Conversor CA-CC e CC-CA monofásico do tipo Cuk e SEPIC com elevação de ganho e redução dos esforços de tensão sobre os semicondutores

Abstract

Esta tese propõe o estudo de uma família de conversores do tipo Cuk e SEPIC operando no modo de condução descontínua (MCD). As topologias analisadas incluem o retificador Cuk dobrador de tensão, o inversor Cuk dobrador de tensão e o retificador SEPIC dobrador de tensão de alto ganho, sendo estas inéditas na literatura. As topologias são baseadas no conceito dobrador de tensão, que visa reduzir os esforços de tensão sobre os semicondutores e ampliar os níveis de ganho da tensão de saída, mantendo um elevado fator de potência e baixa distorção harmônica. Os conversores analisados possuem correntes de entrada que seguem naturalmente o formato da tensão de entrada (no MCD), sem a necessidade de um sistema de controle ativo para correção do fator de potência, ou seja, são naturalmente seguidores de tensão, garantindo correntes no lado da rede elétrica senoidais e sincronizadas com a rede. Para validar os estudos teóricos desenvolvidos, são apresentados resultados de simulação numérica e ensaios experimentais realizados com protótipos em laboratório.

Abstract: This dissertation proposes the study of a family of Cuk and SEPIC converters operating in discontinuous conduction mode (DCM). The analyzed topologies include the voltage-doubler Cuk rectifier, the voltage-doubler Cuk inverter, and the high-gain voltage-doubler SEPIC rectifier, which are unprecedented in the literature. The proposed topologies are based on the voltage-doubler concept, which aims to reduce voltage stress on semiconductor devices and extend the output voltage gain levels, while maintaining a high power factor and low harmonic distortion. The analyzed converters present input currents that naturally follow the shape of the input voltage (in DCM), without the need for an active control system for power factor correction; that is, they are naturally voltage-following converters, ensuring sinusoidal input currents synchronized with the utility grid. To validate the developed theoretical studies, numerical simulation results and experimental tests carried out with laboratory prototypes are presented.