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A new concept, the multi level voltage/current reinjection ac/dc conversion, is described in this thesis. Novel voltage and current source converter configurations, based on voltage and current reinjection concepts are proposed. These converter configurations are thoroughly analyzed in their ac and dc system sides. The fundamentals of the reinjection concept is discussed briefly, which lead to the derivation of the ideal reinjection waveform for complete harmonic cancellation and approximations for practical implementation. The concept of multi level voltage reinjection VSC is demonstrated through two types of configurations, based on standard 12-pulse parallel and series connected VSC modified with reinjection bridges and transformers. Firing control strategies and steady state waveform analysis are presented and verified by EMTDC simulations. The multi level current reinjection CSC is also described using two configurations based on standard 12-pulse parallel and series connected CSC modified with associated reinjection circuitry. Firing control strategies and steady state waveform analysis are presented and verified by EMTDC simulations. Taking the advantage of zero current switching in the main bridge valves, achieved through multi level current reinjection, an advanced multi level current reinjection scheme, consisting thyristor main bridges and self-commutated reinjection circuitry is proposed. This hybrid scheme effectively incorporates self-commutated capability into a conventional thyristor converter. The ability of the main bridge valves to commutate without the assistance of a turn-off pulse or line commutating voltage under the zero current condition is explained and verified by EMTDC simulations. Finally, the applications of the MLCR-CSC are discussed in terms of a back to back HVDC link and a long distance HVDC transmission system. The power and control structures and closed loop control strategies are presented. Dynamic simulation is carried out on PSCAD/EMTDC to demonstrate the two systems ability to respond to varying active and reactive power operating conditions.

A eletrônica empregada no desenvolvimento de estimuladores elétricos funcionais contempla enorme diversificação de técnicas e tecnologias, cujas soluções para o estágio de saída variam desde circuitos transistorizados (bipolares ou MOSFETs), transformadores de pulso até amplificadores operacionais de alta tensão. Desenvolver um estimulador elétrico neuromuscular bifásico com saída em ponte H isolada eletricamente. O sistema de estimulação elétrica neuromuscular bifásico contém saída em ponte H utilizando somente transistores MOSFET canal N, permitindo a geração de pulsos bifásicos e monofásicos com controle de amplitude independente para cada pulso, por meio de uma plataforma eletrônica flexível, que possibilita sua utilização com diversos tipos de elementos de controle, desde microcontroladores e FPGA até dispositivos de instrumentação virtual do tipo LabView. Foram realizados testes de bancada que permitiram avaliar o desempenho do instrumento todo e de seus módulos separadamente. A faixa de alimentação utilizada nos testes foi de 12 a 24V, sendo relacionada diretamente a técnica de geração da alta tensão empregada que permitiu produzir de 280 V a 300 V, utilizados na ponte H, que por sua vez, apresentou o desempenho esperado fornecendo pulsos bifásicos com valores de pico a pico de até 600 V, que pudendo ter sua amplitude dos pulsos controlada individualmente com uma resolução de 73,26 mV (4096 passos), permitindo, assim, a geração de diferentes padrões estimulatórios criados a partir da interface gráfica. O estimulador projetado propiciou o desenvolvimento de uma nova técnica de saída em ponte H utilizando transistores MOSFET canal N na construção de estimuladores elétricos neuromusculares com saída bifásica e com controle de amplitude independente para cada pulso. Tal funcionalidade poderá contribuir para novos estudos e trabalhos em reabilitação empregando estimulação elétrica neuromuscular, considerando que, por meio da interface gráfica criada, formas de ondas estimulatórias específicas podem ser geradas. / The electronics used in the development of functional electrical stimulators include huge diversification of techniques and technologies, whose solutions for the output stage range from transistor circuits (bipolar or MOSFET), to pulse transformers and high-voltage operational amplifiers. To develop a biphasic neuromuscular electrical stimulator with electrically isolated H-bridge output. The electrical neuromuscular stimulation system contains biphasic H-bridge output using only N-channel MOSFET transistors, allowing the generation of mono and biphasic pulses whose pulse amplitudes are independently controlled by a flexible electronics platform, which enables its use with different types of control elements, from microcontroller and FPGA devices to Labview virtual instrument. Bench tests were performed that allowed to assess the performance of the instrument and all its modules separately. The power range used in the tests was 12 to 24V, the technique is directly related to generate the high voltage used which allowed to produce 280 V to 300 V, used in the H bridge, which in turn performed as expected providing pulses biphasic with peak to peak values of 600 V, which pudendal have its amplitude pulses individually controlled with a resolution of 73.26 mV (step 4096), thus allowing the generation of stimulatory different patterns created from the graphical interface. The project developed led the design of a new technique for H-bridge output using transistors N-channel MOSFET in the construction of biphasic neuromuscular electrical stimulator with independent amplitude control for each pulse. Such functionality can contribute to new studies and rehabilitation using neuromuscular electrical stimulation, whereas through the graphical user interface created stimulatory specific waveforms can be generated.

A eletrônica empregada no desenvolvimento de estimuladores elétricos funcionais contempla enorme diversificação de técnicas e tecnologias, cujas soluções para o estágio de saída variam desde circuitos transistorizados (bipolares ou MOSFETs), transformadores de pulso até amplificadores operacionais de alta tensão. Desenvolver um estimulador elétrico neuromuscular bifásico com saída em ponte H isolada eletricamente. O sistema de estimulação elétrica neuromuscular bifásico contém saída em ponte H utilizando somente transistores MOSFET canal N, permitindo a geração de pulsos bifásicos e monofásicos com controle de amplitude independente para cada pulso, por meio de uma plataforma eletrônica flexível, que possibilita sua utilização com diversos tipos de elementos de controle, desde microcontroladores e FPGA até dispositivos de instrumentação virtual do tipo LabView. Foram realizados testes de bancada que permitiram avaliar o desempenho do instrumento todo e de seus módulos separadamente. A faixa de alimentação utilizada nos testes foi de 12 a 24V, sendo relacionada diretamente a técnica de geração da alta tensão empregada que permitiu produzir de 280 V a 300 V, utilizados na ponte H, que por sua vez, apresentou o desempenho esperado fornecendo pulsos bifásicos com valores de pico a pico de até 600 V, que pudendo ter sua amplitude dos pulsos controlada individualmente com uma resolução de 73,26 mV (4096 passos), permitindo, assim, a geração de diferentes padrões estimulatórios criados a partir da interface gráfica. O estimulador projetado propiciou o desenvolvimento de uma nova técnica de saída em ponte H utilizando transistores MOSFET canal N na construção de estimuladores elétricos neuromusculares com saída bifásica e com controle de amplitude independente para cada pulso. Tal funcionalidade poderá contribuir para novos estudos e trabalhos em reabilitação empregando estimulação elétrica neuromuscular, considerando que, por meio da interface gráfica criada, formas de ondas estimulatórias específicas podem ser geradas. / The electronics used in the development of functional electrical stimulators include huge diversification of techniques and technologies, whose solutions for the output stage range from transistor circuits (bipolar or MOSFET), to pulse transformers and high-voltage operational amplifiers. To develop a biphasic neuromuscular electrical stimulator with electrically isolated H-bridge output. The electrical neuromuscular stimulation system contains biphasic H-bridge output using only N-channel MOSFET transistors, allowing the generation of mono and biphasic pulses whose pulse amplitudes are independently controlled by a flexible electronics platform, which enables its use with different types of control elements, from microcontroller and FPGA devices to Labview virtual instrument. Bench tests were performed that allowed to assess the performance of the instrument and all its modules separately. The power range used in the tests was 12 to 24V, the technique is directly related to generate the high voltage used which allowed to produce 280 V to 300 V, used in the H bridge, which in turn performed as expected providing pulses biphasic with peak to peak values of 600 V, which pudendal have its amplitude pulses individually controlled with a resolution of 73.26 mV (step 4096), thus allowing the generation of stimulatory different patterns created from the graphical interface. The project developed led the design of a new technique for H-bridge output using transistors N-channel MOSFET in the construction of biphasic neuromuscular electrical stimulator with independent amplitude control for each pulse. Such functionality can contribute to new studies and rehabilitation using neuromuscular electrical stimulation, whereas through the graphical user interface created stimulatory specific waveforms can be generated.