Conversores isolados para redes residenciais de baixa tensão em corrente contínua

04/21/2021

Numa sociedade global e em crescimento é necessário repensar estratégias para minimizar o impacto ambiental resultante do aumento progressivo do consumo de energia e do uso inadequado de recursos energéticos. Os conversores eletrónicos de energia devem ser considerados como uma estratégia para alcançar a eficiência energética. Na infraestrutura de distribuição de energia, incluindo os edifícios residenciais modernos, a maioria dos equipamentos operam em corrente contínua (CC) e necessitam de fontes de alimentação com conversores eletrónicos de corrente alternada para CC (CA-CC) isolados com transformadores de baixa frequência e reguladores lineares. Os barramentos em CC para aplicações residenciais e comerciais estão a ser estudados para se obter menor volume e maior eficiência global, por não necessitarem de transformadores de baixa frequência. Esta tese apresenta e projeta um conversor monofásico CA-CC unidirecional (retificador) isolado que utiliza um transformador de isolamento de alta frequência e condensadores não eletrolíticos, para ser introduzido numa rede futura de baixa tensão CC em edifícios residenciais, sendo uma alternativa às tradicionais redes de energia CA. No conversor proposto utilizam-se técnicas de controlo não-lineares (controlo por modo de deslizamento e controlo por método direto de Lyapunov) para garantir estabilidade às perturbações no barramento de saída em baixa tensão CC e compensação do fator de potência. As estratégias de controlo utilizadas são obtidas, e resultados de simulação e experimentais são apresentados e discutidos. In a global and growing society, it is necessary to rethink strategies to minimize the environmental impact resulting from the progressive increase of energy consumption and the misuse of energy resources. Electronic power converters should be considered as a strategy for achieving energy efficiency. In power distribution infrastructure, including modern residential buildings, most equipment has power supplies with imbedded electronic AC-DC with low frequency transformer isolation and linear regulators. DC buses for residential and commercial applications are being studied to reduce size and increase overall efficiency due to the absence low frequency transformers. This thesis presents and designs an isolated single-phase unidirectional AC-DC converter (rectifier) using a high-frequency isolation transformer and non-electrolytic capacitors to be introduced into a future low-voltage DC network in residential buildings, as an alternative to traditional AC power networks. Non-linear control techniques (sliding mode control and Lyapunov direct control method) are employed in the proposed converter to guarantee stability and disturbance robustness to the output DC low voltage with power factor compensation. Control strategies are derived, while simulation and experimental results are presented and discussed.

Authors in the community:

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  Nelson Filipe Pereira dos Santos

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Supervisors of this institution:

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Dotoramento em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

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Keywords

• AC-DC converter
• High-frequency transformer
• Sliding mode control
• Lyapunov direct control
• DC residential grids
• High-frequency isolated converters
• Conversor CA-CC
• Transformador de Alta Frequência
• Controlo por Modo de Deslizamento
• Controlo Direto de Lyapunov
• Redes Residenciais CC
• Conversores Isolados a Alta Frequência

por - Portuguese

Instituto Superior Técnico