MODULAÇÃO SHE-PWM APLICADA EM UM INVERSOR MULTINÍVEL HÍBRIDO SIMÉTRICO TRIFÁSICO DE CINCO NÍVEIS BASEADO NAS TOPOLOGIAS HALF-BRIDGE E ANPC

Abstract

RESUMO: O trabalho propõe a aplicação da modulação SHE-PWM (Selective harmonic elimination) ao Inversor Multinível Híbrido Simétrico Trifásico de Cinco Níveis baseado nas topologias Half-Bridge e ANPC proposto por Silva (2013) a fim de comparar o desempenho desta modulação frente às já aplicadas anteriormente nesta estrutura. De início é apresentada a topologia do inversor com seus possíveis estados de comutação, lógica de acionamento escolhida e detalhamento dos caminhos de corrente durante a operação do inversor. Em seguida é aplicada a estratégia de modulação SHE-PWM, apresentando-se a forma de onda desejada na saída do inversor para eliminar os harmônicos escolhidos, o cálculo dos ângulos de chaveamento pelo método de Newton-Raphson e a implementação digital da técnica usando FPGA. Foi realizado um estudo de desempenho do inversor através de simulação, na qual é analisado o conteúdo harmônico e as perdas usando um método de estimação no software PSIM. Por fim são apresentados os resultados experimentais referentes à estratégia de modulação SHE-PWM aplicada ao inversor, realizando uma análise comparativa em relação às outras duas modulações já aplicadas por Silva (2013), PD-PWM e CSV-PWM, sendo mostradas as principais formas de onda, tais como: pulsos de acionamento dos interruptores, esforços de tensão e corrente nos interruptores, tensões de fase e de linha, bem como corrente na carga, estas relacionadas à operação do inversor com potência nominal. Para embasar a análise comparativa de desempenho da modulação em questão foram coletadas informações sobre o conteúdo harmônico e rendimento do inversor. Utilizando a modulação SHE-PWM, o conversor apresentou um rendimento de 97,71% ao alimentar uma carga trifásica (7500 VA, 220/380 V), e com exceção do resultado obtido para o índice de modulação de 0,5, o conteúdo harmônico apresentou uma melhora para toda faixa de índices testados (0,6, 0,7, 0,8 e 0,9), sendo que para o melhor caso, índice de 0,9, a WDHT é 45% menor em relação a PD-PWM e 58% menor com relação a CSV-PWM. ABSTRACT: The work proposes the application of the SHE-PWM modulation (Selective Harmonic Elimination) to the Multilevel Three-Phase Symmetric Hybrid Inverter with five levels based on the Half-Bridge and ANPC topologies proposed by Silva (2013) in order to compare the performance of this modulation with those previously applied in this structure. The topology of the inverter with its possible switching states, chosen drive logic and detailing of the current paths during the inverter operation is presented at the beginning. Then the SHE-PWM modulation strategy is applied, presenting the desired waveform at the output of the inverter to eliminate the chosen harmonics, Newton-Raphson method to calculate the switching angles and the digital implementation of the technique using FPGA. An inverter performance study was performed through simulation, in which harmonic content and losses were analyzed using an estimation method in the PSIM software. Finally, are presented the experimental results regarding the SHE-PWM modulation strategy applied to the inverter, performing a comparative analysis in relation to the other two modulations already applied by Silva (2013), PD-PWM and CSV-PWM. The main waveforms are shown, such as: switch pulses, voltage and current stresses on the switches, phase and line voltages, as well as load current, these are related to the operation of the inverter with nominal power. In order to base the comparative performance analysis of the modulation in question, information was collected on the harmonic content and efficiency of the inverter. Using the SHE-PWM modulation, the converter showed a yield of 97.71% when feeding a three-phase load (7500 VA, 220/380 V), and with the exception of the result obtained for the modulation index of 0.5, the harmonic content showed an improvement for all the index ranges tested (0.6, 0.7, 0.8 and 0.9), and for the best case, index of 0.9, the WTHD is 45% smaller in relation to PD-PWM and 58% smaller in relation to CSV-PWM.