Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis proposes to improve the efficiency of public illumination systems by means of AC chopper based power converters. A comparative study of high performance AC/AC converters feeding high pressure sodium lamps on mains frequency is presented. These converters are obtained using standard DC/DC topologies with bi-directional switches (four quadrants). A high pressure lamp ballast design methodology is also presented, based on the suppositions of high input power factor and without exciting acoustic resonances at destructive levels. The topologies used are the Buck-Boost, Ćuk, SEPIC and ZETA operating on continuous current mode, with or without input filter, and an ignition circuit. The converters' switching frequencies are 33 kHz feeding the lamp at low frequency (mains frequency). The ignition circuit providing the high voltage required to guarantee the initial arc to start-up the lamp, is presented, analyzed and optimized in the thesis. To control the ballast a 32 bits microcontroller is used, contributing to reduce the component count and the overall system cost. The base to propose a new control design methodology and power circuit parts specification is the Brazilian standards and a comparison with the electromagnetic ballasts output waveforms. Experimental results supplying a 70 W HPS lamp, connected to the mains (220 V ±20% e 60 Hz) through the proposed ballasts, are presented in order to validate the thesis. / Este trabalho visa aprimorar os sistemas de iluminação pública aplicando reatores eletrônicos baseados em conversores CA/CA. Apresenta-se um comparativo entre conversores tradicionais CC/CC, aplicando a eles interruptores bidirecionais em tensão e corrente, de modo a alimentar a lâmpada de alta pressão de sódio na frequência da rede de alimentação, formando um conversor estático CA/CA com alto rendimento. Apresenta uma metodologia de projeto para fonte de alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão baseada em reatores eletrônicos com alto rendimento e elevado fator de potência, que não excitam de forma destrutiva a ressonância acústica (AR). O reator consiste dos conversores Buck-Boost, Ćuk, SEPIC e ZETA bipolares operando por modulação de largura de pulso (PWM) em modo de condução de corrente contínua (CCM), com ou sem filtro de entrada acoplado e com um circuito de ignição. O conversor opera em 33 kHz e alimenta a lâmpada na frequência da rede. O circuito de ignição fornece a alta tensão para a formação inicial do arco elétrico e neste trabalho de doutoramento foi equacionado e otimizado quando comparado ao modelo tradicional. O controle do reator é implementado em um microcontrolador de 32 bits, o que contribui com a redução do número de componentes e do custo final do sistema, sem prejudicar a confiabilidade do mesmo. As formas de onda de saída de reatores eletromagnéticos e as normas vigentes servem de base para o dimensionamento dos componentes e a obtenção de uma nova metodologia de controle. Resultados experimentais para uma lâmpada HPS de 70 W alimentada a partir de uma rede de 220 V ±20% e 60 Hz são apresentados para validar os reatores propostos.

This paper proposes two new topological arrangements consisting in connecting the AC power supply in series with two DC converters, one operating during the positive half-cycle and the other during the negative half cycle. It is noteworthy that these DC converters in series in a case are Buck EIE converters and on the other a buck. The results obtained with both arrangements are analyzed and compared. The control strategy is developed with the goal of imposing an AC voltage output within the limits imposed by the rules in order to mitigate the problems associated with Sags and Swells from the AC power supply . The principles of operation as well as the experimental and simulation results obtained in both steady and transient state are presented and validated for a 1kVA experimental prototype. Finally, some works still on progress related to this dissertation are presented, like the multilevel compensation and the three phase compensation. / Este trabalho propõe dois novos arranjos topológicos que consistem em se conectar a alimentação CA em série com dois conversores CC, um para operar durante o semiciclo positivo e o outro durante o semiciclo negativo. Vale ressaltar que estes conversores CC em série, em um caso são conversores Buck EIE e no outro um conversor Buck. Os resultados obtidos com ambos os arranjos são analisados e comparados. A estratégia de controle é desenvolvida com o intuito de impor uma tensão de saída CA dentro dos limites impostos pelas normas de forma a mitigar os problemas associados com Sags e Swells da rede de alimentação CA. Os princípios de operação, os resultados experimentais e de simulação obtidos, tanto em regime permanente quanto em condições transitórias de operação, são apresentados e validados para um protótipo experimental de 1kVA. Por fim apresentam-se os trabalhos relacionados a esta dissertação que ainda estão em desenvolvimento, que são a compensação em multinível e a compensação trifásica. / Mestre em Ciências