Made available in DSpace on 2015-06-18T02:05:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000470517-Texto+Completo-0.pdf: 3643142 bytes, checksum: 1f5335f433b80cbcbe58f559422c4f72 (MD5) Previous issue date: 2015 / This work presents the simultaneous conduction mode (SCM), which is applied to the operation of the Zeta converter. This mode has the ability to implement an ideal power factor corrector (PFC) employing only one feedback control loop. In SCM, the current in the main switch and in the diode flows simultaneously within one of the operation stages. In SCM, the power converter presents characteristics of both conduction modes: continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM). In SCM, the currents in the inductors of the power converter are never nullified, which is a typical behavior of the CCM. Nevertheless, the SCM does that while obtaining an ideal PFC with just one control loop. The SCM maintains its features, regardless of its control variable being the output current or the output voltage of the power converter. The solely application of a fixed duty cycle controller is enough to attain all these advantages, which is usually a feature of the DCM for PFCs of the flyback family. In order to validate the proposed technique, a complete study of the Zeta converter working in this new operation mode was performed. This study has included a qualitative and a quantitative power converter analysis. These analyses resulted in the development of a design methodology for the Zeta power converter working as a PFC in the SCM. In order to validate the present study, a prototype of the Zeta PFC for operation in the SCM was designed and built. This prototype was developed, as a case of study, to drive a power LED lamp (180°W). Thus, it was obtained the desired experimental confirmation for the research. The main advantage of the SCM, in comparison to the CCM, lies in its ability to maintain the input current of the PFC sinusoidal and in phase with the input voltage, which is imposed by the mains through the use of just a single PWM controller with fixed duty cycle. These results have, also, shown that the current peaks in the main semiconductors of the power converter are lower than their respective values in the DCM. However, this new operation mode results in the increase of the voltages on the main switch and diode in relation to the conventional power converter operation. The research of the application of the proposed method to other power converters is suggested to further works. / Este trabalho propõe a operação do conversor Zeta no modo de condução simultânea (MCS), cujo interesse reside na capacidade de implementação de um pré-regulador do fator de potência (PFP) ideal empregando apenas um laço de realimentação. Quando o conversor trabalha no MCS, a chave principal e o diodo conduzem simultaneamente em um de seus estágios de operação. Neste modo de condução, o conversor estático apresenta características de ambos os modos de condução conhecidos até agora: o modo de condução contínua (MCC) e o modo de condução descontínua (MCD). A operação no MCS resulta em um conversor estático operando como se estivesse no MCC, uma vez que a corrente nos indutores nunca se anula. Embora mantenha o conversor estático trabalhando com esta característica do MCC, o MCS permite a obtenção de um comportamento quase ideal do PFP, utilizando apenas um único controlador, seja ele de corrente ou de tensão, o qual mantém a razão cíclica do conversor constante, assim como usualmente ocorre com os PFPs da família redutor-elevador quando operam no MCD. Visando validar esta técnica, foi realizado um estudo do conversor operando desta forma que incluiu o desenvolvimento das análises qualitativa e quantitativa do conversor, as quais culminaram na elaboração de uma metodologia de projeto. Assim, realizou-se o projeto de um PFP, baseado no conversor Zeta, para energizar uma luminária LED de 180 W, operando no MCS, como estudo de caso. A luminária utilizada é o modelo High Power LED Baylight da empresa Luckysunny®. Os resultados obtidos experimentalmente validaram a estratégia proposta, uma vez que, com a operação do conversor Zeta no MCS reduz-se a ondulação (ripple) da corrente nos semicondutores em relação à operação no MCD. A principal vantagem da operação no MCS reside no fato deste manter a corrente de entrada do PFP senoidal em fase com a tensão imposta pela rede elétrica com apenas uma malha de controle da variável de saída de interesse seja ela tensão ou corrente como no estudo de caso em questão. Isto reduz o custo e a complexidade do controlador do conversor. Entretanto, esta estratégia apresenta sobretensão na chave principal e no diodo como principal desvantagem. Sugere-se a investigação da aplicação da metodologia de projeto proposta a outros conversores.

Submitted by Setor de Tratamento da Informa??o - BC/PUCRS (tede2@pucrs.br) on 2015-06-17T12:02:56Z No. of bitstreams: 1 470517 - Texto Completo.pdf: 3643142 bytes, checksum: 1f5335f433b80cbcbe58f559422c4f72 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-17T12:02:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 470517 - Texto Completo.pdf: 3643142 bytes, checksum: 1f5335f433b80cbcbe58f559422c4f72 (MD5) Previous issue date: 2015-01-07 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / This work presents the simultaneous conduction mode (SCM), which is applied to the operation of the Zeta converter. This mode has the ability to implement an ideal power factor corrector (PFC) employing only one feedback control loop. In SCM, the current in the main switch and in the diode flows simultaneously within one of the operation stages. In SCM, the power converter presents characteristics of both conduction modes: continuous conduction mode (CCM) and discontinuous conduction mode (DCM). In SCM, the currents in the inductors of the power converter are never nullified, which is a typical behavior of the CCM. Nevertheless, the SCM does that while obtaining an ideal PFC with just one control loop. The SCM maintains its features, regardless of its control variable being the output current or the output voltage of the power converter. The solely application of a fixed duty cycle controller is enough to attain all these advantages, which is usually a feature of the DCM for PFCs of the flyback family. In order to validate the proposed technique, a complete study of the Zeta converter working in this new operation mode was performed.This study has included a qualitative and a quantitative power converter analysis. These analyses resulted in the development of a design methodology for the Zeta power converter working as a PFC in the SCM. In order to validate the present study, a prototype of the Zeta PFC for operation in the SCM was designed and built. This prototype was developed, as a case of study, to drive a power LED lamp (180?W). Thus, it was obtained the desired experimental confirmation for the research. The main advantage of the SCM, in comparison to the CCM, lies in its ability to maintain the input current of the PFC sinusoidal and in phase with the input voltage, which is imposed by the mains through the use of just a single PWM controller with fixed duty cycle. These results have, also, shown that the current peaks in the main semiconductors of the power converter are lower than their respective values in the DCM. However, this new operation mode results in the increase of the voltages on the main switch and diode in relation to the conventional power converter operation. The research of the application of the proposed method to other power converters is suggested to further works. / Este trabalho prop?e a opera??o do conversor Zeta no modo de condu??o simult?nea (MCS), cujo interesse reside na capacidade de implementa??o de um pr?-regulador do fator de pot?ncia (PFP) ideal empregando apenas um la?o de realimenta??o. Quando o conversor trabalha no MCS, a chave principal e o diodo conduzem simultaneamente em um de seus est?gios de opera??o. Neste modo de condu??o, o conversor est?tico apresenta caracter?sticas de ambos os modos de condu??o conhecidos at? agora: o modo de condu??o cont?nua (MCC) e o modo de condu??o descont?nua (MCD). A opera??o no MCS resulta em um conversor est?tico operando como se estivesse no MCC, uma vez que a corrente nos indutores nunca se anula. Embora mantenha o conversor est?tico trabalhando com esta caracter?stica do MCC, o MCS permite a obten??o de um comportamento quase ideal do PFP, utilizando apenas um ?nico controlador, seja ele de corrente ou de tens?o, o qual mant?m a raz?o c?clica do conversor constante, assim como usualmente ocorre com os PFPs da fam?lia redutor-elevador quando operam no MCD.Visando validar esta t?cnica, foi realizado um estudo do conversor operando desta forma que incluiu o desenvolvimento das an?lises qualitativa e quantitativa do conversor, as quais culminaram na elabora??o de uma metodologia de projeto. Assim, realizou-se o projeto de um PFP, baseado no conversor Zeta, para energizar uma lumin?ria LED de 180 W, operando no MCS, como estudo de caso. A lumin?ria utilizada ? o modelo High Power LED Baylight da empresa Luckysunny?. Os resultados obtidos experimentalmente validaram a estrat?gia proposta, uma vez que, com a opera??o do conversor Zeta no MCS reduz-se a ondula??o (ripple) da corrente nos semicondutores em rela??o ? opera??o no MCD. A principal vantagem da opera??o no MCS reside no fato deste manter a corrente de entrada do PFP senoidal em fase com a tens?o imposta pela rede el?trica com apenas uma malha de controle da vari?vel de sa?da de interesse seja ela tens?o ou corrente como no estudo de caso em quest?o. Isto reduz o custo e a complexidade do controlador do conversor. Entretanto, esta estrat?gia apresenta sobretens?o na chave principal e no diodo como principal desvantagem. Sugere-se a investiga??o da aplica??o da metodologia de projeto proposta a outros conversores.

Made available in DSpace on 2013-12-27T01:01:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000452976-Texto+Completo-0.pdf: 2671050 bytes, checksum: 99da8d60647852afabf102b73646c3cf (MD5) Previous issue date: 2013 / This work proposes the study and implementation of resonant controllers applied to photovoltaic panels grid-tied by a Zeta converter. This converter is designed to synthesize a rectified sinusoidal waveform current with low-harmonic content. Operating in discontinuous conduction mode, the Zeta Converter is connected to a full-bridge inverter so that one semi-cycle of the output current is inverted for every cycle of the power grid voltage, allowing the connection of PV panels to the power grid. The assembly formed by PV panel and inverter is known as Module-Integrated Inverter (MII). By aiming the project of resonant controllers, an analysis of the Zeta converter is presented, including its state-space model proposed in previous works. Furthermore, fundamental robust control concepts involved on the resonant controllers project are presented. In order to determine the gains of the resonant controllers, a formulation based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) that guarantees the stability and performance of the closed-loop system is presented. A state-observer is also designed, reducing the number of variables that must be measured. Finally, the developed control strategy is validated through computational simulations and laboratorial tests on a prototype specially developed to this purpose. The results obtained by the experimental results validated the purpose, confirming the viability of using resonant controllers for this application, in order to synthesize a sinusoidal current waveform with low-harmonic content, synchronized with the power grid. / Este trabalho propõe o estudo e a aplicação de controladores ressonantes desenvolvidos para um Conversor Zeta, o qual foi concebido para sintetizar à sua saída uma forma de onda de corrente senoidal retificada, com baixo conteúdo harmônico, visando desta forma o aproveitamento da energia gerada a partir de painéis solares fotovoltaicos (PV). Operando no modo de condução descontínuo, o conversor Zeta é conectado em cascata a um inversor em ponte completa, visando inverter um dos semiciclos da sua corrente de saída a cada ciclo da tensão da rede, permitindo assim a conexão dos painéis PV à rede elétrica da concessionária de energia. O conjunto formado por painel PV e inversor é conhecido como Inversor Módulo-Integrado. Visando o projeto dos controladores ressonantes, apresenta-se uma análise do Conversor Zeta, incluindo o modelo de espaço de estados proposto em trabalhos anteriores. Em seguida, apresentam-se conceitos fundamentais de controle robusto envolvidos no projeto dos controladores ressonantes. Para determinação dos ganhos dos controladores ressonantes, apresenta-se uma formulação baseada em desigualdades matriciais lineares (LMIs). Um observador de estados também é projetado, visando diminuir o número de variáveis a serem medidas. Logo depois, a metodologia de controle é apresentada, acompanhada do projeto do observador de estados. Por fim, a estratégia de controle desenvolvida é validada através de simulações computacionais e através de ensaios laboratoriais em um protótipo especialmente elaborado para este fim. Os resultados obtidos experimentalmente validaram a proposta, resultando na síntese de uma forma de onda senoidal de corrente, com baixo conteúdo harmônico, sincronizada com a rede elétrica da concessionária.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 452976.pdf: 2671050 bytes, checksum: 99da8d60647852afabf102b73646c3cf (MD5) Previous issue date: 2013-08-31 / This work proposes the study and implementation of resonant controllers applied to photovoltaic panels grid-tied by a Zeta converter. This converter is designed to synthesize a rectified sinusoidal waveform current with low-harmonic content. Operating in discontinuous conduction mode, the Zeta Converter is connected to a full-bridge inverter so that one semi-cycle of the output current is inverted for every cycle of the power grid voltage, allowing the connection of PV panels to the power grid. The assembly formed by PV panel and inverter is known as Module-Integrated Inverter (MII). By aiming the project of resonant controllers, an analysis of the Zeta converter is presented, including its state-space model proposed in previous works. Furthermore, fundamental robust control concepts involved on the resonant controllers project are presented. In order to determine the gains of the resonant controllers, a formulation based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) that guarantees the stability and performance of the closed-loop system is presented. A state-observer is also designed, reducing the number of variables that must be measured. Finally, the developed control strategy is validated through computational simulations and laboratorial tests on a prototype specially developed to this purpose. The results obtained by the experimental results validated the purpose, confirming the viability of using resonant controllers for this application, in order to synthesize a sinusoidal current waveform with low-harmonic content, synchronized with the power grid. / Este trabalho prop?e o estudo e a aplica??o de controladores ressonantes desenvolvidos para um Conversor Zeta, o qual foi concebido para sintetizar ? sua sa?da uma forma de onda de corrente senoidal retificada, com baixo conte?do harm?nico, visando desta forma o aproveitamento da energia gerada a partir de pain?is solares fotovoltaicos (PV). Operando no modo de condu??o descont?nuo, o conversor Zeta ? conectado em cascata a um inversor em ponte completa, visando inverter um dos semiciclos da sua corrente de sa?da a cada ciclo da tens?o da rede, permitindo assim a conex?o dos pain?is PV ? rede el?trica da concession?ria de energia. O conjunto formado por painel PV e inversor ? conhecido como Inversor M?dulo-Integrado. Visando o projeto dos controladores ressonantes, apresenta-se uma an?lise do Conversor Zeta, incluindo o modelo de espa?o de estados proposto em trabalhos anteriores. Em seguida, apresentam-se conceitos fundamentais de controle robusto envolvidos no projeto dos controladores ressonantes. Para determina??o dos ganhos dos controladores ressonantes, apresenta-se uma formula??o baseada em desigualdades matriciais lineares (LMIs). Um observador de estados tamb?m ? projetado, visando diminuir o n?mero de vari?veis a serem medidas. Logo depois, a metodologia de controle ? apresentada, acompanhada do projeto do observador de estados. Por fim, a estrat?gia de controle desenvolvida ? validada atrav?s de simula??es computacionais e atrav?s de ensaios laboratoriais em um prot?tipo especialmente elaborado para este fim. Os resultados obtidos experimentalmente validaram a proposta, resultando na s?ntese de uma forma de onda senoidal de corrente, com baixo conte?do harm?nico, sincronizada com a rede el?trica da concession?ria.