| DC Field | Value | Language |
| dc.contributor.advisor1 | Braga, Henrique Antônio Carvalho | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3659697507980563 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Tofoli, Fernando Lessa | - |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0182863293347169 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Antunes, Fernando Luiz Marcelo | - |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3429770707790925 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Silva, Edison Roberto Cabral da | - |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/7577873305205472 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Almeida, Pedro Machado de | - |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/4937289004615851 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Cupertino, Allan Fagner | - |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/3035620499629987 | pt_BR |
| dc.creator | Maciel, Wesley Henrique | - |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/0741359959492795 | pt_BR |
| dc.date.accessioned | 2026-06-30T10:50:44Z | - |
| dc.date.available | 2026-06-26 | - |
| dc.date.available | 2026-06-30T10:50:44Z | - |
| dc.date.issued | 2026-03-23 | - |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20483 | - |
| dc.description.abstract | Multilevel inverters have been widely investigated due to their ability to reduce harmonic
distortion, decrease electrical stresses on power semiconductor devices, and improve the quality
of the energy delivered to the load. However, many multilevel architectures exhibit high
structural complexity and require a large number of active components. In this context, this
thesis employs the duality principle between voltage-source and current-source converters in
the development of topologies based on the three-state switching cell (3SSC), in which the
integrated autotransformer constitutes an intrinsic part of the cell and promotes current sharing
between its branches. Based on this approach, two single-phase multilevel topologies are
proposed: the CSI 5L-3SSC and the VSI 5L-3SSC. In the proposed structures, multilevel
synthesis is achieved using a single 3SSC operating at high frequency, responsible for
generating the intermediate levels of the output voltage or current, combined with a
complementary leg composed of two switches operating at low frequency to reverse the output
polarity. This configuration concentrates high-frequency switching operation in the 3SSC. The
integrated autotransformer promotes natural current sharing among the branches, reducing the
current conducted by each device and increasing the current processing capability of the
topology. In addition, the interleaved operation of the high-frequency switches doubles the
effective frequency of the switching-frequency spectral components at the output, reducing
filtering requirements. For the CSI 5L-3SSC, the inherent step-up characteristic of currentsource converters enables the connection of low-voltage sources without the need for multiple
series-connected modules or an intermediate DC-DC conversion stage. For the VSI 5L-3SSC,
qualitative and quantitative analyses are carried out, including switching-state analysis, space
vector modulation, and analytical expressions for RMS voltages and currents, electrical
stresses, losses, and efficiency. The analytical model supports the implementation of an
experimental prototype operating with an input voltage of 240 V, switching frequency of 10
kHz, and fundamental frequency of 60 Hz, whose results confirm the synthesis of five output
voltage levels and a maximum efficiency of approximately 97 %. The architecture is further
generalized into a seven-level VSI configuration validated through simulation, demonstrating
the possibility of systematic expansion through the multistate switching cell (MSSC). | pt_BR |
| dc.description.resumo | Inversores multiníveis têm sido amplamente investigados devido à redução da distorção
harmônica, à diminuição dos esforços elétricos nos dispositivos semicondutores de potência e
à melhoria da qualidade da energia fornecida à carga. Entretanto, muitas arquiteturas
multiníveis apresentam elevada complexidade estrutural e grande número de componentes
ativos. Nesse contexto, esta tese emprega o princípio da dualidade entre VSI e CSI aplicado à
célula de comutação de três estados (three-state switching cell – 3SSC), na qual o
autotransformador constitui parte intrínseca da célula e promove compartilhamento de corrente
entre seus ramos. A partir dessa abordagem, são propostas duas topologias monofásicas
multiníveis: o inversor CSI 5L-3SSC e o inversor VSI 5L-3SSC. Nas topologias propostas, a
síntese multinível é realizada por uma única 3SSC operando em alta frequência, responsável
pela geração dos níveis intermediários da tensão ou corrente de saída, associada a um braço
complementar operando em baixa frequência para inversão de polaridade da grandeza de saída.
Essa organização restringe a operação em alta frequência à 3SSC, mantendo o braço
complementar em baixa frequência. O autotransformador integrado promove compartilhamento
natural de corrente entre os ramos, reduzindo a corrente conduzida individualmente por cada
dispositivo e ampliando a capacidade de processamento de corrente da topologia. A operação
entrelaçada dos interruptores de alta frequência duplica a frequência efetiva das componentes
espectrais na saída, reduzindo os requisitos de filtragem. Para o inversor CSI 5L-3SSC, a
característica elevadora de tensão inerente aos conversores fonte de corrente permite a conexão
de fontes de baixa tensão sem associação de múltiplos módulos em série ou de estágio CC-CC
intermediário. Para o inversor VSI 5L-3SSC, são desenvolvidas análises qualitativas e
quantitativas, incluindo análise dos estados de comutação, modulação por vetor espacial e
expressões analíticas para tensões e correntes eficazes, esforços elétricos, perdas e rendimento.
A modelagem fundamenta a implementação de um protótipo experimental operando com
tensão de entrada de 240 V, frequência de comutação de 10 kHz e frequência fundamental de
60 Hz, cujos resultados confirmam a síntese de cinco níveis e rendimento máximo de
aproximadamente 97 %. A generalização da arquitetura resulta em uma VSI de sete níveis
validada por simulação, evidenciando a possibilidade de expansão sistemática por meio da
célula de comutação de múltiplos estados (multistate switching cell – MSSC). | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.department | Faculdade de Engenharia | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica | pt_BR |
| dc.publisher.initials | UFJF | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ | * |
| dc.subject | Célula de comutação de três estados | pt_BR |
| dc.subject | Conversores CC-CA | pt_BR |
| dc.subject | Inversores fonte de corrente | pt_BR |
| dc.subject | Inversores fonte de tensão | pt_BR |
| dc.subject | Inversores multiníveis | pt_BR |
| dc.subject | Modulação por vetor espacial | pt_BR |
| dc.subject | Three-state switching cell | pt_BR |
| dc.subject | DC-AC converters | pt_BR |
| dc.subject | Multilevel inverters | pt_BR |
| dc.subject | Current source inverters | pt_BR |
| dc.subject | Voltage source inverters | pt_BR |
| dc.subject | Space vector modulation | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | pt_BR |
| dc.title | Novas topologias de inversores multiníveis baseadas na célula de comutação de três estados | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| Appears in Collections: | Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)
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