Desempenho das Topologias Apresentadas

Neste trabalhos foram analisadas cinco topologias monofásica série em comparação com duas topologias monofásicas convencionais. É necessário comparar os dados obtidos utilizando todos os critérios a fim de estabelecer conclusões gerais a respeito da utilização das topologias série. Como foi estudada apenas uma topologia trifásica com comparações estabelecidas com uma trifásica convencional, para esta topologia as análises já estão presentes no Capitulo 8.

Nas Tabelas 9.1 a 9.4 estão os valores das WTHDs das tensões de entrada e saída dos conver- sores monofásicos série.

As topologias que possuem módulos de conversores de três braços, têm seus valores das

WTHDs comparados com os valores da WTHD da topologia convencional de três braços, M3.

Os valores mostrados nas Tabelas 9.1 e 9.3 estão normalizados pelo valor da WTHD da topologia M3.

Analogamente, a topologia constituída apenas de módulos de conversores com quatro braços, tem seus valores das WTHDs comparados com os valores da WTHD da topologia convencional de quatro braços, M4. Os valores mostrados nas Tabelas 9.2 e 9.4 estão normalizados pelo valor da

WTHD da topologia M4.

Tabela 9.1: WTHDs da tensão de entrada das topologias série com módulos de três braços com relação à tensão de entrada da topologia convencional de três braços, M3.

WTHD M3 M33 M34 M334 M344 1P - µ= 0, 5 1, 00 0, 98 1, 00 0, 99 0, 99 2P - µ= 0 − 0, 64 0, 59 0, 80 0, 80 3P - µ= 0, 5 − − − 0, 29 0, 25 4P - µ= 0, 5 − 0, 38 0, 33 − − 6P - µ= 0 − − − 0, 39 0, 37

Tabela 9.2: WTHDs da tensão de entrada das topologias série com módulos de quatro braços com relação à tensão de entrada topologia convencional de quatro braços, M4.

WTHD M4 M44

1P - µ= 0, 5 1, 00 1, 00

2P - µ= 0 − 0, 57

4P - µ= 0, 5 − 0, 32

Os melhores casos, analisando os valores das WTHDs da tensão de entrada dos conversores monofásicos série, ocorrem com a utilização de quatro portadoras PWM comµ = 0, 5 nos conver-

sores com dois módulos em série; e com a utilização de três portadoras PWM com µ = 0, 5 nos

conversores com três módulos em série.

Tabela 9.3: WTHDs das tensões de saída das topologias série com módulos de três braços com relação a topologia convencional de três braços, M3. WTHD M3 M33 M34 M334 M344 1P - µ= 0, 5 1, 00 1, 00 1, 00 1, 00 1, 00 2P - µ= 0 − 0, 57 0, 54 0, 80 0, 80 3P - µ= 0, 5 − − − 0, 15 0, 12 4P - µ= 0, 5 − 0, 28 0, 27 − − 6P - µ= 0 − − − 0, 29 0, 27

Os melhores casos, analisando os valores das WTHDs da tensão de saída dos conversores monofásicos série, ocorrem nas mesmas condições dos casos apresentados para as tensões de en- trada.

Seção 9.1. Conclusões Gerais 167

Tabela 9.4: WTHDs da tensões de saída das topologias série com módulos de quatro braços com relação a topologia convencional de quatro braços, M4.

WTHD M4 M44

1P - µ= 0, 5 1, 00 1, 00

2P - µ= 0 − 0, 57

4P - µ= 0, 5 − 0, 26

Olhando apenas para os menores valores de WTHD de cada topologia, quanto maior o número de braços dos conversores, menor foi o valor da WTHD das tensões de entrada e saída dos conver- sores. Nos conversores com dois módulos em série, por exemplo, os menores valores de WTHD são bastante próximo, nesses casos, a análise de outros critérios é essencial no momento de escolher qual conversor utilizar.

Na Tabela 9.5 estão mostradas as perdas nos capacitores do barramento CC das topologias convencionais. Na Tabela 9.6 estão mostradas as perdas nos capacitores do barramento CC das topologias monofásicas série. Os resultados foram normalizados em relação ao valor de perdas da topologia convencional M3.

Tabela 9.5: Valores normalizados das perdas de potência de alta frequência dos capacitores dos barramentos CC das topologias convencionais e monofásicas série.

P_c,losshf M3 M4

1P-µ= 0, 5 1, 00 0, 92

Tabela 9.6: Valores normalizados das perdas de potência de alta frequência dos capacitores dos barramentos CC das topologias convencionais e monofásicas série.

Pc,losshf M33 M34 M44 M334 M344 1P-µ= 0, 5 1, 00 1, 01 1, 03 1, 12 1, 12 2P-µ= 0 1, 06 1, 02 1, 17 1, 19 1, 15 3P-µ= 0, 5 − − − 1, 07 1, 04 4P-µ= 0, 5 1, 93 1, 93 1, 97 − − 6P-µ= 0 − − − 1, 28 1, 22

Os melhores casos ocorrem quando uma portadora PWM é utilizada, nos conversores com dois módulos em série; e quando três portadoras PWM são utilizadas, nos conversores com três módulos em série.

As perdas nos semicondutores foram avaliadas. Os valores obtidos das perdas por condução das topologias monofásicas série estão mostrados na Tabela 9.7. Os valores das perdas por chavea- mento estão mostrados na Tabela 9.8. Em ambas as tabelas, os resultados foram obtidos paraµ = 0

eµ = 0, 5 e estão normalizados pelos valores das perdas da topologia monofásica série M4.

Analisando as perdas por condução, observa-se que são semelhantes comµ = 0 e µ = 0, 5,

além disso, crescem aproximadamente de maneira proporcional ao número de braços que o con- versor possui.

Tabela 9.7: Valores normalizados das perdas por condução das topologias convencionais e monofásicas série.

Pcd M3 M4 M33 M34 M44 M334 M344

µ= 0 0, 62 1, 00 1, 24 1, 63 2, 02 2, 23 2, 65

µ= 0, 5 0, 62 1, 00 1, 24 1, 63 2, 02 2, 24 2, 67

Tabela 9.8: Valores normalizados das perdas por chaveamento das topologias convencionais e monofásicas série.

Pch M3 M4 M33 M34 M44 M334 M344

µ= 0 0, 48 0, 50 0, 46 0, 61 0, 65 0, 54 0, 65

µ= 0, 5 0, 68 1, 00 0, 64 0, 81 0, 97 0, 73 0, 85

As perdas por chaveamento são sempre menores com relação à M4 quandoµ = 0, 5. Já com µ = 0, as topologias série apresentam maiores perdas em relação à M4, exceto a topologia M33 que

constitui o melhor caso. Como esperado, quandoµ = 0 as perdas por chaveamento são menores

em relação a µ = 0, 5, pois em µ = 0 algumas chaves operam em determinados momentos com

frequência de chaveamento nula.

De maneira geral, nos conversores com dois módulos em série, os menores valores de WTHD ocorrem quando quatro portadoras PWM (µ = 0, 5) são utilizadas, porém, nesse cenário as perdas

no barramento capacitivo quase dobram de valor. Dessa forma, caso não haja restrição aos valores de WTHD, a utilização de duas portadoras PWM (µ = 0) seria mais recomendada, já que as perdas

no barramento capacitivo não são tão maiores quanto no primeiro caso. Emµ = 0, as perdas nos

semicondutores também representam o melhor caso.

Nos conversores com três módulos conectados em série, a utilização de três portadoras PWM (µ = 0, 5) corresponde a ótimos valores de WTHD e perfil de perdas no barramento capacitivo.

Quanto às perdas nos semicondutores, comµ = 0, 5 tem-se maiores valores de perdas, mas não

são casos totalmente descartáveis.

O direcionamento que o projetista pode adotar para realizar a escolha de qual topologia utilizar e qual técnica de controle aplicar, deve levar em consideração as necessidades de cada aplicação. Por exemplo, uma vez que valores máximos de WTHD são especificados por norma, um objetivo imediato é o de atingir esse valor. A partir de então, as outras características como menores perdas nos capacitores do barramento CC ou perdas nos semicondutores podem ser investigadas.