliable and robust, they show low complexity construction and low electromagnetic interference. Another advantage for these connections is the possibility to choose any value of the output voltage for any level of input voltage. Several configurations for Wye and Delta topologies are presented. One of the contributions of this thesis were the mathematical and fasorial analysis made for all configurations in order to obtain generalized expressions related to the pulse numbers for each configuration. From this equation was possible to obtain unified expressions for two configurations of different topologies (denominated A and C). The analysis was realized for voltage and current, result in an equation used in the development of a new simulation tool and designed for the rectifiers with this two configurations. Through the mathematical analysis it was possible to realize a study connecting the rectifier average output voltage and... (Complete abstract click electronic access below)