Este trabalho apresenta algumas estratégias de controle das malhas de rastreamento de tensão e corrente no lado CA de conversores do tipo fonte de tensão com filtro L ou LC. A topologia escolhida para o controle de tensão CA do inversor é a de duas malhas de controle em cascata: malha de tensão e malha de corrente, sendo esta última mais interna no sistema de controle. A metodologia de trabalho utilizada consiste na modelagem do sistema (sistema controlado e controladores), ajuste dos parâmetros do controlador, simulação computacional do sistema \"inversor + controlador\", implementação de alguns controladores propostos utilizando um DSP e testes em um sistema real com inversor. O estudo das técnicas de controle concentra-se inicialmente na estratégia de realimentação de dois estados no domínio de tempo contínuo, evoluindo para estratégias em tempo discreto que consideram o atraso na atuação do inversor devido ao tempo de cálculo do algoritmo de controle. Em tempo discreto, são analisados controladores preditivos para as malhas de tensão e corrente, bem como o emprego de controladores Proporcional-Integral (PI) na malha de tensão. Os dois últimos controladores são testados em um inversor PWM de baixa potência para diversos tipos de carga, com tensão de referência de inversor senoidal em 60Hz e referência contendo harmônicas. / This work presents some control strategies to achieve voltage and current tracking at the AC side of Voltage Source Converters with L or LC output filters. The topology of voltage control is the Multi-loop control with two loops: Voltage (outer loop) and Current Loop (inner loop). The proposed methodology consists in modeling the control system (plant and controllers), tuning of the controller parameters, simulating the complete system including inverter and controller, implementation of the proposed control strategies on a Digital Signal Processor (DSP) and tests in a power converter. The thesis is initially focused on a state variable continuous time controller with two states and then discrete-time strategies which consider the actuation delay due to the time required to evaluate the control algorithm are studied. In these discrete-time models, predictive controllers in voltage and current loops are analyzed, as well as the use of Proportional- Integral (PI) controllers in the Voltage Loop. These two last control topologies are tested in a low-power inverter for several load conditions with sinusoidal 60Hz inverter reference voltage and with harmonic distortion in the inverter reference voltage.

Este trabalho apresenta algumas estratégias de controle das malhas de rastreamento de tensão e corrente no lado CA de conversores do tipo fonte de tensão com filtro L ou LC. A topologia escolhida para o controle de tensão CA do inversor é a de duas malhas de controle em cascata: malha de tensão e malha de corrente, sendo esta última mais interna no sistema de controle. A metodologia de trabalho utilizada consiste na modelagem do sistema (sistema controlado e controladores), ajuste dos parâmetros do controlador, simulação computacional do sistema \"inversor + controlador\", implementação de alguns controladores propostos utilizando um DSP e testes em um sistema real com inversor. O estudo das técnicas de controle concentra-se inicialmente na estratégia de realimentação de dois estados no domínio de tempo contínuo, evoluindo para estratégias em tempo discreto que consideram o atraso na atuação do inversor devido ao tempo de cálculo do algoritmo de controle. Em tempo discreto, são analisados controladores preditivos para as malhas de tensão e corrente, bem como o emprego de controladores Proporcional-Integral (PI) na malha de tensão. Os dois últimos controladores são testados em um inversor PWM de baixa potência para diversos tipos de carga, com tensão de referência de inversor senoidal em 60Hz e referência contendo harmônicas. / This work presents some control strategies to achieve voltage and current tracking at the AC side of Voltage Source Converters with L or LC output filters. The topology of voltage control is the Multi-loop control with two loops: Voltage (outer loop) and Current Loop (inner loop). The proposed methodology consists in modeling the control system (plant and controllers), tuning of the controller parameters, simulating the complete system including inverter and controller, implementation of the proposed control strategies on a Digital Signal Processor (DSP) and tests in a power converter. The thesis is initially focused on a state variable continuous time controller with two states and then discrete-time strategies which consider the actuation delay due to the time required to evaluate the control algorithm are studied. In these discrete-time models, predictive controllers in voltage and current loops are analyzed, as well as the use of Proportional- Integral (PI) controllers in the Voltage Loop. These two last control topologies are tested in a low-power inverter for several load conditions with sinusoidal 60Hz inverter reference voltage and with harmonic distortion in the inverter reference voltage.

Submitted by camilla martins (camillasmmartins@gmail.com) on 2017-02-10T18:22:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoSistemaMulticonversor.pdf: 3500266 bytes, checksum: 571c3ede894fd99997fdbd62bf7f9992 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-02-14T14:40:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoSistemaMulticonversor.pdf: 3500266 bytes, checksum: 571c3ede894fd99997fdbd62bf7f9992 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-14T14:40:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoSistemaMulticonversor.pdf: 3500266 bytes, checksum: 571c3ede894fd99997fdbd62bf7f9992 (MD5) Previous issue date: 2015-08-10 / Neste trabalho, é apresentado o projeto e desenvolvimento de um Sistema Multiconversor, baseado em uma Microrrede com barramento em corrente contínua e conversores estáticos CC-CC e CC-CA. Este sistema está localizado no Laboratório de Controle em Sistemas de Potência (LACSPOT) na Universidade Federal do Pará (UFPA). O Sistema Multiconversor consiste de três conversores estáticos, sendo dois na topologia abaixador Buck e o terceiro um inversor trifásico. O primeiro conversor alimenta um barramento de corrente contínua com tensão controlada, o qual fornece tensão para um segundo conversor Buck. No segundo conversor, é aplicada uma estratégia de controle de tensão de forma a manter a potência constante. O inversor também é alimentado através do barramento CC e pode ser conectado à rede elétrica de forma a permitir a realização de estudos com sistemas interligados e geração distribuída. Para a validação dos conversores Buck estudados neste trabalho, foram desenvolvidos controladores digitais, através do método indireto de projeto de controladores digitais. Ambos os controladores foram desenvolvidos a partir da leitura das tensões na saída dos dois conversores, com o intuito de manter a tensão e a potência constantes nos conversores primário e secundário, respectivamente. Além da dificuldade inerente de sistemas com incertezas no modelo matemático e não linearidades presentes em conversores estáticos, o conversor com controle de tensão alimenta o segundo conversor. Isto introduz características não lineares que podem, inclusive, provocar instabilidade na tensão do barramento. Por esse motivo, faz-se necessário desenvolver uma estratégia de controle com o intuito de se manter a tensão no barramento o mais próximo possível da tensão de referência. Por fim, uma série de testes é realizada tanto em simulação computacional, quanto no sistema real, com o intuito de verificar a eficácia das técnicas de controle estudadas e aplicadas. Os resultados obtidos mostram o bom desempenho da estratégia de controle para o Sistema Multiconversor. / This paper presents the design and development of a Multiconverter System based on a Microgrid comprised of a DC bus and static power converters DC-DC and DC-AC. This system is located at the Power Systems Control Laboratory (LACSPOT) at Federal University of Pará (UFPA). The Multiconverter System consists in three power converters, two in step-down Buck topology and the third a three-phase inverter. The first converter feeds a direct current voltage controlled bus that provides voltage to a second Buck converter. On the second Buck converter is also applied a voltage control strategy in order to maintain a constant power supply. The three-phase inverter is also powered by a DC bus can be connected to the local power grid, allowing studies with grid-tied systems and distributed generation. To test the buck converter studied in this work, were developed digital controllers, based on indirect digital control design method. Both controllers were developed using the output voltages as feedback signals in order to maintain the voltage and power as constant as possible, on the primary and secondary converters, respectively. Besides inner difficult in systems with parametric uncertainties and nonlinearities shown in power converters, the power converter with voltage control also feeds the second power converter. That introduces non-linear characteristics that may cause bar voltage instability. For that reason, it is necessary to develop a control strategy with the goal of keeping the voltage near to the voltage bus reference. To sum up, several tests were performed both in computer simulation, as in the real system in order to check the effectiveness of control techniques studied and applied. The obtained results shown that the Multiconverter System was able to provide a good performance under the designed control strategy.

Os elevados níveis de potência e desempenho solicitados pelas presentes e futuras aplicações de conversores estáticos de potência podem ser atingidos pela interconexão de unidades básicas menores (multiconversor). Com a utilização de uma estratégia de controle adequada consegue-se não apenas a potência total desejada e sua correta divisão entre as várias unidades básicas como também uma redução no conteúdo harmônico das correntes e tensões resultantes. Neste trabalho, algumas topologias de multiconversores monofásicos do tipo fonte de tensão são modeladas, analisadas e comparadas quanto às solicitações de corrente e tensão nos diversos componentes, e quanto ao espectro da corrente resultante. Desta discussão conclui-se que a \"Conexão em Paralelo de Conversores Sem Transformador\" (PCTL- parallel connection/transformerless) é viável, levando-se em conta as demais topologias e a tecnologia disponível em semicondutores de potência. A análise do modelo matemático e da matriz de controlabilidade do caso PCTL trifásico resulta em métodos de desacoplamento das entradas do multiconversor. Baseando-se nestes métodos, são propostas três estratégias de controle utilizando controladores de corrente monofásicos individuais. Dois deles utilizam PWM com portadora triangular, e o outro, um PWM por banda de tolerância. Para um dos casos, baseados em PWM a portadora triangular, propõe-se um processo de minimização de harmônicos de corrente, injetando-se à referência de cada modulador PWM um sinal de \"seqüência zero instantânea\", obtido a partir da solução de um problema de otimização. Para o caso baseado em banda de tolerância, conseguem-se satisfazer os critérios de desacoplamento pela sincronização e igual defasagem das funções de chaveamento dos diversos conversores via malhas PLL, e também pela injeção de uma corrente fictícia de \"seqüência zero instantânea\" às referências do controlador de corrente. Para os controladores propostos, discute-se a operação do PCTL durante a ocorrência de falhas ou manutenção. Apenas os conversores do tipo fonte de tensão são abordados neste trabalho. / The high power and performance levels required for the present and future power electronics converters can be achieved by connecting a set of smaller power units (multiconverter). By using appropriate control, not only perfect sharing of the power among the converters, but also harmonics reduction is obtained. This thesis presents, analyses and compares some multiconverter topologies, based on the values of the voltages and currents in the main components and in the spectra of the resulting current. As a result, the transformerless parallel connection of converters PCTL is shown to be a feasible solution, taking into account the existing power devices technology. The analysis of the three phase PCTL model and its controllability matrix suggests methods for decoupling the PCTL inputs. This results in two methods using carrier based current controller and one method using a \"tolerance band (TB)\" based controller. For the carrier based one, the injection of an optimized zero sequence reference voltage produces a reduction in the ripple of the individual currents. For the tolerance based one, the inputs coupling is reduced by the use of PLL synchronized PWM and by the injection of a \"fictitious zero sequence current in the TB controller. The operation of the PCTL under faults and maintenance condition is discussed. Only the voltage source converter is studied here.

Os elevados níveis de potência e desempenho solicitados pelas presentes e futuras aplicações de conversores estáticos de potência podem ser atingidos pela interconexão de unidades básicas menores (multiconversor). Com a utilização de uma estratégia de controle adequada consegue-se não apenas a potência total desejada e sua correta divisão entre as várias unidades básicas como também uma redução no conteúdo harmônico das correntes e tensões resultantes. Neste trabalho, algumas topologias de multiconversores monofásicos do tipo fonte de tensão são modeladas, analisadas e comparadas quanto às solicitações de corrente e tensão nos diversos componentes, e quanto ao espectro da corrente resultante. Desta discussão conclui-se que a \"Conexão em Paralelo de Conversores Sem Transformador\" (PCTL- parallel connection/transformerless) é viável, levando-se em conta as demais topologias e a tecnologia disponível em semicondutores de potência. A análise do modelo matemático e da matriz de controlabilidade do caso PCTL trifásico resulta em métodos de desacoplamento das entradas do multiconversor. Baseando-se nestes métodos, são propostas três estratégias de controle utilizando controladores de corrente monofásicos individuais. Dois deles utilizam PWM com portadora triangular, e o outro, um PWM por banda de tolerância. Para um dos casos, baseados em PWM a portadora triangular, propõe-se um processo de minimização de harmônicos de corrente, injetando-se à referência de cada modulador PWM um sinal de \"seqüência zero instantânea\", obtido a partir da solução de um problema de otimização. Para o caso baseado em banda de tolerância, conseguem-se satisfazer os critérios de desacoplamento pela sincronização e igual defasagem das funções de chaveamento dos diversos conversores via malhas PLL, e também pela injeção de uma corrente fictícia de \"seqüência zero instantânea\" às referências do controlador de corrente. Para os controladores propostos, discute-se a operação do PCTL durante a ocorrência de falhas ou manutenção. Apenas os conversores do tipo fonte de tensão são abordados neste trabalho. / The high power and performance levels required for the present and future power electronics converters can be achieved by connecting a set of smaller power units (multiconverter). By using appropriate control, not only perfect sharing of the power among the converters, but also harmonics reduction is obtained. This thesis presents, analyses and compares some multiconverter topologies, based on the values of the voltages and currents in the main components and in the spectra of the resulting current. As a result, the transformerless parallel connection of converters PCTL is shown to be a feasible solution, taking into account the existing power devices technology. The analysis of the three phase PCTL model and its controllability matrix suggests methods for decoupling the PCTL inputs. This results in two methods using carrier based current controller and one method using a \"tolerance band (TB)\" based controller. For the carrier based one, the injection of an optimized zero sequence reference voltage produces a reduction in the ripple of the individual currents. For the tolerance based one, the inputs coupling is reduced by the use of PLL synchronized PWM and by the injection of a \"fictitious zero sequence current in the TB controller. The operation of the PCTL under faults and maintenance condition is discussed. Only the voltage source converter is studied here.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents the development of an electronic ballast for high intensity discharge lamps, using the differential connection technique applied to Flyback converters. The power factor correction stage was implemented by a Buck-Boost converter operating in discontinuous conduction mode. Subsequently, the integrating converters technique was used to simplify the power circuit, making the power factor correction stage and Flyback converters share the same active switches. The proposed circuit was dynamically modeled, in order to obtain the mathematical parameters that govern the behavior of the ballast, obtaining the differential equations relating the voltage and current in the lamp, due to the variation of both the input voltage as the duty cycle. Digital control of the output current provided the use of a low cost microcontroller, the compensating system was designed in discrete time from the use of an integrator and a low frequency bandwidth. For effective control of lamp power, an external loop that regulates the circuit current reference was implemented. The practical implementation of the electronic ballast was performed, in order to verify the proposed control performance. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um reator eletrônico para alimentar lâmpadas de descarga em alta pressão, utilizando a técnica de conexão diferencial aplicada aos conversores Flyback. A etapa de correção de fator de potencia foi implementada através de um conversor Buck-Boost operando em modo de condução descontinuo. Posteriormente, foi utilizada a técnica de integração de conversores para simplificar o circuito de potência, fazendo com que a etapa de correção do fator de potencia e os conversores Flyback compartilhassem os mesmos interruptores ativos. O circuito proposto foi modelado dinamicamente a fim de obter os parâmetros matemáticos que regem o comportamento do reator, obtendo as equações diferenciais referentes à tensão e corrente na lâmpada, em função da variação, tanto da tensão de entrada como da razão cíclica. O controle digital da corrente de saída proporcionou a utilização de um dispositivo microcontrolado de baixo custo, sendo o compensador do sistema projetado em tempo discreto a partir da utilização de um integrador e uma banda passante de baixa frequência. Para o efetivo controle da potência na lâmpada foi adicionada uma malha externa que regula a referência de corrente do circuito. Foi realizada a implementação prática do reator eletrônico a fim de verificar a performance do controle proposto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of the best utilization of high intensity discharge lamps deals with the great global concern with energy efficiency. Electronic ballasts are the current devices that can make the good use of high luminous efficacy and the long useful life of these lamps. This work aims to develop an electronic ballast to supply high intensity discharge lamps. In order to avoid the acoustic resonance phenomenon occurrence, the lamp is supplied with low frequency square waveform. Power control and voltage inversion stage in the lamp are developed by the biflyback inverter topology. The analysis and design of this topology were performed, as well as the development of resonant inversion methodology of the lamp voltage. It is proposed one study, qualitative and quantitative, of active converters to provide the power factor correction, and their integration with the biflyback inverter topology. Buck biflyback inverter topology is chosen to the implementation of practical experiments, in order to validate the present work. The converter modeling, considering the lamp dynamic, such as the stability analysis and theoretical control strategy of current and lamp power are presented. Experimental results show that the proposed electronic ballast has the follow characteristics: high power factor (0.97), low input current harmonic distortion, high efficiency (88%) and not visible occurrence of acoustic resonance phenomenon. / O estudo do melhor aproveitamento das características das lâmpadas de descarga em alta pressão vem ao encontro da grande preocupação mundial com a eficientização energética. Reatores eletrônicos são os dispositivos atuais que melhor aproveitam a alta eficácia luminosa e longa vida útil dessas lâmpadas. Este trabalho visa o desenvolvimento de um reator eletrônico para a alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão. De modo a não excitar a ocorrência do fenômeno de ressonância acústica, a alimentação da lâmpada é realizada através de forma de onda de corrente quadrada em baixa frequência. Os estágios de controle de potência e inversão da tensão na lâmpada são realizados pela topologia biflyback inversora. A análise e projeto desta topologia foram realizados, assim como o desenvolvimento de uma metodologia de inversão ressonante da tensão da lâmpada. É proposto um estudo, qualitativo e quantitativo, dos conversores ativos para correção do fator de potência, e a integração destes, com a topologia biflyback inversora. A topologia buck biflyback inversora foi escolhida para a realização de experimentos práticos para a validação do trabalho. A modelagem do conversor, considerando a dinâmica de uma lâmpada de descarga em alta pressão de sódio foi realizada. Assim como a análise da estabilidade e estratégias de controle da corrente e da potência na lâmpada. Os resultados experimentais comprovam que o reator eletrônico proposto apresenta as características desejadas de: alto fator de potência (0,97), atendimento da norma IEC61000-3-2 para o nível das harmônicas da corrente de entrada, elevado rendimento (88%) e não excitação visível do fenômeno de ressonância acústica.