Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273658.pdf: 2683631 bytes, checksum: 084e520511961195baef438a5831e71a (MD5) / Esta tese apresenta diversos aspectos relacionados com a modelagem, analise e controle de uma classe particular de sistemas hibridos, os sistemas comutados, e em particular a dos conversores de potencia. No capitulo 2 se introduz o conceito de Sistemas Hibridos, sistemas que apresentam dinamicas discretas e continuas ao mesmo tempo, e onde podem co-existir variaveis reais e discretas como por exemplo variaveis binarias. Tambem duas abordagens para realizar a modelagem destes sistemas são apresentadas, os sistemas por partes (Piece Wise Ans Systems - PWA) e os sistemas mistos logicos dinamicos (Mixed Logical Dynamical Systems -MLD). Ambas as ferramentas sao usadas para modelar um con-versor de potencia de corrente continua em corrente continua (CC-CC), o conversor Buck-Boost (CBB), que e o caso de estudo desta tese. No capitulo 3 se analisa a estabilidade de sistemas comutados autonomos lineares onde o sinal de comutaçao e um sinal arbitrantes de estabilidade baseadas nos conceitos de Raio Espectral Generalizado (Generalized Spectral Radius -GSR) e Raio Espectral Conjunto (Joint Spectral Radius - JSR). Mostra-se que o calculo do JSR e um problema computacionalmente complexo, o que limita a aplicacao desta ferramenta. Neste mesmo capitulo se obtem uma condicao sufciente de estabilidade atraves da funcao quadratica comum de Lyapunov (Common Quadratic Lyapunov Function - CQLF), a qual permite testar a estabilidade do sistema comutado de uma forma simples mas bastante conservadora. Finalmente se estuda uma solucao intermediaria entre os resultados conservadores da CQLF, e os menos conservadores, como o JSR, mas numericamente complexos. Esta solucao e obtida atraves da funcao quadratica comutada de Lyapunov (Switching Quadratic Lyapunov Function - SQLF). No capitulo 4 se desenvolvem aspectos teoricos e praticos, dos sistemas comutados. Estudam-se duas abordagens diferentes, a primeira e o controle preditivo misto inteiro (CPMI), que se aplica a sistemas MLD e permite realizar o projeto da lei de controle de uma forma sistematica. A segunda abordagem, que pode ser aplicada a sistemas hibridos nao-lineares, e o controle preditivo nao-linear hibrido (CPBMNL-Hibrido). Ambas as estrategias exemplicam-se atraves de sua aplicacao ao CBB. Finalmente no capitulo 5 se desenvolvem aspectos teoricos relacionados com o Projeto Integrado de Processos e Controle, e realizam-se dois estudos de caso para mostrar a importancia da metodologia no projeto de controle e conversores de potencia CC-CC. Em ambos os casos se mostram as vantagens da utilizacao do metodo com o fim de obter um sistema em malha fechada com uma performance otimizada, assim como a flexibilidade que mostra esta metodologia quando desejamos projetar um conversor para trabalhar numa certa faixa de operacao.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010. / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274635.pdf: 25264384 bytes, checksum: 433dc34b3e4a550ada07e2a994b32493 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo específico estudar estruturas de reatores eletrônicos para LEDs de iluminação. Primeiramente são avaliadas as propriedades elétricas, ópticas e térmicas dos LEDs de potência. É apresentado um modelo elétrico simplificado para simulação e considerada a influência da temperatura da junção nos LEDs, nas suas características ópticas e elétricas. Também é proposto um método de estimação da temperatura da junção para os LEDs de potência. A seguir, são analisadas as características necessárias para as fontes de alimentação dos LEDs de potência, e a influência do tipo de modulação utilizada para modificar a sua intensidade luminosa. São propostos conversores CC-CC auto-oscilantes para os LEDs de potência e uma técnica para equalização de corrente em vetores de LEDs. A aplicabilidade dos conversores CC-CC básicos também é analisada. Além disso, é avaliada a aplicação dos conversores série ressonantes nos LEDs de potência. O modelo elétrico simplificado foi utilizado para a análise e para o dimensionamento do conversor série ressonante. Também é ponderada a inserção de um capacitor de filtro em paralelo com os LEDs, bem como a operação do conversor sem o capacitor eletrolítico do barramento de corrente contínua. Os conversores série ressonantes auto-oscilantes e a integração de estágios para correção do fator de potência são avaliados. Resultados experimentais dos protótipos são obtidos, analisados e discutidos para validação das metodologias aplicadas. / This work aims to study specific topologies of electronic drives for lighting LEDs. Firstly it is considered the electrical, optical and thermal properties, of power LEDs. Following, it is presented a simplified LED electrical model for simulation, and it is analyzed the influence of the LED junction temperature in its optical and electrical characteristics. It is also proposed a method for estimating junction temperature for power LEDs. In the sequence, the characteristics required to power supplies for LED, and the influence of the modulation strategy used to change the light intensity of power LEDs are analyzed. DC-DC self-oscillating converters for power LEDs are proposed. The applicability of basic DC-DC converters is analyzed. Moreover, the application of series resonant converters in power LEDs is presented. The simplified LED electric model was used for the analysis and for the design of series resonant converters. It is also analyzed the insertion of a filter capacitor in parallel with the LEDs, as well as the converter operation without the DC bus electrolytic capacitor. The self-oscillating series resonant converters and integration stages for power factor correction are analyzed. Experimental results of the prototypes are obtained, analyzed and discussed to validate the proposed methodologies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T20:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294713.pdf: 4995437 bytes, checksum: a490906899df890800a0a856b3d0b55a (MD5) / Nesta dissertação de mestrado realiza-se o estudo teórico e experimental do conversor CC-CC Zeta-Sepic bidirecional isolado com grampeamento ativo e interleaving. O estudo se desenvolve na subdivisão do conversor em três topologias que fragmentam os desafios de pesquisa e formam o corpo do presente trabalho. A primeira subdivisão constitui do estudo teórico e experimental do conversor CC-CC Zeta-Sepic bidirecional não isolado. Utiliza-se a modelagem por valores médios instantâneos em espaço de estados cujas resistências série dos componentes são consideradas resultando em um sistema amortecido. Um protótipo é construído. Baterias são utilizadas como fontes bidirecionais em corrente, sendo o controle implementado no DSP TMS320F2812. A isolação galvânica é adicionada, trazendo o problema da indutância de dispersão, que é resolvido propondo uma topologia com grampeamento ativo. O estudo do comportamento dinâmico do conversor é realizado via ferramentas de identificação de sistemas. Um protótipo de 1 kW é implementado em laboratório com o objetivo de validar o estudo realizado. Por fim, três unidades são associadas em paralelo na fonte de menor tensão e em série na de maior tensão resultando na topologia com interleaving. A ondulação de corrente é reduzida, o ganho estático é multiplicado assim como a frequência das correntes nas fontes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298390.pdf: 10373042 bytes, checksum: 8f4333c73671d8af9ef6af3a043c1398 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade.O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade. / This work presents the proposal, analysis, development and implementation of novel three-phase voltage source multilevel inverter structures. The structures form hybrid inverters employing two different cascaded connected topologies used to synthesize a multilevel output voltage with low harmonic distortion. Specifically, the proposed converter is based on a series connection of a three-phase voltage source inverter with pairs of single-phase halfbridge converters. Thus, a modular converter structure is achieved and the topologies become easily expandable to a high number of levels. The half-bridge converters are connected in pairs to eliminate the dc level at the output voltage. The operation stages, the equations that describes the average and the RMS current values at the semiconductors and a theoretical analysis of the output voltage are presented in detail. An appropriated modulation strategy is also proposed in this work. The proposed modulation switches the three-phase voltage source inverter at the fundamental frequency, while the half-bridge converters are driven at high switching frequency. The modulation scheme features changes in the switching signals to achieve a unidirectional power flow in the input rectifiers. Detailed studies are done regarding conduction and switching losses, design of the retictifier#s dc-link capacitors and a comparison between the proposed converter and converters presented in the literature. A multipulse rectifier is also presented to feed the proposed inverter with low harmonics in the input current.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 233941.pdf: 3981296 bytes, checksum: 49aceaf6ff8489e06d1794df73338957 (MD5) / Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de interligação entre módulos geradores de energia utilizando células a combustível (CaCs) e um estágio acumulador de energia formado por um banco de baterias. Alimentadas com hidrogênio, as CaCs operam de forma limpa e sem emissão de poluentes, representando uma tecnologia promissora. Inicialmente é mostrado um estudo de CaCs e de baterias com princípio de funcionamento, características elétricas e modelos utilizados para cada um desses elementos. Após isso, é apresentada a análise de um conversor proposto para essa aplicação, o conversor CC-CC do tipo Boost. O projeto desse conversor leva em conta aspectos de CaCs e de baterias. Além disso, fazem parte deste trabalho a modelagem do conversor considerando parâmetros da CaC e validação através de simulação. Por fim, são apresentados resultados de simulação do sistema completo e em seguida os resultados dos ensaios de laboratório obtidos com a implementação prática de um protótipo. This work presents a design of an interconnection system between energy generator modules using fuel cells (FCs) and an energy storage stage formed by a battery bank. FCs, which are supplied by hydrogen, present clean operation without pollutant emissons, representing a promising technology. First, a study of FCs and batteries is shown with operating principles, electrical characteristics and models used for each one of these elements. Second, the analysis of the proposed converter for this application, the Boost DC-DC converter, is presented. The design of this converter takes into account aspects of FCs and batteries. In addition, converter modelling considering parameters of the FC and validation using simulation are also a part of this work. Finally, simulation results of the complete system are presented, followed by laboratory test results obtained by a practical implementation of a prototype.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T03:44:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 244797.pdf: 4988368 bytes, checksum: 153329d7a575fc508d0192b04854f007 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CA-CA com tensão eficaz de saída controlada e freqüência constante, destinado à aplicação em eletrodomésticos alimentados em tensões "bi-volt", e que utilizam acionamentos com motor de indução monofásico. Na escolha da topologia, foram levados em conta fatores como a faixa de operação do conversor (tensões de entrada e saída), potência do equipamento, o rendimento, o atendimento às normas de segurança, compatibilidade eletromagnética, qualidade de energia e, principalmente, o custo. Duas topologias de conversores CA-CA indiretos com capacitor de barramento da ordem dos F são escolhidas para um estudo das características peculiares e suas implicações. São analisadas formas adequadas de controlar as estruturas e uma delas é escolhida para implementação de um protótipo a fim de se comprovar os resultados teóricos. Um protótipo com potência de 500W e tensão de saída de 110V para uma carga R-L com fator de deslocamento superior a 0,6 é implementado, sendo alimentado em 110V e 220V. Toda a metodologia para o projeto é apresentada sequencialmente, desde o estágio de potência até os estágios de comando e controle, sendo os resultados experimentais comparados com os resultados teóricos, validando o estudo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T14:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241121.pdf: 4062469 bytes, checksum: 22a6ee51e80b5a46aef72aef1d4cbb36 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de um condicionador de tensão ca operando em malha fechada. A topologia proposta possui compensação série de tensão alternada, cuja configuração lhe permite operar com apenas parte da potência de carga. O princípio de funcionamento é basicamente o de uma fonte de tensão controlada, que objetiva o condicionamento da tensão de saída, frente às perturbações do sistema. Para a análise da operação em malha fechada utiliza-se uma técnica de controle linear. São apresentados a metodologia de projeto, os resultados por simulação e os ensaios de um protótipo de 10 kVA, validando a teoria e comprovando as características da topologia proposta. This work presents the study of an ac line conditioner with closed loop operation. The proposed topology has serial ac voltage compensation, which configuration allows operate with only a part of the load power. The principle of operation is basically that of a controlled voltage source, which provides the conditioning of output voltage face of system´s perturbation. For analysis of closed loop operation, a technique of linear control is used. Design methodology, simulation and experimental results of a 10 kVA prototype are presented, to validate the theoretical analysis and to prove the expected characteristics of the proposed topology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269349.pdf: 2780279 bytes, checksum: 34f48af060e42a598ac57a621f159d93 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o estudo, projeto e implementação de um conversor CC/CA para a conexão de um gerador eólico à rede elétrica. Faz-se isso utilizando-se um inversor monofásico, com modulação PWM a três níveis, ligado à rede através de um transformador de baixa freqüência. São controladas três variáveis distintas no conversor: a corrente de saída, que deve ser senoidal e com baixa distorção harmônica, a tensão do barramento CC de entrada, que se deve manter regulada e com a ondulação projetada, e a componente média de corrente no primário do transformador, para se evitar que esse último sature. Inicialmente faz-se uma breve introdução sobre o uso da energia eólica, logo em seguida, estuda-se o estágio de potência, malhas de controle e compensadores utilizados e, por fim, implementa-se um protótipo para que seja feita a comprovação experimental de toda a teoria desenvolvida. / The aims of this work are the study, design and implementation of a dc/ac converter for the connection of a wind power generator to the electric grid. It makes use of a single-phase inverter, with three-level PWM modulation, connected to the grid through a low frequency transformer. Three distinct variables are controlled in the converter: the output current, that must be sinusoidal and present low harmonic distortion, the DC link voltage, that must be regulated and within the designed ripple, and the average current component in the primary winding of the transformer, what prevents it from saturating. Initially, a brief introduction on the use of the wind power is performed. Afterwards, studies of the power structure, control models and employed compensators. Finally, a prototype is assembled and tested to validate through experimental results all developed theoretical analysis and design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T00:50:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261777.pdf: 2905263 bytes, checksum: f8caea9698147b232df8e98453b61597 (MD5) / Esta dissertação apresenta uma modelagem detalhada dos Equipamentos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) baseados em conversores CC-CA no problema de Fluxo de Potência Ótimo (FPO). O objetivo da modelagem é analisar o impacto desses equipamentos na operação em regime permanente de sistemas elétricos de potência. Três equipamentos são considerados: o STATCOM (Compensador Estático Síncrono), SSSC (Compensador Série Síncrono Estático) e o UPFC (Controlador Unificado de Fluxo de Potência). Feita a modelagem, os estudos têm início com uma busca do melhor ponto de inserção do equipamento no sistema. Esse ponto é obtido através de indicadores de sensibilidade fornecidos pelo programa de FPO implementado. Posteriormente, é feita uma comparação das Regiões de Segurança do sistema definidas com e sem o equipamento FACTS em operação. O aumento da Região de Segurança indica a melhoria geral das condições operativas, obtida pela inserção do equipamento. O algoritmo primal-dual de Pontos Interiores é usado na resolução do problema FPO. O desempenho do algoritmo é analisado com os equipamentos FACTS operando livremente e em suas capacidades máximas. São analisados resultados de simulações com diferentes sistemas teste.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:28:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256744.pdf: 2755654 bytes, checksum: 54f64d85429558aa50145e2b66be9947 (MD5) / Este trabalho propõe uma metodologia experimental para a avaliação das perdas no ferro de motores alimentados com tensão do tipo PWM. Dentre a enorme variedade existente hoje em dia de tipos de máquinas elétricas e conversores estáticos de freqüência, este trabalho enfoca os motores de indução de gaiola trifásicos alimentados por conversores de freqüência PWM com tensão imposta. Resultados de ensaios em vazio realizados com motores de indução trifásicos de diferentes potências e construídos com diferentes qualidades de laminações são apresentados e discutidos. Os motores foram alimentados primeiramente com tensão senoidal e posteriormente com tensão PWM, variando-se a freqüência de operação em ambas as condições. O tratamento de dados para cada situação analisada seguiu basicamente o método IEEE-112 de separação de perdas em vazio, com algumas adaptações necessárias para que o método tradicional se adequasse às propostas deste estudo. Como resultado, as perdas no motor de indução, quando alimentado por dois tipos de fontes de tensão, senoidal e PWM, foram comparadas levando em conta também a variação de freqüência. This work proposes an experimental methodology for the evaluation of the iron losses in motors supplied with PWM voltage. Among the huge variety of modern electrical machines and PWM frequency converter types, this work focuses on three-phase cage induction motors fed by voltage source static frequency converters. Results of no-load tests accomplished with two groups of three motors are presented. Each group was formed by identical motors, except for the quality of their lamination steel. The motors have been separately fed by sinusoidal and PWM voltage supply, at varying operation frequencies. Adapting IEEE-112 method for each situation analysed, loss segregation have been carried out and the obtained results were compared. Thereby, the induction motor no-load losses could be verified taking into account both the nature of the voltage source, sinusoidal or PWM, and the operation frequency variation.