Optimum design of modular multilevel converters for variable-speed electrical drives

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dc.contributor.advisorCupertino, Allan Fagner
dc.contributor.advisor-coPereira, Heverton Augusto
dc.contributor.advisor-coLatteshttp://lattes.cnpq.br/4298795970350194
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3035620499629987
dc.contributor.authorMatias Júnior, Paulo Roberto
dc.contributor.referee1Allan Fagner Cupertino
dc.contributor.referee2Heverton Augusto Pereira
dc.date.accessioned2023-08-08T15:51:00Z
dc.date.available2023-08-08T15:51:00Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractO conversor modular multinível (CMM) é uma topologia inerentemente tolerante a falhas e uma opção interessante para acionamentos elétricos de média tensão, especialmente quando cargas quadráticas são empregadas. Para selecionar a melhor tensão de bloqueio de IGBTs, este trabalho apresenta uma metodologia de projeto e comparação de CMMs considerando a redundância necessária para atingir o requisito de confiabilidade. São comparados projetos utilizando IGBTs comerciais com tensão de bloqueio na faixa de 1,7 a 6,5 kV. A seleção é baseada em métricas de complexidade, volume, área de silício e eficiência do conversor. O uso da metodologia é exemplificado por meio de um estudo de caso de um soprador industrial acionado por um motor de indução trifásico de 13,8 kV - 16 MW. Medições da velocidade de operação do acionamento e temperatura ambiente desse processo em uma indústria siderúrgica localizada no sudeste brasileiro são utilizadas na avaliação das perdas do conversor. Os resultados evidenciam que a classe de tensão ótima de IGBTs depende do tipo de redundância empregado. Além disso, apesar do aumento de complexidade e do número de componentes, os projetos baseados em IGBTs com menor tensão de bloqueio (1,7 e 3,3 kV) se mostram mais vantajosos devido a menores perdas, volume ocupado pelo conversor e área de silício.
dc.description.abstractotherThe modular multilevel converter (MMC) is an inherently fault-tolerant topology and an interesting option for medium voltage electrical drives, especially when quadratic loads are taken into account. In order to select the optimal blocking voltage for IGBTs, this work presents a design methodology and comparison of MMCs considering the necessary redundancy to achieve the reliability requirement. Designs using commercial IGBTs with blocking voltage in the range of 1.7 to 6.5 kV are compared. The selection is based on complexity, volume, silicon area and efficiency. The methodology application is exemplified through an industrial blower driven by a 13.8 kV - 16 MW three-phase induction motor. Measurements of the operating drive speed and ambient temperature of this process, which is part of a steel industry located in southeastern Brazil, is used as mission profile. The results show that the optimal class of IGBTs depends on the type of redundancy employed. In addition, despite the increase in complexity and the number of components, designs based on IGBTs with lower blocking voltage (1.7 and 3.3 kV) are proved to be more advantageous due to lower losses, converter volume and silicon area.
dc.identifier.urihttps://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/380
dc.language.isoen
dc.publisherCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei
dc.publisher.countryBrasil
dc.publisher.initialsCEFET-MG / UFSJ
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
dc.subjectMáquinas elétricas - Controle
dc.subjectConversores
dc.subjectEnergia elétrica - Conservação - Padrões
dc.titleOptimum design of modular multilevel converters for variable-speed electrical drives
dc.typeThesis
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