conversor ca-cc bridgeless monofÁsico de .programa de pÓs-graduaÇÃo em engenharia elÉtrica

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  • UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

    DIRETORIA DE PESQUISA E PS-GRADUAO

    PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

    MARCOS VINCIUS MOSCONI EWERLING

    CONVERSOR CA-CC BRIDGELESS MONOFSICO DE ESTGIO

    NICO COM PFC BASEADO NO CONVERSOR SEPIC OPERANDO

    NO MODO DE CONDUO CONTNUO

    DISSERTAO

    PONTA GROSSA

    2017

  • MARCOS VINCIUS MOSCONI EWERLING

    CONVERSOR CA-CC BRIDGELESS MONOFSICO DE ESTGIO

    NICO COM PFC BASEADO NO CONVERSOR SEPIC OPERANDO

    NO MODO DE CONDUO CONTNUO

    Dissertao apresentada como requisito parcial obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica, do Departamento de Engenharia Eletrnica, da Universidade Tecnolgica Federal do Paran.

    Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Illa Font

    PONTA GROSSA

    2017

  • Ficha catalogrfica elaborada pelo Departamento de Biblioteca da Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Cmpus Ponta Grossa n.13/18

    Elson Heraldo Ribeiro Junior. CRB-9/1413. 01/03/2018.

    E94 Ewerling, Marcos Vincius Mosconi

    Conversor CA-CC bridgeless monofsico de estgio nico com PFC baseado no conversor SEPIC operando no modo de conduo contnuo / Marcos Vincius Mosconi Ewerling. 2017.

    157 f.; il. 30 cm Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Illa Font

    Dissertao (Mestrado em Engenharia Eltrica) - Programa de Ps-Graduao em Engenharia Eltrica. Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Ponta Grossa, 2017.

    1. Conversores de corrente eltrica. 2. Fator de potncia. 3. Conduo eltrica. I. Font, Carlos Henrique Illa. II. Universidade Tecnolgica Federal do Paran. III. Ttulo.

    CDD 621.3

  • FOLHA DE APROVAO

    Ttulo de Dissertao N 36/2017

    CONVERSOR CA-CC BRIDGELESS MONOFSICO DE ESTGIO NICO COM PFC BASEADO NO CONVERSOR SEPIC OPERANDO NO MODO DE CONDUO

    CONTNUO

    por

    Marcos Vincius Mosconi Ewerling

    Esta dissertao foi apresentada s 14 horas do dia 14 de dezembro de 2017 como

    requisito parcial para a obteno do ttulo de MESTRE EM ENGENHARIA ELTRICA, com

    rea de concentrao em Controle e Processamento de Energia, Programa de Ps-

    Graduao em Engenharia Eltrica. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora

    composta pelos professores abaixo assinados. Aps deliberao, a Banca Examinadora

    considerou o trabalho aprovado.

    Prof. Dr. Paulo Junior Silva Costa (Faculdades Ponta Grossa)

    Prof. Dr. Claudinor Bitencourt Nascimento (UTFPR)

    Prof. Dr. Carlos Henrique Illa Font (UTFPR) Orientador

    Prof. Dr. Angelo Marcelo Tusset Coordenador do PPGEE

    A FOLHA DE APROVAO ASSINADA ENCONTRA-SE NO DEPARTAMENTO DE

    REGISTROS ACADMICOS DA UTFPR CMPUS PONTA GROSSA

  • Dedico este trabalho minha famlia, pelos momentos de ausncia, em

    especial aos meus Pais, Teresinha e Jos e ao meu Padrinho, Neodir, e minha Tia,

    Silvana, por todo apoio.

  • AGRADECIMENTOS

    Agrao primeiramente a Deus por me conceder sade, fora e sabedoria

    durante essa caminhada do Mestrado.

    Aos meus pais, Jos e Teresinha, os quais me deram total apoio durante

    essa trajetria e durante a minha vida, sou eternamente grato.

    Durante a trajetria do Mestrado fui presenteado com mais um pai e uma

    me, alm de dois irmos. Agradeo imensamente ao meu padrinho e minha tia,

    Neodir e Silvana, e aos meus primos, Gabriel e Eduardo, por todo apoio e

    companheirismo, sou eternamente grato.

    Agradeo ao meu orientador Prof. Dr. Carlos Henrique Illa Font por todos os

    ensinamentos concedidos, toda dedicao com o trabalho e pela confiana

    depositada em mim, foi uma trajetria de muito aprendizado e o Senhor o principal

    responsvel, Muito Obrigado.

    Agradeo aos meus amigos do Mestrado por todo companheirismo e

    amizade, em especial aos meus amigos Rafael Van Kan, Rafael Schmidt, Eduardo

    Hass e Rgis Cardozo, por toda a ajuda, desde as matrias at a elaborao da

    dissertao.

    Aos professores avaliadores do projeto, Prof. Dr. Paulo e Prof. Dr. Claudinor,

    obrigado pela avaliao e contribuio.

    A minha namorada, Mariana, por todo companheirismo pacincia durante

    essa trajetria.

    Agradeo a CAPES pelo suporte financeiro e a UTFPR campus Ponta

    Grossa pela estrutura oferecida para a realizao do curso.

    Para finalizar, agradeo de uma forma geral a todos que contriburam para o

    desenvolvimento deste trabalho e crescimento pessoal e profissional, Muito

    Obrigado.

  • O sucesso nasce do querer, da determinao e persistncia em se chegar

    a um objetivo. Mesmo no atingindo o alvo, quem busca e vence obstculos, no

    mnimo far coisas admirveis.

    (Jos de Alencar)

  • RESUMO

    EWERLING, Marcos Vincius Mosconi. Conversor CA-CC bridgeless monofsico de estgio nico com PFC baseado no conversor SEPIC operando no modo de conduo contnuo. 2017. 157 f. Dissertao (Mestrado em Engenharia Eltrica) - Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Ponta Grossa, 2017.

    Neste trabalho apresentado a anlise de um conversor CA-CC Bridgeless monofsico de estgio nico com correo de Fator de Potncia, baseado no conversor SEPIC isolado com os interruptores do lado CA. Para que o conversor exera a tcnica de correo de fator de potncia, pelo fato de estar operando no modo de conduo contnuo (MCC), necessrio controlar a corrente de entrada. Sendo assim, o sistema de controle, comparado caso o conversor operasse no modo de conduo descontnuo (MCD), fica mais complexo, resultando em uma desvantagem para operao em MCC. Porm, quando se trata de rendimento, como os nveis de pico de corrente so menores operando em MCC, se espera obter um rendimento mais elevado. Alm disso, com os interruptores do lado CA o conversor apresenta um nmero menor de semicondutores no caminho da corrente durante um perodo de comutao, comparado com a topologia convencional, sendo mais um ponto positivo se tratando do rendimento do conversor. So apresentadas as etapas de operao do conversor, as formas de onda ideais, tanto em alta frequncia quanto em baixa frequncia, a anlise matemtica contendo as principais equaes que regem o funcionamento do conversor e a simulao numrica comprovando a anlise desenvolvida. O conversor foi projetado para uma tenso de entrada de 127V com tenso de sada igual a 200V, operando com uma frequncia de comutao igual a 50kHz e uma potncia entregue a carga igual a 300W.

    Palavras-chave: Conversor SEPIC isolado. Bridgeless. Monofsico. Estgio nico. Elevado fator de potncia.

  • ABSTRACT

    EWERLING, Marcos Vincius Mosconi. Single-phase bridgeless AC-DC converter with a single-stage with PFC based on SEPIC converter operating in the continuous conduction mode. 2017. 157 p. Dissertation (Masters Degree in Electrical Engineering) - Federal University Technology of Paran, Ponta Grossa, 2017.

    In this paper is presented the analysis of a single-phase bridgeless AC-DC converter with a single-stage of power factor correction, based on an isolated SEPIC converter with AC-side switches. Wherefore the converter carry out the power factor correction technic, by the act of operating in the continuous conduction mode (CCM), its essential to control the input current. Therefore, the control system, compared to the converter operating in the discontinuous conduction mode (DCM), become more complex, resulting on a disadvantage for the CCM. Nevertheless, when its come to efficiency, how the levels of peak current are smaller operating in CCM, it is expected to obtain a higher efficiency. Besides that, with the AC-side switches the converter presents a smaller number of semiconductors on the current path during a switching period, compared with the conventional topology, become one more positive advantage for the converter efficiency. Are presented the operation stages of the converter, waveforms, for high frequency as well as mains frequency, the numeric analysis possessing the leading equations for the converter operations and the numeric simulation proving the developed analysis. The converter was designed for a 127V input voltage, with a 200V output voltage, operating with a switching frequency of 50kHz, and a 300W rated output power.

    Keywords: Isolated SEPIC converter, Bridgeless. Single-phase. Single-stage. High power factor.

  • LISTA DE FIGURAS

    Figura 1 Estruturas convencionais de conversores CA-CC. (a) estrutura de estgio nico; (b) estrutura de dois estgios. ............................................................ 20

    Figura 2 Conversor SEPIC CA-CC de estgio nico com interruptores do lado CA ............................................................................................................................. 22

    Figura 3 - Representao de conversores CA-CC de dois estgios atravs de diagrama de blocos ................................................................................................... 24

    Figura 4 - Conversor de dois estgios: Boost + Forward .......................................... 25

    Figura 5 - Representao de conversores CA-CC de estgios nico atravs de diagrama de blocos ................................................................................................... 26

    Figura 6 - Conversor CA-CC integrado proposto por POSTIGLIONE (2006) ............ 27

    Figura 7 - Conversor SEPIC CA-CC de estgio nico proposto por MAHDAVI E FARZANEHFARD (2011) .......................................................................................... 28

    Figura 8 Conversor Cuk CA-CC de estgio nico proposto por SAHID e MUHAMMAD (2011) ................................................................................................. 28

    Figura 9 - Topologia do

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