ANÁLISE COMPARATIVA DE INVERSORES MULTINÍVEIS MONOFÁSICOS BASEADOS EM CÉLULAS DE COMUTAÇÃO

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1 NÁISE COMPRTIV DE INVERSORES MUTINÍVEIS MONOFÁSICOS BSEDOS EM CÉUS DE COMUTÇÃO Jã. F. Net, René P. T. Bascpé e Cícer M. T. Cruz Departament de Engenharia Elétrica, Universidade Federal d Ceará Frtaleza CE, s: jaaferreiranet@htmail.cm, rene@dee.ufc.br, cicer@dee.ufc.br Resum Este artig apresenta a análise cmparativa para peraçã em regime permanente de três inversres multiníveis mnfásics, cm grampeament d pnt neutr (NPC Neutral Pint Clamped), baseads em células de cmutaçã. O primeir é um inversr NPC de cinc níveis basead em células de cmutaçã de múltipls estads (CCME); segund também é um inversr NPC de cinc níveis basead em células de cmutaçã intercaladas (CCI) e terceir é um inversr NPC de três níveis basead n paralelism de células de cmutaçã (PCC). Para esta análise, a freqüência de cmutaçã é mantida cnstante e s parâmetrs avaliads sã vlume ds dissipadres e ds cmpnentes passivs, a Distrçã Harmônica Ttal DHT da tensã de saída, a densidade de ptência e rendiment de cada tplgia. Sã apresentads resultads da análise teórica, assim cm resultads experimentais btids a partir de prtótips de 5 kw. PalavrasChave Células de Cmutaçã Intercaladas, Células de Cmutaçã de Múltipls Estads, Inversres Multiníveis, Paralelism de Células de Cmutaçã. COMPRTIVE NYSIS OF SINGE PHSE MUTIEVE INVERTERS BSED ON SWITCHING CES bstract This paper presents a cmparative analysis in steadystate f three singlephase NPC multilevel inverters based n switching cells. The first is a fivelevel NPC inverter based n multistate switching cells; the secnd is als a fivelevel NPC inverter based n interleaved switching cells; and the third is a threelevel NPC inverter based n paralleled switching cells. Fr this cmparative purpse, the switching frequency is cnstant and the evaluated parameters are the vlume f the heatsinks and the passive cmpnents, the THD f the utput vltage, the pwer density and efficiency f each tplgy. Theretical analyses, as well as experimental results btained frm 5 kw prttypes are presented. Keywrds Interleaved Switching Cells, MultiState Switching Cells, Multilevel NPC Inverter, Paralleled Switching Cells. rtig submetid em 5//3. Primeira revisã em 6/7/3, segunda revisã em 6//3. ceit para publicaçã em 6//3, pr recmendaçã d Editr Henrique. C. Braga. Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3 I. INTRODUÇÃO Ns últims ans s cnversres multiníveis têm sid amplamente explrads n camp da eletrônica de ptência, tant para aplicações industriais quant para aplicações em sistemas de ptência [3]. Entre estes cnversres, inversr NPC de três níveis tem sid centr ds esfrçs de pesquisa e desenvlviment para aplicações em média tensã []. Pesquisas recentes também demnstram que s cnversres NPC alimentads em tensã (VSC Vltage Surce Cnverter) sã uma alternativa prmissra para aplicações em baixa tensã [5]. Uma das razões para a crescente utilizaçã ds cnversres multiníveis em sistemas de ptência e industriais reside n fat da capacidade que estes cnversres apresentam em dividir unifrmemente a tensã d barrament cc através ds semicndutres. Desta frma, sã necessáris semicndutres de menr cust, cm tensã máxima de blquei reduzida, resultand em uma reduçã nas perdas em cnduçã. Para aplicações de alta crrente, várias técnicas têm sid intrduzidas na literatura cm bjetiv de elevar a capacidade de crrente ds cnversres, entre as quais se pde destacar a técnica de intercalament que se fundamenta na cnexã paralela de cnversres que peram de frma sincrnizada e cmplementar, cnectads à mesma carga e alimentads a partir da mesma fnte. Os cnversres intercalads cm acplament magnétic sã encntrads na literatura técnica sb duas frmas: cnversres intercalads cm indutres acplads [68] e cnversres intercalads que utilizam células acpladas magneticamente através de um auttransfrmadr (transfrmadr de interfase) [9,]. análise d inversr de cinc níveis (5N) NPCCCME, que utiliza um auttransfrmadr, fi realizada em [], send verificad funcinament deste cnversr através de resultads experimentais. Entretant, estas tplgias necessitam de uma avaliaçã de desempenh adequada n que se refere a númer de interruptres, vlume ds dissipadres e ds cmpnentes magnétics, DHT da tensã de saída, densidade de ptência e rendiment de cada cnversr. Dentr deste cntext, neste artig é apresentada a análise cmparativa de três inversres NPC mnfásics. Na primeira tplgia, as células de cmutaçã sã cnectadas através de um auttransfrmadr (5NNPC CCME). Na segunda tplgia, as células de cmutaçã sã cnectadas através de indutres nã acplads (5NNPC CCI). Finalmente, na terceira tplgia, as células de cmutaçã sã apenas cnectadas em paralel (3NNPC PCC). s três tplgias sb análise estã representadas nas Figuras, e 3, respectivamente. Verificase que as três tplgias apresentam mesm númer de semicndutres. 97

2 O Dc Dc S S S3 S Dc3 Dc S5 S6 S7 S8 uttransfrmadr Fig.. Inversr de cinc níveis NPCCCME. O Dc Dc S S S3 S Dc3 Dc Fig.. Inversr de cinc níveis NPCCCI. O Dc Dc S S S3 S Dc3 Dc S5 S6 S7 S8 S5 S6 S7 S8 N N Capacitr Filtr Indutr Filtr C Indutres nã cplads V C Capacitr Filtr 3 Capacitr Filtr Indutr Filtr C3 C R G V C R G V C R G. i(t) V O(t) = 5 evel v(t) O V(t) V (t) i(t) v(t) v(t) i(t) 3 V O(t) 3 evel i(t) v(t) (a) (b) Fig.. Circuits equivalentes de saída: (a) 5NNPCCCME e (b) 3NNPCPCC. V(t) V (t) 3 evel 5 evel i(t) i(t) V(t) V(t) = i(t) v (t) v (t) i(t ) V(t) V(t) 3 evel. V(t) V(t) 5 evel = i(t) v (t) i(t) v (t) Fig. 5. Circuit equivalente de saída btid para inversr 5N NPCCCI. s frmas de nda teóricas ds sinais de cmand ds interruptres S, S, S5 e S8, as tensões de saída em cada braç em relaçã a pnt O, V (t) e V (t), e a tensã de saída equivalente para inversr 5NNPCCCI estã representadas na Figura 6. Os sinais de cmand ds interruptres S3, S, S7 e S6 sã cmplementares as respectivs sinais ds interruptres S, S, S5 e S8. Sinal de Cmand para S Sinal de Cmand para S5 Fig. 3. Inversr de três níveis NPCPCC. Sinal de Cmand para S Para s inversres de cinc níveis NPCCCME e NPC CCI, s sinais de cmand ds interruptres crrespndentes de cada braç estã defasads de 8º []. Para inversr de três níveis NPCPCC, s respectivs sinais estã em fase. Na seçã II sã apresentads s circuits equivalentes de saída ds inversres. Nas seções III e IV sã realizadas as análises da ndulaçã de crrente e da DHT da tensã de saída antes d filtr. Na seçã V sã apresentads alguns valres btids tericamente para as tplgias. Finalmente, na seçã VI sã apresentads s resultads experimentais. Vin/ Vin/ Vin/ Sinal de Cmand para S8 Tensã V(t) Tensã V(t) II. CIRCUITOS EQUIVENTES DE SÍD Vin/ Vin/ Os circuits equivalentes de saída para s inversres 5N NPCCCME e 3NNPCPCC estã representads na Figura.a e na Figura.b, respectivamente. O circuit equivalente de saída para inversr 5NNPC CCI é btid aplicandse s teremas de Nrtn e Thévenin ns circuits de saída individuais de cada braç d cnversr, de acrd cm a representaçã da Figura 5. Vin/ Vin/ Vin/ t Tensã de Saída Equivalente (V (t) V (t))/ Fig. 6. Frmas de nda teóricas para inversr 5NNPCCCI. 98 Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3

3 través da Figura 6, verificase que a frma de nda da tensã de saída equivalente para inversr 5NNPCCCI, que utiliza indutres nã acplads, é idêntica à frma de nda da tensã de saída V O (t) para inversr 5NNPC CCME, que utiliza um auttransfrmadr []. Cmparandse s circuits equivalentes de saída destes dis cnversres, verificase que a cndiçã dada pr () deve ser satisfeita para que a ndulaçã da crrente ttal de saída para s dis inversres sejam iguais.. () Na equaçã (), e representam s valres de indutância ds indutres nã acplads para inversr 5N NPCCCI, enquant que representa valr de indutância d indutr filtr para inversr 5NNPCCCME. III. ONDUÇÃO DE CORRENTE. Ondulaçã da Crrente de Saída Cm a equaçã () satisfeita, a ndulaçã da crrente ttal de saída para inversr 5NNPCCCI é exatamente igual à ndulaçã da crrente n indutr filtr para inversr 5N NPCCCME. equaçã nrmalizada desta ndulaçã de crrente, definida em (), está representada pr (3) para um semicicl da tensã de saída d inversr. I.. I () Vin M. sent. M. sent, t (3) M. sent. M. sent I, t M. sent. M. sent, t F s Frequência de cmutaçã ds interruptres. Tensã cc de entrada. M Índice de mdulaçã. Ângul de transiçã definid pr (). sen () M equaçã (3) está representada graficamente na Figura 7 para alguns valres de M, durante um semicicl da tensã de saída d inversr. Observandse gráfic da Figura 7, ntase que valr da ndulaçã da crrente ttal de saída para s inversres de cinc níveis NPCCCME e NPCCCI é nul para = e =. B. Ondulaçã da Crrente ns Cmpnentes Magnétics Para inversr 5NNPCCCME que utiliza um auttransfrmadr, assumind mesm númer de espiras em cada enrlament e crrente magnetizante nula, as crrentes ns enrlaments sã iguais e equivalentes à metade da crrente ttal de saída. Desta frma, a ndulaçã da crrente de cada enrlament é também a metade da ndulaçã da crrente ttal de saída e a frequência da ndulaçã de tdas as crrentes neste cnversr é igual a dbr da frequência de cmutaçã ds interruptres []. I (t,m),35,3,5,,5,,5 M =,7 M =,75 M =,8 M =,85 t Fig. 7. Ondulaçã da crrente ttal de saída para s inversres 5N NPCCCME e 5NNPCCCI. Para inversr 5NNPCCCI, a frequência de ndulaçã da crrente através ds indutres nã acplads é igual à frequência de cmutaçã ds interruptres. sma das crrentes ns indutres prduz a crrente ttal de saída, cuja frequência de ndulaçã é igual a dbr da frequência de cmutaçã. equaçã nrmalizada da ndulaçã da crrente n indutr, definida em (5), está representada pr (6) para um semicicl da tensã de saída d inversr. I.. I (5) Vin M.sent.M.sent I, t (6) equaçã (6) está representada graficamente na Figura 8 para alguns valres de M e durante um semicicl da tensã de saída d inversr. É imprtante mencinar que a ndulaçã da crrente n indutr filtr 3 para inversr 3N NPCPCC é idêntica à ndulaçã da crrente n indutr. I(t,M),7,6,5,,3,, M =,7,75,8,85,9 / t Fig. 8. Ondulaçã da crrente n indutr para inversr 5N NPCCCI. s ndulações das crrentes n enrlament N para inversr 5NNPCCCME e n indutr para inversr 5N NPCCCI estã representadas na Figura 9 para um valr de M igual a,9. Verificase que para uma mesma frma de nda da crrente ttal de saída, a ndulaçã da crrente ns enrlaments d auttransfrmadr para inversr 5NNPC CCME é menr cmparada à ndulaçã da crrente ns Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3 99

4 indutres nã acplads para inversr 5NNPCCCI. Desta frma, valr eficaz da crrente ns semicndutres da tplgia CCME é também menr cmparad a respectiv valr da tplgia CCI. Cnsequentemente, as perdas em cnduçã n inversr 5NNPCCCME sã reduzidas cmparadas às perdas em cnduçã n inversr 5NNPC CCI.,7,6,5,,3,, M=,9 Ondulaçã da Crrente n Indutr Ondulaçã da Crrente n Enrlament N t Fig. 9. Ondulações das crrentes n enrlament N (5NNPC CCME) e n indutr (5NNPCCCI) para M igual a,9. IV. DISTORÇÃO HRMÔNIC TOT Distrçã Harmônica Ttal (DHT) da tensã de saída V O, antes d filtr, para inversr 5NNPCCCME é dada pr (7) [3]. Esta equaçã também é valida para a DHT da tensã de saída equivalente d inversr 5NNPCCCI. M M DHT sen (7).. M M DHT da tensã de saída V O, também antes d filtr, para inversr 3NNPCPCC é dada pr (8) [3]. DHT (8) M s equações (7) e (8), que determinam a variaçã da DHT da tensã de saída ds inversres em funçã d índice de mdulaçã, estã representadas graficamente na Figura. Distrçã Harmônica Ttal (%) 8 6 3NNPCPCC 5NNPCCCME 5NNPCCCI,5,6,7,8,9 Índice de Mdulaçã Fig.. Curvas de variaçã da DHT da tensã de saída ds inversres, em funçã d índice de mdulaçã. Cm era de se esperar, verificase uma sensível reduçã na DHT da tensã de saída ds inversres de cinc níveis em relaçã a inversr de três níveis, cmprvand a imprtância de frmas de nda multiníveis na reduçã d cnteúd harmônic e cnsequentemente na reduçã d pes e vlume ds cmpnentes passivs ds cnversres. V. RESUTDOS TEÓRICOS s três tplgias analisadas utilizam mesm cnjunt de interruptres e dids (8 IGBT s IRGP5B6PD e dids 3EPH6 fabricads pela Internatinal Rectifier) e s mesms parâmetrs de prjet: = 5 V, V = 7 V RMS, P = 5 kw e F s = khz. Os cmpnentes passivs fram calculads de acrd cm circuit equivalente de saída de cada tplgia.. Cálcul de Perdas ns Semicndutres partir ds valres das crrentes ns semicndutres, calculads pelas equações apresentadas em [], as perdas em cnduçã e em cmutaçã para cada interruptr sã calculadas pr (9) e (), respectivamente. s perdas em cmutaçã, que dependem d valr de pic e cnsequentemente da ndulaçã de crrente, representam apenas 3% das perdas ttais ns interruptres. P I. V (9) P cnd_ S I S _avg PK sw_ S. Vin.. CE( n) t r t f () I S_avg Valr médi da crrente em cada interruptr. V CE(n) Tensã de saturaçã cletremissr. I PK Valr de pic da crrente ns semicndutres. t r Temp de subida. t f Temp de descida. s perdas em cnduçã e em cmutaçã para cada did de grampeament sã calculadas pr () e (), respectivamente. P cnd_ Dc I Dc _ avg. V () F P sw_ Dc. Vin. I RRM. trr. F () s I Dc_avg V F I RRM t rr Valr médi da crrente em cada did. Tensã direta. Crrente de recuperaçã reversa máxima. Temp de recuperaçã reversa. B. Vlume ds Dissipadres Os vlumes ds dissipadres necessáris para s semicndutres ds cnversres sã avaliads pel mesm índice de desempenh cm sistema de resfriament (CSPI Cling System Perfrmance Index) []. Este mdel térmic adta para a temperatura d dissipadr um valr fix de 8 C e assume uma cndutância térmica pr vlume de dissipadr. Cm as perdas ttais ns semicndutres calculadas, a resistência térmica necessária d dissipadr pde ser btida pr (3). THS T Rth HS (3) _ Ptt Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3

5 T HS = 8º C Temperatura d dissipadr. T = º C Temperatura ambiente. Desta frma, vlume d dissipadr necessári para s semicndutres de cada cnversr pde ser calculad pr (). Vl HS CSPI. R th () _ HS CSPI = 7,88 mw/k.cm 3 Índice de desempenh cm sistema de resfriament para um dissipadr típic de alumíni. C. Cmpnentes Magnétics Os parâmetrs de cada cmpnente magnétic utilizad sã apresentads na Tabela I. Em tds s prjets utilizuse a mesma densidade de crrente (J = 38 /cm ) e mesm núcle (NEE65/33/5 IPThrtn). O indutr 3 fi implementad cm dis indutres cnectads em série. s perdas n cbre, n núcle e ttais de cada cmpnente magnétic sã apresentadas na Tabela II [5,6]. TBE I Parâmetrs Magnétics Cmpnente Vlume de Númer de Fi Utilizad Cbre (cm 3 ) Espiras uttransfrmadr 3, N = N = x 6WG Indutr, x 6WG Indutr 36,98 6 x 6WG Indutr 36,98 6 x 6WG TBE II Perdas ns Cmpnentes Magnétics Cmpnente Perdas n Cbre (W) Perdas n Núcle (W) Perdas Ttais (W) uttransfrmadr 8,8 5,66 3,7 Indutr,,,3 Indutr 8,76,87 9,63 Indutr 8,76,87 9,63 Indutr 3,,3,5 Na Tabela II, bservase que as perdas n núcle n indutr para inversr 5NNPCCCME sã desprezíveis cmparadas as perdas n cbre n cmpnente (%). Devese ist a fat da ndulaçã de alta frequência presente na crrente d indutr ter um valr máxim reduzid cmparad a valr de pic desta crrente (I 7,5%.I pic ). D. Cmparaçã das Tplgias Tabela III apresenta alguns valres utilizads e btids tericamente para cada tplgia. Observandse estes valres, ntase que mesm cm a utilizaçã d indutr filtr para inversr 5NNPCCCME, rendiment desta tplgia é aprximadamente igual a das tplgias similares (5NNPCCCI e 3NNPCPCC). densidade de ptência d inversr 5NNPCCCME, que utiliza um auttransfrmadr, é também aprximadamente igual à d inversr 5NNPCCCI, que utiliza indutres nã acplads, e levemente superir à d inversr 3NNPCPCC, que utiliza um únic indutr [7]. TBE III Cmparaçã das Tplgias ( = 5 V, V = 7 V RMS, P = 5 kw, F s = khz e M =,7) Tplgia 5NNPCCCME 5NNPCCCI 3NNPCPCC Indutância d Filtr de Saída = 8 μh = = 36 μh 3 = 36 μh Capacitância d Filtr de Saída C = μf C = μf C 3 = μf Perdas Ttais ns Semicndutres (W) 5, 5, 8,5 Vlume d Dissipadr (cm 3 ) 3,36 3,9 7,69 Vlume ds Cmpnentes Magnétics (cm 3 ) 389,6 386,76 398, Vlume d Capacitr Filtr (cm 3 ) 3,8 3,8 59,65 Perdas Ttais n uttransfrmadr (W) 3,7 Perdas Ttais ns Indutres (W),3 9,6,5 Vlume Ttal (cm 3 ) 636,79 63,67 665,8 Densidade de Ptência (kw/dm 3 ) 7,85 7,77 7,5 Rendiment (%) 96,7 96,68 96,7 DHT (Tensã de Saída antes d Filtr),7 %,7 % 87,66 % VI. RESUTDOS EXPERIMENTIS Cm bjetiv de cmprvar a análise teórica realizada e alguns valres apresentads na seçã anterir fram desenvlvids prtótips de 5 kw para as três tplgias analisadas. Na Figura é apresentada a imagem d prtótip d inversr 5NNPCCCME. s frmas de nda btidas experimentalmente das tensões de saída V O e V para este inversr sã mstradas na Figura, na qual se verifica s cinc níveis presentes na frma de nda da tensã V O. s frmas de nda da tensã de saída V e da crrente ttal de saída para s inversres 5NNPCCCME, 5NNPCCCI e 3NNPCPCC sã mstradas nas Figuras 3, e 5, respectivamente, nas quais se verifica uma ndulaçã de alta frequência reduzida nas frmas de nda das crrentes ds inversres de cinc níveis em relaçã à respectiva ndulaçã de crrente presente n inversr de três níveis. Fig.. Prtótip de 5 kw para inversr 5NNPCCCME. Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3

6 enrlament N d auttransfrmadr para inversr 5N NPCCCME apresenta uma ndulaçã reduzida em relaçã à apresentada pela crrente n indutr para inversr 5N NPCCCI. Fig.. Frmas de nda da tensã V O (CH) e da tensã V (CH) para inversr 5NNPCCCME. Fig. 5. Frmas de nda da tensã de saída V (CH) e da crrente n indutr 3 (CH) para inversr 3NNPCPCC. Fig. 3. Frmas de nda da tensã de saída V (CH) e da crrente n indutr (CH3) para inversr 5NNPCCCME. Fig. 6. Frmas de nda das crrentes n indutr (CH3) e n enrlament N d auttransfrmadr (CH) para inversr 5N NPCCCME. Fig.. Frmas de nda da tensã de saída V (CH) e da crrente ttal de saída (CH) para inversr 5NNPCCCI. s frmas de nda das crrentes n indutr e n enrlament N d auttransfrmadr para inversr 5N NPCCCME sã apresentadas na Figura 6, e as frmas de nda da crrente ttal de saída e da crrente n indutr para inversr 5NNPCCCI sã apresentadas na Figura 7, nas quais ntase que apesar das crrentes ttais de saída para s dis inversres apresentarem uma ndulaçã de alta frequência equivalente, a frma de nda da crrente n Fig. 7. Frmas de nda da crrente ttal de saída (CH) e da crrente n indutr (CH3) para inversr 5NNPCCCI. s frmas de nda das crrentes n inversr 3NNPC PCC sã apresentadas na Figura 8, na qual se bserva a Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3

7 presença de pics de crrente em um ds braçs d inversr devid à diferença ns parâmetrs de cmutaçã ds interruptres cnectads diretamente em paralel. Fig.. Crrentes ns enrlaments d auttransfrmadr, vistas em detalhes, para inversr 5NNPC Fig. 8. Frmas de nda das crrentes n indutr 3 (CH) e ns braçs individuais (CH invertid e CH3) para inversr 3NNPC PCC. s frmas de nda, vistas em detalhes, das crrentes n indutr e n enrlament N d auttransfrmadr para inversr 5NNPCCCME sã mstradas na Figura 9, na qual se verifica que a ndulaçã da crrente em cada enrlament d auttransfrmadr é a metade da ndulaçã da crrente n indutr. s frmas de nda, vistas em detalhes, das crrentes ns enrlaments d auttransfrmadr sã mstradas na Figura s frmas de nda, vistas em detalhes, da crrente ttal de saída e da crrente n indutr para inversr 5NNPC CCI estã representadas na Figura, para frmas de nda das crrentes ns indutres nã acplads, vistas em detalhes, estã representadas na Figura, na qual pde ser verificad que estas crrentes estã defasadas de 8º. través das Figuras e, também se verifica que a frequência de ndulaçã das crrentes ns indutres é igual à frequência de cmutaçã ds interruptres (F s = khz), enquant que a frequência de ndulaçã da crrente ttal de saída é dbr da frequência de cmutaçã (.F s = khz). Fig.. Frmas de nda em detalhes da crrente ttal de saída (CH) e da crrente n indutr (CH3) para inversr 5NNPC Fig.. Crrentes ns indutres nã acplads, vistas em detalhes, para inversr 5NNPC Fig. 9. Detalhe das frmas de nda das crrentes n indutr (CH3) e n enrlament N d auttransfrmadr (CH) para inversr 5NNPCCCM Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3 s frmas de nda, vistas em detalhes, das crrentes n inversr 3NNPCPCC estã representadas na Figura 3, na qual ntase a presença de pics de crrente em um ds braçs d inversr ns intervals de temp em que crre a cmutaçã ds interruptres. Neste cas, há a necessidade da inclusã de uma pequena indutância entre s braçs cnectads em paralel d cnversr [8]. 3

8 VII. CONCUSÕES Fig. 3. Frmas de nda, vistas em detalhes, da crrente n indutr 3 (CH) e das crrentes de saída individuais (CH e CH3) n pnt médi de cada braç d inversr 3NNPC s curvas de rendiment experimentais para s inversres em funçã da ptência de saída sã apresentadas na Figura. Ntase que s rendiments ds inversres de cinc níveis sã bastante próxims e maires que 96, % para a ptência nminal de carga. Entretant, bservase uma reduçã n rendiment d inversr 3NNPCPCC devid às perdas em cmutaçã ns interruptres d cnversr. curva de variaçã da DHT da tensã de saída V O em funçã d índice de mdulaçã para inversr 5NNPC CCME está representada na Figura 5. Rendiment (%) NNPCCCME 5NNPCCCI 3NNPCPCC Ptência de Saída (kw) Fig.. Curvas de rendiment ds inversres em funçã da ptência de saída. Distrçã Harmônica Ttal (%) Teóric Experimental,5,6,7,8,9, Índice de Mdulaçã Fig. 5. Curva de variaçã da DHT da tensã V O em funçã d índice de mdulaçã para inversr 5NNPCCCME. Este artig apresentu a análise cmparativa em regime permanente de três inversres multiníveis NPC. Para esta análise, a frequência de cmutaçã ds interruptres fi mantida cnstante. Cmparand vlume e pes, fi verificad que s inversres de cinc níveis apresentam praticamente mesm valr. Entretant, inversr de três níveis apresenta mair pes e vlume cmparad cm s inversres de cinc níveis devid a filtr de saída ficar submetid apenas à frequência de cmutaçã ds interruptres. Nesta análise, s vlumes ds dissipadres necessáris fram avaliads pel mesm índice de desempenh cm sistema de resfriament CSPI e s cmpnentes passivs fram calculads de acrd cm circuit equivalente de saída de cada cnfiguraçã. Resultads experimentais demnstram curvas de rendiment similares para s inversres de cinc níveis. Em terms de valres eficazes, inversr 5NNPCCCI apresenta maires crrentes ns semicndutres e cmpnentes magnétics. Em labratóri fi bservad que s inversres 5NNPC CCI e 3NNPCPCC sã mais susceptíveis a desbalanceament de crrentes através ds cmpnentes devid a pequenas variações de razã cíclica, pequenas diferenças de valres ns resistres de gatilh e utras nã idealidades, especialmente ns layuts ds prtótips. Desta frma, algumas precauções adicinais devem ser realizadas durante a implementaçã destes dis cnversres. GRDECIMENTOS Os autres gstariam de agradecer a Grup de Prcessament de Energia e Cntrle (GPEC) d Departament de Engenharia Elétrica (DEEUFC) pel frneciment de equipaments e instalações e a CPES pel suprte financeir deste trabalh. REFERÊNCIS [] J. Rdriguez, J., IEEE Transactins n Industrial Electrnics, vl. 9, n., pp. 7738, ugust. [] J. Dixn, evel Multistep Inverter Optimizatin Using a Minimum Number f Pwer, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, vl., n., pp , March 6. [3] J. Rdriguez, S. Bernet, B. Wu, J. O. Pntt, S. Kur, SurceCnverter Tplgies fr Industrial Mediun, IEEE Transactins n Industrial Electrnics, vl. 5, n. 6, pp. 9395, December 7. [] Pint, IEEE Trans. Ind. ppl., vl. I7, n. 5, pp , September/Octber 98. [5] R. Teichmann, evel Cnverters Versus Twevel Cnverters fr wvltage Drives, Tractin, and Utility, IEEE Transactins n Industry Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3

9 pplicatins, vl., n. 3, pp , May/June 5. [6] J. Salmn,. M. Knight, J. Ewanchuk, SinglePhase Multilevel PWM Inverter Tplgies Using Cupled Inductrs, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, vl., n. 5, pp. 5966, May 9. [7] R. Hausmann, R. Silva, I. Barbi, ThreePhase NPC Inverter Using ThreePhase Cupled Inductr, in Prc. Energy Cnvers. Cngr. Exp., San Jse, C, pp , September 9. [8] D. Flricau, E. Flricau, G. Gateau, New Multilevel Cnverters with Cupled Inductrs: Prperties and Cntrl, IEEE Transactins n Industrial Electrnics, vl. 58, n., pp , December. [9] M. T. Peraça, I. Barbi, Threeevel HalfBridge Inverter Based n the ThreeState Switching Cell, Presented at the INDUSCON, Recife, Brazil, 6. [] E. aburé,. Cunière, T. Meynard, F. Frest, E. Sarraute, Theretical pprach t Intercell Transfrmers, pplicatin t Interleaved Cnverters, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, vl. 3, n. 3, pp. 6 7, January 8. [] R. P. T. Bascpé, J.. F. Net, G. V. T. Bascpé, Multistate Cmmutatin Cells t Increase Current Capacity f Multievel Inverters, Presented at the Telecmmunicatins Energy Cnference (INTEEC), msterdam, Netherlands,, IEEE 33rd Internatinal. [] F. Frest, E. aburé, T.. Meynard, V. Smet, Design and Cmparisn f Inductrs and Intercell Transfrmers fr Filtering f PWM Inverter Output, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, vl., n. 3, pp. 88, March 9. [3] J.. F. Net, nálise cmparativa de inversres multiníveis mnfásics baseads em células de cmutaçã cm elevaçã da capacidade de crrente. Exame de qualificaçã apresentad à Universidade Federal d Ceará cm parte ds requisits necessáris à btençã d títul de Dutr em Engenharia Elétrica. Frtaleza, 3. [] U. Drfenik, J. W. Klar, nalyzing the theretical limits f frced aircling by emplying advanced cmpsite materials with thermal cnductivities > W/mK, IEEE CIPS, Naples, Italy, June 6. [5] I. Barbi, Eletrônica de Ptência: Prjets de fntes chaveadas, Ediçã d utr, a Ediçã, Flrianóplis, 7. [6] F. J. M. Seixas, J. P. R. Balester, C. M. Seixas, F.. Tfli, G. V. T. Bascpé, Bridgeless Bst PFC Cnverter Using the ThreeState Switching Cell, Eletrônica de Ptência SOBREP, vl. 7, n, pp. 535, Mai. [7] J.. F. Net, R. P. T. Bascpé, C. M. T. Cruz, R. G.. Cacau, G. V. T. Bascpé, Cmparative Evaluatin f Three SinglePhase NPC Inverters, th IEEE/IS Internatinal Cnference n Industry pplicatins INDUSCON, Frtaleza, Brazil, Nvember. [8] H.. C. Braga, I. Barbi, New Technique fr Parallel Cnnectin f Cmmutatin Cells: nalysis, Design, and Experimentatin, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, vl., n., pp , March 997. DDOS BIOGRÁFICOS Jã berides Ferreira Net, nasceu em Belém, P, Brasil, frmuse em Engenharia Elétrica (Opçã Eletrônica) pela Universidade Federal d Pará (UFPa) em 99 e recebeu grau de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Flrianóplis, Brasil, em 99. De 995 a 997 atuu cm blsista CNPq de desenvlviment científic reginal (DCR3) na Universidade Federal d Pará (UFPa). tualmente é alun de Dutrad d Prgrama de PósGraduaçã em Engenharia Elétrica da Universidade Federal d Ceará (PPGEEUFC) n Grup de Prcessament de Energia e Cntrle (GPEC). Seus temas de interesse incluem retificadres cm crreçã de fatr de ptência, cnversres multiníveis, cnversres CC/CC bidirecinais e aplicações de eletrônica de ptência em sistemas de ptência. Msc. berides é membr da Sciedade Brasileira de Eletrônica de Ptência (SOBREP). René Pastr TrricBascpé, nasceu em Cchabamba, Blívia, frmuse em Engenharia Elétrica pela Universidade Mayr de San Simón, Cchabamba, Blívia, em 99 e recebeu s graus de Mestre e de Dutr em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Flrianóplis, Brasil, em 99 e, respectivamente. tualmente é prfessr assciad d Departament de Engenharia Elétrica da Universidade Federal d Ceará (DEEUFC), Frtaleza, Brasil. Seus principais temas de interesse incluem fntes de alimentaçã, técnicas de crreçã de fatr de ptência, sistemas ininterrupts de energia e sistemas renváveis de energia. Dr. TrricBascpé é membr da Sciedade Brasileira de Eletrônica de Ptência (SOBREP). Cícer Marcs Tavares Cruz, nasceu em Frtaleza, CE, Brasil, frmuse em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal d Ceará (UFC) em 99 e recebeu s graus de Mestre e de Dutr em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Flrianóplis, Brasil, em 993 e, respectivamente. tualmente é prfessr assciad d Departament de Engenharia Elétrica da Universidade Federal d Ceará (DEE UFC), Frtaleza, Brasil. Seus principais temas de interesse incluem fntes de alimentaçã, técnicas de crreçã de fatr de ptência, sistemas ininterrupts de energia e acinament de máquinas elétricas. Dr. Cícer é membr da Sciedade Brasileira de Eletrônica de Ptência (SOBREP). Eletrôn. Ptên., Camp Grande, v. 8, n., p.975, set./nv.3 5