Conversor multinível NPC de cinco níveis como ondulador de tensão ligado à rede

O crescimento da utilização de accionamentos electromecânicos de velocidade variável entre outros dispositivos que necessitam de tensões elevadas, na ordem dos kV e com elevados níveis de qualidade, despertou o interesse pelos conversores multinível. Este tipo de conversor consegue alcançar elevadas tensões de funcionamento e simultaneamente melhorar a qualidade das formas de onda de tensão e corrente nas respectivas fases. Esta dissertação de mestrado tem por objectivo apresentar um estudo sobre o conversor multinível com díodos de ligação ao neutro (NPC – neutral point clamped), de cinco níveis utilizado como ondulador de tensão ligado à rede. O trabalho começa por desenvolver o modelo matemático do conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva interligação com a rede eléctrica. Com base no modelo do conversor são realizadas simulações numéricas desenvolvidas em Matlab-Simulink. Para controlo do trânsito de energia no conversor é utilizando controlo por modo de deslizamento aplicado às correntes nas fases. As simulações efectuadas são comparadas com resultados de simulação obtidos para um ondulador clássico de dois níveis. Resultados de simulação do conversor multinível são posteriormente comparados com resultados experimentais para diferentes valores de potências activa e reactiva. Foi desenvolvido um protótipo experimental de um conversor multinível com díodos de ligação ao neutro de cinco níveis e a respectiva electrónica associada para comando e disparo dos semicondutores de potência.

The increased use of variable speed electromechanical drives and other devices that require high voltages in the order of kV and high levels of quality, aroused interest in multilevel converters. This type of convertercan achieve high voltages while improving the quality of the waveforms of voltageand current in the respective phases. This dissertation aims to present a study of the multilevel converter with diodes connected to neutral phase (NPC – Neutral Point Clamped), five levels used as a voltage inverter connected to the network. This study begins by developing the mathematical model of the multilevel converter with diodes connecting the neutral of five levels and their interconnection with the network. Based on the model ofthe converter are performed out numerical simulations developed in Matlab-Simulink. To control the transit of energy in the converter is by using sliding mode control applied to the phase currents. The simulations are compared with simulation results obtained for a classical two-level inverter. Simulation results of the multilevel converter are then compared with experimental results for different values of active and reactive power. It was developed an experimental prototype of a multilevel converter with diodes connecting the neutral of five levels and their associated electronics for control and firing of the power semiconductors.