O presente trabalho apresenta a simulação de uma topologia de conversor CC/CA com o uso de técnicas de comutação suave, baseadas na comutação com tensão nula na maioria das chaves. O trabalho está relacionado com o estudo da viabilidade de implementação deste conversor. A proposta do conversor estudado nesse trabalho consiste na síntese de correntes alternadas em uma ampla gama de freqüências, para ser usado como plataforma para o desenvolvimento em outros estudos. Estes estudos englobam a comutação suave, considerações sobre simulações, modelagem de componentes eletrônicos voltados para a eletrônica de potência, entre outros itens. Do ponto de vista topológico, o conversor apresentado é constituído por uma etapa CC/CA, o inversor, e uma etapa CA/CA, o cicloconversor. O estágio inversor gera uma tensão de alta freqüência que é passada para o estágio cicloconversor por meio de transformador. O cicloconversor converte o sinal de alta freqüência para alimentar cargas indutivas de corrente alternada de qualquer fator de potência. O uso de transformador possibilita a adoção de uma ampla faixa de tensões de entrada, além de isolar a saída do conversor. No trabalho são analisados o circuito gerador de alta freqüência, bem como o cicloconversor que converte essa alta freqüência na freqüência desejada. São realizadas ainda simulações no domínio do tempo, as quais são apresentadas nesse trabalho. São relatados os programas utilizados para desenvolver assimulações, bem como as demais ferramentas relacionadas à análise e processamento dessas simulações. Também é apresentado um estudo preliminar de diversos modelos para simulações em eletrônica de potência, como transformadores, indutores e transistores MOSFET, levando-se em consideração as altas freqüências e altas potências envolvidas. / This work presents simulation of DC/AC converter topology using soft-switching techniques, based in zero voltage switching. This relates the study of implementation viability of this topology. The proposal of the converter studied in this work consists in the alternating current synthesis in a wide range of frequency to be used as development platform in others studies. From topological point of view the converter presented is composed by DC/AC stage (the inverter) and AC/AC stage (the cycloconverter). The inverter stage produce a high frequency voltage which is delivered to the cycloconverter stage through a transformer. The cycloconverter converts the high frequency signal in a low frequency alternative current to inductive loads of any power factor. The use of a transformer allows a wide range of the input voltage, as well as insulate the output of the converter. The inverter stage, which generates high frequency, and the cycloconverter stage, which converts that high frequency in a wanted frequency, are both analyzed in this work. Simulations in time domain are realized too. The programs which were utilized to make that simulations are explained, as well as other tools related with the analysis and processing of that simulations. Moreover, a preliminary study of some models for power electronic simulation are apresented, like transformers, inductors and MOSFET transistors, considering high power and high frequencies involved in.

O presente trabalho apresenta a simulação de uma topologia de conversor CC/CA com o uso de técnicas de comutação suave, baseadas na comutação com tensão nula na maioria das chaves. O trabalho está relacionado com o estudo da viabilidade de implementação deste conversor. A proposta do conversor estudado nesse trabalho consiste na síntese de correntes alternadas em uma ampla gama de freqüências, para ser usado como plataforma para o desenvolvimento em outros estudos. Estes estudos englobam a comutação suave, considerações sobre simulações, modelagem de componentes eletrônicos voltados para a eletrônica de potência, entre outros itens. Do ponto de vista topológico, o conversor apresentado é constituído por uma etapa CC/CA, o inversor, e uma etapa CA/CA, o cicloconversor. O estágio inversor gera uma tensão de alta freqüência que é passada para o estágio cicloconversor por meio de transformador. O cicloconversor converte o sinal de alta freqüência para alimentar cargas indutivas de corrente alternada de qualquer fator de potência. O uso de transformador possibilita a adoção de uma ampla faixa de tensões de entrada, além de isolar a saída do conversor. No trabalho são analisados o circuito gerador de alta freqüência, bem como o cicloconversor que converte essa alta freqüência na freqüência desejada. São realizadas ainda simulações no domínio do tempo, as quais são apresentadas nesse trabalho. São relatados os programas utilizados para desenvolver assimulações, bem como as demais ferramentas relacionadas à análise e processamento dessas simulações. Também é apresentado um estudo preliminar de diversos modelos para simulações em eletrônica de potência, como transformadores, indutores e transistores MOSFET, levando-se em consideração as altas freqüências e altas potências envolvidas. / This work presents simulation of DC/AC converter topology using soft-switching techniques, based in zero voltage switching. This relates the study of implementation viability of this topology. The proposal of the converter studied in this work consists in the alternating current synthesis in a wide range of frequency to be used as development platform in others studies. From topological point of view the converter presented is composed by DC/AC stage (the inverter) and AC/AC stage (the cycloconverter). The inverter stage produce a high frequency voltage which is delivered to the cycloconverter stage through a transformer. The cycloconverter converts the high frequency signal in a low frequency alternative current to inductive loads of any power factor. The use of a transformer allows a wide range of the input voltage, as well as insulate the output of the converter. The inverter stage, which generates high frequency, and the cycloconverter stage, which converts that high frequency in a wanted frequency, are both analyzed in this work. Simulations in time domain are realized too. The programs which were utilized to make that simulations are explained, as well as other tools related with the analysis and processing of that simulations. Moreover, a preliminary study of some models for power electronic simulation are apresented, like transformers, inductors and MOSFET transistors, considering high power and high frequencies involved in.

Este trabalho tem como principal objetivo apresentar um estudo, uma modelagem e uma simulação de um inversor de comutação suave para aplicação em um filtro ativo para instalações de baixa e média potência. Inicialmente apresenta uma revisão bibliográfica sobre inversores de comutação suave, onde os mesmos são classificados em função do local onde o circuito auxiliar de comutação suave está inserido, gerando três classificações básicas: comutação de linha, comutação de carga e comutação de chave. Três processos de comutação suave são apresentados: comutação em zero de tensão, comutação em zero de corrente e comutação em zero de corrente e zero de tensão. Dentro deste contexto apresentam-se as diversas topologias de inversores de comutação suave. Uma análise de comutação de um inversor em um filtro ativo monofásico é apresentada e o inversor ZCT com duas chaves auxiliares é selecionado para ser aplicado no referido filtro. Uma modelagem completa do inversor ZCT com duas chaves auxiliares é apresentada e corroborada pela comparação dos resultados de simulação obtidos a partir do modelo teórico com os resultados obtidos por meio de simulações realizadas no SPICE. A Modelagem do inversor ZCT com duas chaves auxiliares culmina em uma nova metodologia de projeto, onde é possível determinar com grande exatidão a máxima corrente de carga para a qual o inversor ainda opera no modo ZCT. Diversas simulações realizadas no Simulink/Matlab e no SPICE comprovam as comutações suaves em zero de corrente nas chaves do inversor e também o desempenho dinâmico do mesmo quando operando em um filtro ativo paralelo. / This work shows the study, the selection and the analysis of a soft-switched inverter for an ac single-phase active power filter. For this, various topologies of the soft-switched inverters are classified based upon the location of the auxiliary circuit and the topology that achieves the goals for application in the active power filter is selected. Three commutation processes are presented: zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS) and zero current and zero voltage switching (ZCZVS). The ZCT inverter with 2 auxiliaries switches is selected for the application in an ac single-phase active power filter: this topology reduces the turn-on losses and practically eliminates the turn-off losses of all IGBTs of the inverter. Some new guidelines to project the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches are presented, achieving an accurate calculation of the maximum load current for operation in ZCT. The results of the simulation from Simulink/Matlab and SPICE prove some goals of the ZCT inverter: the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches reduces the total losses when compared with the hard-commutation inverter and the dynamic performance of the ZCT inverter applied in an ac single-phase active power filter is showed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This Ph. D. dissertation presents contributions to the investigation of soft-switching cells with integrated components, presenting three main approaches: (i) Soft-switching cells with filter coupled inductor; (ii) Integrated soft-switching cells of the ZVT type for multipole systems; and (iii) Integrated soft-switching cells for several soft-switching techniques for multipole systems. Firstly it is presented a generic diagram for softswitching inverters with coupled filter inductor. From the generic diagram the turn-on snubber, ZVT and ZCZVT inverters topologies are derived. It is based on an auxiliary loop, which presents an inductor coupled to the filter inductor. The magnetic coupling allows annulling the current through the main switches during the switching transitions and, as a result, reducing the commutation losses. The basic differences among the techniques obtained by this method are the way of implementing the auxiliary switches and the time instants when these switches are triggered. The topological variations are a result of the choice of the voltage applied through the auxiliary loop by its connection to the inverter topology. Analytical expressions for the derived topologies are obtained aiming to evaluate the operation conditions, as well the main features of each topology. It is proposed a design procedure for each derived topology and the operation principles of each topology are verified by means of experimental and simulation results. Then the integrated softswitching cells of the ZVT type for multipole systems are studied. The synthesis methodology presented is based on generating every topological possibility of symmetrical auxiliary cells. The redundant cells are removed from the set of generated topologies resulting in only four diagrams, which are used to derive the integrated ZVT converters already known in the literature, as well several yet unpublished. The synthesis methodology is applied on an interruptible power supply system, which is experimentally evaluated. Finally it is proposed a generalized methodology to obtain integrated auxiliary commutation cells from several soft-switching techniques concerning multipole systems. The integration possibilities among the models obtained for the chosen soft-switching techniques are investigated, resulting in integrated models. The practical implementation of the resulting models is studied originating integrated topologies for multipole systems. The poles of the system can present the same soft-switching technique or different ones. Experimental results are presented in order to validate the concepts proposed herein. / Esta tese de doutorado apresenta contribuições ao estudo de células de comutação suave com componentes integrados, apresentando três abordagens principais: (i) Células de comutação suave com indutor de filtro acoplado; (ii) Células de comutação suave integradas do tipo ZVT para sistemas multi-pólos; e (iii) Células de comutação suave integradas considerando-se diversas técnicas de comutação para sistemas multi-pólos. Inicialmente é apresentado um diagrama genérico para os conversores com comutação suave e indutor de filtro acoplado. A partir do diagrama genérico são derivadas topologias de inversores snubber de turn-on, ZVT e ZCZVT. Este diagrama genérico é baseado em uma malha auxiliar que apresenta um indutor acoplado ao indutor de filtro. O acoplamento magnético permite fazer com que a corrente através das chaves principais se anule durante as transições de comutação e, como resultado, ocorre a redução das perdas de comutação. A diferença básica entre as técnicas obtidas através deste método é o modo escolhido para implementar as chaves auxiliares e os instantes de acionamento das mesmas. As variações entre as topologias ocorrem em função da escolha da tensão aplicada à malha auxiliar. São obtidas expressões para as topologias derivadas no intuito de avaliar as condições de operação, bem como algumas de suas características. É proposto um procedimento de projeto e verificado o princípio de funcionamento destes inversores através de resultados experimentais e de simulação. A seguir são estudadas as células de comutação suave do tipo ZVT compartilhadas por sistemas que possuem múltiplos pólos. Esta metodologia de síntese é baseada na geração de todas as possibilidades de configurações para as células auxiliares simétricas. A partir disto, as configurações redundantes são eliminadas chegando-se a quatro diagramas capazes de gerar os conversores ZVT integrados presentes na literatura, bem como alguns ainda inéditos. A metodologia de síntese é aplicada para um sistema de fornecimento ininterrupto de energia, sendo que alguns resultados experimentais são apresentados. Finalmente é proposta uma metodologia generalizada para integrar as células auxiliares de diversas técnicas de comutação suave para conversores com múltiplos pólos. Partindo-se da obtenção de modelos para algumas das técnicas de comutação suave, procura-se verificar todas as possibilidades de combinação entre os modelos inicialmente obtidos, gerando-se modelos integrados e a partir disto, obtendo-se topologias integradas tanto para pólos que comutam auxiliados pela mesma técnica de comutação, como para pólos auxiliados por técnicas distintas. São apresentados resultados experimentais comprovando a viabilidade dos conceitos propostos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among the soft-switching techniques, the zero-voltage-transition (ZVT) technique has been accepted well by the industry due its attractive characteristics, such as simplicity, low losses in the auxiliary commutation circuit (ACC), operation with soft-switching for a wide load range, and closest operation to the PWM converter counterpart. In three-phase voltage-source inverters (multipole converters), a substantial diversity of ZVT topologies has been proposed to improve the performance of the converters, such as the ZVT circuits with six auxiliary switches, which meet the demand for high efficiency, low current and voltage stresses in semiconductor devices, and operation in high switching frequency. Aiming to make the ZVT multipole converter even more attractive to the industry, many topologies have been proposed to reduce the number of auxiliary switches and, consequently, the cost related to the ACC, by means of an integrated auxiliary circuit that provides conditions to commutate every semiconductor device of the multipole converter under zero-voltage condition. Regrettably, these structures introduce some restrictions on converter operation, such as the requirement for synchronized switching events in the PWM poles, resulting in more complex modulation techniques, with poorer power quality than the six auxiliary switch ZVT. To avoid these restrictions, simplified ACCs have been proposed, where the ACC is simplified individually per PWM pole. An important consequence of this approach is that the PWM poles can be modulated independently in multipole applications, allowing the application of any modulation strategy. However, the known simplified ZVT topologies were derived by multiple attempts due to the lack of a synthesis methodology, as had been proposed to integrated topologies. Thus, this work proposes a novel concept to generate simplified ZVT topologies to each bidirectional PWM pole. With the proposed methodology, the already known simplified ZVT topologies are systematized, as well as new topologies can be derived. Additionally, in order to address the benefits and constraints of integrated and simplified ZVT topologies, in this work a comparison is made between the concepts of integration and simplification of ZVT auxiliary circuits applied to bidirectional PWM poles, where the concepts of each approach are defined, recognizing their main advantages and limitations. So, the modulation strategies, the resulting losses in the main and auxiliary circuits and the harmonic content of the voltage synthesized by two selected topologies are theoretically and experimentally analyzed. Therefore, it is demonstrated that when the load demands a voltage with low harmonic content, the simplified ZVT topologies are indicated. However, when the number of components in the auxiliary circuit is the main concern, the integrated ZVT topologies can be employed. / Entre as técnicas de comutação suave propostas na literatura, a técnica de comutação transição sob tensão nula (Zero-Voltage-Transition ZVT) tem sido bem aceita pela indústria em função de suas características atrativas, como simplicidade, baixas perdas no circuito de auxílio à comutação (CAC), condições de comutação sob zero de tensão asseguradas para uma ampla faixa de cargas e operação próxima a do conversor equivalente dissipativo. Em aplicações com inversores trifásicos alimentados em tensão (conversores multipólos), uma grande variedade de topologias ZVT tem sido proposta no sentido de aprimorar o desempenho dos conversores, como as topologias ZVT com seis chaves semicondutoras auxiliares, as quais atendem a demanda por alta eficiência, baixos esforços de tensão e corrente sobre os dispositivos semicondutores, e operação em freqüências elevadas. Buscando tornar as topologias ZVT aplicadas a conversores multipólos ainda mais atrativas a aplicações industriais, inúmeras topologias ZVT integradas, as quais proporcionam condições de comutação sob zero de tensão a todos os dispositivos semicondutores do conversor por meio de um CAC com um número reduzido de chaves semicondutoras auxiliares, têm sido propostas. Infelizmente, essas estruturas introduzem restrições à operação do conversor, resultando em estratégias de modulação complexas, com um conteúdo harmônico nas tensões sintetizadas superior ao observado nas topologias contendo seis chaves auxiliares. Com o objetivo de evitar as restrições mencionadas, CACs simplificados têm sido propostos, onde o CAC é simplificado individualmente em cada pólo PWM do conversor. Como uma importante conseqüência dessa abordagem, os pólos PWM podem ser modulados independentemente, permitindo a aplicação de qualquer estratégia de modulação convencional. Entretanto, diferentemente das topologias ZVT integradas, para as quais a literatura apresenta propostas de metodologias de síntese, as topologias ZVT simplificadas são obtidas sem um procedimento definido. Assim, esse trabalho propõe um novo conceito para sintetizar topologias ZVT simplificadas aplicadas a cada pólo PWM bidirecional do conversor. Com a metodologia de síntese proposta, as topologias ZVT simplificadas já publicadas são sistematizadas, assim como novas topologias podem ser obtidas. Adicionalmente, com o objetivo de identificar os benefícios e as restrições inerentes às topologias ZVT integradas e simplificadas, esse trabalho propõe uma análise comparativa entre ambas as abordagens, onde os conceitos de cada abordagem são definidos, reconhecendo suas vantagens e limitações. Ainda, as estratégias de modulação, as perdas resultantes nos circuitos principal e auxiliar do conversor, e o conteúdo harmônico das tensões sintetizadas por duas topologias selecionadas são comparados teórica e experimentalmente. Assim, demonstra-se que quando a aplicação demanda um CAC com um reduzido número de componentes auxiliares, as topologias ZVT integradas são as indicadas. Por outro lado, quando a aplicação exige um baixo conteúdo harmônico nas variáveis de interesse, as topologias ZVT simplificadas são a alternativa, já que não comprometem os graus de liberdade na modulação do conversor.

Este trabalho tem como principal objetivo apresentar um estudo, uma modelagem e uma simulação de um inversor de comutação suave para aplicação em um filtro ativo para instalações de baixa e média potência. Inicialmente apresenta uma revisão bibliográfica sobre inversores de comutação suave, onde os mesmos são classificados em função do local onde o circuito auxiliar de comutação suave está inserido, gerando três classificações básicas: comutação de linha, comutação de carga e comutação de chave. Três processos de comutação suave são apresentados: comutação em zero de tensão, comutação em zero de corrente e comutação em zero de corrente e zero de tensão. Dentro deste contexto apresentam-se as diversas topologias de inversores de comutação suave. Uma análise de comutação de um inversor em um filtro ativo monofásico é apresentada e o inversor ZCT com duas chaves auxiliares é selecionado para ser aplicado no referido filtro. Uma modelagem completa do inversor ZCT com duas chaves auxiliares é apresentada e corroborada pela comparação dos resultados de simulação obtidos a partir do modelo teórico com os resultados obtidos por meio de simulações realizadas no SPICE. A Modelagem do inversor ZCT com duas chaves auxiliares culmina em uma nova metodologia de projeto, onde é possível determinar com grande exatidão a máxima corrente de carga para a qual o inversor ainda opera no modo ZCT. Diversas simulações realizadas no Simulink/Matlab e no SPICE comprovam as comutações suaves em zero de corrente nas chaves do inversor e também o desempenho dinâmico do mesmo quando operando em um filtro ativo paralelo. / This work shows the study, the selection and the analysis of a soft-switched inverter for an ac single-phase active power filter. For this, various topologies of the soft-switched inverters are classified based upon the location of the auxiliary circuit and the topology that achieves the goals for application in the active power filter is selected. Three commutation processes are presented: zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS) and zero current and zero voltage switching (ZCZVS). The ZCT inverter with 2 auxiliaries switches is selected for the application in an ac single-phase active power filter: this topology reduces the turn-on losses and practically eliminates the turn-off losses of all IGBTs of the inverter. Some new guidelines to project the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches are presented, achieving an accurate calculation of the maximum load current for operation in ZCT. The results of the simulation from Simulink/Matlab and SPICE prove some goals of the ZCT inverter: the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches reduces the total losses when compared with the hard-commutation inverter and the dynamic performance of the ZCT inverter applied in an ac single-phase active power filter is showed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Ph. D. Thesis presents a in deep study of the mechanism of resonant transition soft-switching techniques. By means of the principles that rules the PWM resonant transition converters, a novel tool for analysis and synthesis have been developed. This novel tool also permit to be verified some of the main factors that made possible to he ZVT technique to achieve its technology level. By means of this tool and with the definition of the basic requirements of the resonant transition converters a new concept concerning the ZCZVT technique have been generated, the ZCZVT converters with discontinuous auxiliary voltage source . The development of this new concept gives rise to a new family of ZCZVT converters with magnetically coupled auxiliary circuit. It also allowed a better perspective of the ZCZVT converters characteristics, advantages, drawbacks and limitations, which contributed significantly with the grown of the technology. Two of the six topologies with bi-directional auxiliary circuits proposed in the thesis have been mathematically analised. A design methodology based on constrains and dynamic characteristics of the IGBT and diode semiconductors under ZCS and ZVS conditions have been presented. Finally, experimental results proved the efficiency gain of the novel ZCZVT inverters with magnetically coupled auxiliary circuit. The ZCZVT inverter with magnetically coupled auxiliary circuit prototype have been compared with its Undeland snubber counterpart, presenting an efficiency of about 4% superior. It corroborates to the thesis proposal of developing novel topologies with better performance and simplicity. / O presente trabalho apresenta um estudo aprofundado do mecanismo de comutação presente nas técnicas de comutação suave com transição ressonante. Por meio da definição dos princípios que governam as comutações dos conversores PWM com transição ressonante, desenvolveu-se uma nova ferramenta para análise e síntese de novos circuitos com características aperfeiçoadas. Também através desta ferramenta de análise pode-se verificar alguns dos principais fatores que possibilitaram o amadurecimento da técnica de comutação ZVT. Com esta ferramenta e com a definição dos requisitos básicos para a operação dos conversores com transição ressonante foi gerado o conceito de conversores ZCZVT com fonte auxiliar descontínua. O desenvolvimento deste conceito deu origem a uma nova família de conversores ZCZVT com acoplamento magnético. O desenvolvimento de uma nova família de conversores ZCZVT permitiu uma melhor percepção das características destes circuitos e o amadurecimento da técnica de comutação suave ZCZVT. Duas das seis topologias de circuitos auxiliares bidirecionais propostas na tese para os novos inversores ZCZVT monofásicos com acoplamento foram analisadas matematicamente. Uma metodologia de projeto para estes inversores foi apresentada. Esta metodologia é baseada em restrições obtidas das características dinâmicas dos IGBTs e dos diodos que operam sob comutação em zero de corrente (ZCS) e zero de tensão (ZVS). Por fim, foram apresentados resultados experimentais que comprovam o ganho de eficiência do inversores ZCZVT com acoplamento magnético e circuitos auxiliares em derivação proposto. O protótipo do inversor ZCZVT foi comparado experimentalmente com um inversor utilizando snubber de Undeland, apresentando uma eficiência em média 4% superior. O que corroborou com a proposta inicial de desenvolver topologias ZCZVT com desempenho melhorado e maior simplicidade.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDUARDO MALDAUN BARRETO.pdf: 3234972 bytes, checksum: 1d2d2b79d8a4946c00677b6193158089 (MD5) Previous issue date: 2011-12-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work present a study of a three level NPC (Neutral Point Clamped), with ZVS (Zero Voltage Switching) and PWM (Pulse Width Modulation) control strategy, using a FPGA (Field Programmable Gate Array) for digital control and switches activation. First, a theoretical study is done, where the main waveforms and operation stages are presented. After, a quantitative study is done in order to implement the NPC inverter. Based on the calculations, the mathematical models for each inverter section are extracted to implement the digital control. The project data is then compiled and simulated on Orcad Pspice and Simulink software. Finally, an 1.5 kW, 800 V input voltage, 127 V or 220 V output voltage, and 200 kHz switching frequency is implemented and the experimental results are compared with theoretical and simulated results / Este trabalho apresenta o estudo de um inversor NPC (Neutral Point Clamped) a três níveis com comutação suave ZVS (Zero Voltage Switching) e controle PWM (Pulse Width Modulation), fazendo o uso de uma lógica programável do tipo FPGA (Field Programmable Gate Array) para controle e acionamento das chaves. Inicialmente é feito um estudo qualitativo do inversor, onde as principais formas de onda e etapas de operação são apresentadas, a seguir são estudados os aspectos quantitativos para, desta forma, efetuar o projeto do inversor. Com o inversor definido, todos os modelos matemáticos de todos os circuitos necessários para se realizar o controle digital do inversor são apresentados, assim como o projeto de um controlador digital. Utilizando os dados de projeto do inversor NPC ZVS PWM e controle, os resultados de simulações feitas nos programas Orcad Pspice e Simulink são obtidos. Por fim, um protótipo de 1,5 kW, 800 V de tensão de entrada, 127 V ou 220 V de tensão de saída e 200 kHz de frequência de comutação é montado e os resultados experimentais são avaliados e comparados com os previamente obtidos numericamente e por simulação.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jonathan Domini Sperb.pdf: 5918080 bytes, checksum: ca2651157f2d17c4c98cd0a08aeee98c (MD5) Previous issue date: 2007-08-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work deals with the design and implementation of the digital instantaneous averaged values control for output voltages of the three-phase inverter with Underland s snubber, using the Buck-Boost converter for regeneration of the snubber s energy. The qualitative and quantitative analysis of the inverter power structure, snubber and auxiliary converter, as well as the project for a set of presented specifications is presented. All needed block models for the design of the control are shown, as well as the project methodology of frequency response control. Results of simulation complement the work and prove the presented methodology. For experimental validation, it s developed a three-phase inverter with snubber and auxiliary converter, with output power of 4.5kVA, switching frequency of 50kHz, and with capacity to operate with full power for output voltage from 127V up to 220V. Experimental results of the power circuits and control performance complement the study. / Este estudo trata do projeto e implementação do controle digital por valores médios instantâneos das tensões de saída do inversor trifásico com Snubber de Undeland, utilizando conversor auxiliar Buck-Boost para regeneração da energia processada pelo snubber. São apresentados os estudos qualitativo e quantitativo das estruturas do inversor, snubber e conversor auxiliar, bem como o projeto final para um conjunto de especificações apresentadas. Para a realização do controle são mostrados os modelos matemáticos de todos os blocos necessários para o projeto do controlador, assim como é apresentada uma metodologia de projeto de controle baseado na resposta em freqüência. Resultados de simulação complementam o estudo e comprovam a metodologia apresentada. Para validação experimental, é desenvolvido um protótipo do inversor com snubber e conversor auxiliar, com potência de saída de 4,5kVA, freqüência de operação de 50kHz, e com capacidade de operar com potência nominal para a faixa de tensão de saída de 127V a 220V. Resultados experimentais dos circuitos de potência e controle complementam a validação deste estudo.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: No presente trabalho de dissertação, é analisado e desenvolvido um conversor ressonante com o objetivo de produzir ozônio, aplicado à água de processos de higienização industrial. Na atualidade, no ano de 2018, dois dos fatores de grande importância no desenvolvimento de conversores para geração de ozônio são: a eficiência energética, isto é, quanta energia é aproveitada em relação à energia total fornecida ao conversor, e a outra é a produção de ozônio fazendo uso dessa energia aproveitada. Os dois fatores não necessariamente estão relacionados, por exemplo, para dois conversores distintos com a mesma energia disponível, pode acontecer que em um deles possa ser produzido maiores concentrações de ozônio com um menor aproveitamento de energia. Portanto, este trabalho enfatiza a melhoria da eficiência energética na produção de ozônio, empregando comutação suave nas estruturas envolvidas do conversor ressonante proposto, o que resulta em uma eficiência energética de 91,57%. A estrutura do conversor proposto apresenta dois estágios em cascata, o primeiro deles, um conversor que é responsável por gerar um barramento CC estável de 400,5 V e que atende aos requisitos de fator de potência e distorção harmônica total com valores de 0,994 e 5,79%(para a corrente de entrada), respectivamente, e o segundo, um inversor ressonante capaz de fornecer uma tensão de 4,4 kV com uma frequência de 10 kHz que atua como fonte de alimentação de um reator conformado por câmaras de descarga usadas em ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the present dissertation, it is studied and developed a resonant converter in order to produce ozone, applied in water treatment for cleaning processes. Currently, in the year 2018, two of the factors of great importance in the development of converters for ozone generation are: energy efficiency, that is, how much energy is used in relation to the total energy supplied to the converter, and the other is the production of ozone making use of this energy harnessed. The two factors are not necessarily related, for example, for two different converters with the same energy available, it can happen that in one of them can be produced higher concentrations of ozone with a lower use of energy. Therefore, this work emphasizes the improvement of energy efficiency in the production of ozone using soft switching in the involved structures of the proposed resonant converter, which results in an energy efficiency of 91.57%. The structure of the proposed converter has two stages in cascade, the first one, a converter that is responsible for generating a stable DC bus of 400.5 V and that meets the requirements of power factor and total harmonic distortion with values of 0.994 and 5.79% (for the input current), respectively, and the second, a resonant inverter capable of providing a voltage of 4.4 kV with a frequency of 10 kHz which acts as a power supply for a reactor formed by discharge chambers used in ozone generation applications by electric discharge. Naturally, relevant ozone info... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre