Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:48:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312744.pdf: 4087724 bytes, checksum: 68ac07f9b20426b149823655314a999d (MD5) / Esta tese apresenta o desenvolvimento de um modelo analítico e muito simples do circuito retificador, considerando a lei corrente-tensão (exponencial) do diodo, tendo como mérito simplificar um problema relativamente complexo e não linear (retificador) com uma ótima precisão. O modelo mostra-se válido, mesmo para tensões abaixo da tensão térmica, tendo sido testado para um ampla variação de tensão e corrente. São apresentadas equações para a tensão DC de saída, ripple de tensão, transiente durante o startup e eficiência de conversão de potência. Para validação, o modelo é comparado à simulações realizadas em simulador SPICE e a resultados experimentais, mostrando uma ótima precisão. Comparando-se este modelo com outros citados nas referências bibliográficas, este possui a vantagem de ser analítico, mais simples e/ou mais preciso. O desenvolvimento deste modelo torna-se mais importante, à medida que cresce o interesse pela utilização de sensores remotos autoalimentados, e também pelo uso de dispositivos de identificação por rádiofrequência (RFID). O espaço de projeto do conversor AC/DC foi explorado por meio de equações simples e de uma metodologia de projeto desenvolvida para que, através de gráficos, o projetista possa de forma fácil, rápida e com boa precisão, determinar os principais elementos do conversor AC/DC e da rede de adaptação de impedâncias. Para alcançar potências menores na entrada do conversor AC/DC, a metodologia utiliza redes de adaptação de impedâncias para o casamento entre as impedâncias da antena (ou impedância da fonte geradora de sinal AC) e do conversor AC/DC. Além disso, esta metodologia pode ser utilizada para conversores AC/DC com diodos ou transistores conectados como diodos, mesmo que sua equação característica não seja a do diodo exponencial. Para a utilização do conversor AC/DC em circuitos integrados, são estudadas as possibilidades de uso do transistor MOS conectado como diodo operando na região de inversão fraca. Para obter suporte experimental, foram projetados multiplicadores de tensão, com rede de adaptação de impedâncias incorporada ao circuito integrado e também externa ao mesmo, com o objetivo de atingir a menor potência de entrada disponível. / This thesis presents a simple analytical model of the rectifier circuit assuming that the diode is characterized by the exponential current-voltage law. The model shown is valid even for voltages below the thermal voltage and it has been tested for a wide range of voltages and currents. Equations are provided for the DC output voltage, ripple voltage, transient during startup and power conversion efficiency. For validation, the model is compared to simulations carried out in SPICE and experimental results, showing a good accuracy. Comparing this model with others cited in the references, this one has the advantage of being analytical, simpler, and more accurate. The development of this model becomes more relevant with the growing use of self powered remote sensors, and radio frequency identification devices (RFID). The design space of the AC/DC converter was explored using a graphic methodology. To operate with reduced power at the input, the methodology uses an impedance adaptation network for the matching between the impedances of the antenna (or the source impedance of the AC signal) and that of the AC/DC converter. Furthermore, this methodology can be used for AC/DC converters with diodes or transistors connected as diodes, even if their characteristic equations are not exponential. To obtain experimental support, voltage multipliers have been designed with impedance adaptation network incorporated into the integrated circuit and also external to it, in order to achieve the lowest possible power at the input.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:20:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307896.pdf: 8014354 bytes, checksum: e7f5c5f26cf0e245f5bbdc82d9fe7865 (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova topologia de retificador monofásico com fator de potência e rendimento elevados, com o objetivo de adaptar-se aos requisitos de sistemas de conversão modernos. O conversor se caracteriza por integrar as etapas de retificação e conversão CC-CC em um único estágio e por operar com três níveis de tensão para o controle da corrente de entrada. A estrutura possibilita a redução das perdas em condução e de comutação, bem como a redução do volume de dispositivos magnéticos. Uma operação eficiente do retificador é obtida com uma técnica de modulação adequada, também foco deste trabalho. Duas técnicas de controle para o retificador foram analisadas e implementadas em um controlador digital de sinais de baixo custo. Uma análise de estabilidade é apresentada para a técnica de autocontrole de corrente considerando-se os efeitos dos atrasos de transporte da implementação digital. Um novo controlador adaptativo e metodologia de projeto são propostos para permitir a operação do conversor em ampla faixa de variação de carga utilizando esta técnica. A verificação experimental é realizada através de um protótipo de 3 kW desenvolvido em laboratório, para o qual se utilizou uma metodologia de projeto que minimiza o volume de material magnético utilizado no indutor boost. / This work presents a novel single-phase rectifier topology with high power factor and high efficiency, aiming to fulfil modern conversion systems requirements. This converter is characterized by integrating the rectifying and DC-DC conversion stages into a single stage and operates with three voltage levels for controlling the input current. The topology enables low conduction and commutation losses and reduced volume of magnetic devices. Efficient rectifier operation is achieved with a suitable modulation technique, which is also within the focus of this work. Two control techniques for the rectifier have been analysed and implemented in a low-cost digital signal controller. A stability analysis is presented for the current self-control technique considering the effects of the transport delays found in the digital implementation. A new adaptive compensator and design method are proposed to allow the converter to operate with wide load variation range using this technique. Experimental verification is performed with a 3 kW labprototype employing a boost inductor optimized design that minimizes magnetic material volume.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221460.pdf: 3481151 bytes, checksum: 7d298a39e3ef91e56addca5dabe832be (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e aplicação de técnicas de controle preditivo linear e não linear em conversores de potência, em particular aos conversores de tensão de corrente contínua em corrente contínua (CC-CC) elevadores - redutores, conhecidos como conversores buck-boost. Começa-se aplicando uma técnica de controle preditivo linear e através dos resultados obtidos por simulaçãao, mostra-se a necessidade da aplicação de técnicas de controle preditivo não linear para a obtenção de um melhor desempenho do sistema em malha fechada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318434.pdf: 8093429 bytes, checksum: 1377aa3379f8fcdbb5f97b6a94285ad4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CC-CC isolado com alta tensão de saída, utilizado para alimentar uma válvula do tipo TWT. Dentre outras aplicações, a TWT é utilizada em equipamentos de telecomunicações e radares. Uma característica da válvula TWT é que a mesma possui coletores com múltiplos estágios, sendo necessária uma tensão de alimentação para cada estágio, todas na ordem dos kilovolts. Um transformador com alta relação de ganho e com alta tensão de saída necessita de maior quantidade de espiras em seu(s) secundário(s) e com maior isolação entre espiras e entre camadas. Estes dois fatores contribuem para que os parâmetros intrínsecos do mesmo (capacitância intrínseca e indutância de dispersão) sejam muito maiores do que em transformadores de baixos ganho e tensão. Desta forma, todas as topologias consagradas de conversores CC-CC isolados com alta tensão de saída absorvem os parâmetros do transformador em seu funcionamento. A topologia adotada neste trabalho é a Paralelo Ressonante com Saída em Tensão (CPRST), que é baseada na estrutura Full-Bridge. Esta estrutura apresenta excelente rendimento por causa da comutação do tipo ZVS. Esta topologia foi estudada com detalhes para valores de ganho menores do que um de seu circuito equivalente, sendo mapeados dois modos de condução para a utilização com modulação Phase-Shift. As equações que descrevem os modos foram obtidas e parametrizadas. Foi feita a modelagem orientada ao controle do CPRST com modulação Phase-Shift e também projetado o controlador. Foi construído um protótipo com múltiplas saídas no transformador, que se destinou a alimentar uma válvula do tipo TWT, com potência total de 2.100W e tensões de alimentação 1,3 kV, 4,56 kV e 6,08 kV nos múltiplos estágios e 9,53 kV no catodo. <br>

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013Bitstream added on 2014-09-24T20:20:28Z : No. of bitstreams: 1 319255.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Esta tese apresenta uma nova topologia para os conversores CC-CA, que possibilita obter uma tensão alternada instantânea na saída maior que a tensão de barramento sem utilizar estágios intermediários de potência ou transformador. Esta característica se deve ao emprego de uma célula de comutação incluindo dois interruptores, dois diodos, um indutor e um capacitor em cada braço do inversor. Para comprovar a análise estática e dinâmica realizada foi dimensionado, construído e testado um protótipo para uma potência de 1kW, com 96Vcc para a tensão de entrada, 110Vrms para tensão de saída, fundamental de saída 60Hz e de comutação de 20kHz. <br> / Abstract: This thesis proposes a new DC-AC converter featured for producing an instantaneous output voltage larger or smaller than bus voltage without using intermediate power stage or transformer. This featured is provided by using one switching cell including two switches, two diodes, one inductor and one capacitor on each inverter leg. To validate the static and dynamic analysis performed was design, built and tested a prototype to an output power of 1kW, 96Vdc input DC voltage, 110Vrms output voltage, fundamental output frequency 60Hz and switching frequency of 20kHz

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343092.pdf: 7684269 bytes, checksum: d93efe1c257ebf97e292261e0304b96f (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta dissertação apresenta-se uma proposta de arquitetura de interligação de conversores DAB visando à aplicação em transformadores de estado sólido. O sistema é concebido de maneira a propiciar funcionalidades desejadas a tais sistemas como: ajuste dos níveis de tensão; isolamento galvânico; controle ativo do fluxo de potência e redundância. Além das características já citadas, o sistema realiza a divisão da potência processada entre os módulos constituintes, reduzindo os esforços de tensão e de corrente nos elementos semicondutores. Como bloco de construção para o arranjo proposto escolheu-se o conversor DAB, uma vez que ele apresenta elevada densidade de potência, opera em alta frequência e é capaz de realizar comutações suaves. Os princípios de operação da estrutura e seus mecanismos de divisão da potência processada são descritos e, por fim, resultados experimentais são apresentados como forma de validar os conceitos.<br> / Abstract : This work proposes an interconnection of DAB converters for Solid-State Transformer applications. The system is conceived as to provide the required functionalities to SSTs e.g.: voltage level adaptation; galvanic isolation; active control of the power flow and redundancy. Besides, the system share the power processed between the modules, therefore it reduces the current and voltage stresses on the switches. The DAB converter is employed as a construction block, since it presents a high power-density, operates in high-frequency and is capable of soft switching. The operation principles and the sharing mechanisms are depicted and experimental results are presented to validate the concepts.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-03-28T04:12:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344669.pdf: 11650086 bytes, checksum: 16d239a2628e7b324df5e263d33a100c (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho apresentam-se algumas propostas de estruturas conversoras com potencial aplicação como Solid State Transformer (SST), ou Transformadores de Estado Sólido (em português) para microrredes cc e/ou ca. As estruturas possuem como características comuns a utilização de transformadores (o que garante isolação galvânica e fácil adequação de tensão entre cargas e fontes) e a capacidade de modularidade. Algumas estruturas propostas também apresentam a capacidade de acomodar sistemas de acumulação de energia, o que favorece sua utilização também como UPS ou como SST que auxiliam o black-start do sistema a que estão conectados.Inicialmente é apresentada uma revisão das principais topologias de SST encontradas na literatura que possuem isolação galvânica. Após, faz-se uma generalização matemática do conversor Multi Active-bridge (MAB) monofásico, propondo-se uma nova metodologia para controle da tensão nas portas de conversores pertencentes a essa família. Prosseguindo, apresenta-se uma nova família de conversores cc-cc derivados de conversor Dual Active Bridge (DAB) e Triple Active Bridge (TAB), ambos já bastante conhecidos na literatura. Essa família proposta apresenta a capacidade de poder interligar redes cc-cc bipolares e monopolares e/ou fornecerem dois níveis de tensão diferentes às cargas conectadas em suas saídas. Dentro dessa família, é estudado, simulado e testado de forma experimental o conversor denominado de DAB+DAB. Após, é proposta uma nova família de conversores ca-ca com link magnético de alta frequência. Esses conversores, encaixados na categoria Tipo A de SST, também são derivados dos conversores da família MAB. Em particular, apresenta-se o conversor DAB ca-ca com ponto médio. Este conversor é um DAB ca-ca, porém, devido ao ponto médio no transformador possui quatro portas, nas quais podem ser conectadas cargas ou fontes. Apesar de possuir o dobro de portas do DAB convencional, a tensão na carga é controlada usando apenas uma única variável de controle. Também é analisado e testado experimentalmente o DAB ca-ca misto. Os resultados obtidos em bancada corroboram as análises teóricas. Finalizando o trabalho, são propostas duas arquiteturas conversoras que se enquadram na categoria tipo D de SST. Essas estruturas possuem link magnético de alta frequência. O atrativo dessas estruturas são sua capacidade de interligar redes ca-ca monofásicas e/ou trifásicas e terem a capacidade de acomodar sistemas de acumulação de energia. Destaca-se também que a interligação do link magnético da arquitetura chamada de D1 possibilita o fornecimento de potência às cargas ligadas nas portas, mesmo se uma das fontes falhar. A estrutura tipo D1 é simulada, destacando também sua capacidade de quase equalizar as correntes de entrada quando alimentando cargas desequilibradas.<br> / Abstract : This work present converter structures with the potential to be used as Solid-State Transformers applied in dc or ac microgrids. These structures possess common features to transformers e.g. galvanic isolation and voltage adaptation (making easy the voltage adequacy between sources and loads), besides it presents modularity. Some of the depicted structures are also able to accommodate energy storage systems, which favors its utilization as an UPS or as black-start support systems, when interfaced with the electric gird.Initially, a literature review of the main topologies with galvanic isolation is presented. After that, a mathematical generalization of the single phase MAB is performed and a new port-voltage control methodology is proposed. A new family of converters derived from the well-known DAB (Dual Active Bridge) and TAB (Tripple Active Bridge) is presented. The proposed family can be employed to interconnect unipolar to bipolar grids or to provide two different voltage levels to its output loads. Within this family, the converter herein named as DAB+DAB is studied, simulated and experimentally tested. Then a new ac-ac converter family is proposed. This family can be classified as type A SST?s and are derived from the MAB as well. Particularly, the ac-ac DAB with midpoint connection is depicted. This converter is an ac version of the DAB, however due to it midpoint connection it presents four ports in which sources or loads can be connected. Despite of having twice as many ports than a conventional DAB, the load voltage is controlled using only one control variable. Moreover, the ac-ac DAB mixed is also analyzed and experimentally tested. All results confirm the theoretical analysis.Finalizing the present work, two more type D architectures are proposed. These architectures have high-frequency magnetic links and stand-out by its ability to interconnect single or three-phase ac-ac grids and interface energy storage systems.It is also worth mentioning the magnetic link herein named as D1, which allows power to be delivered to the load even if one phase of the systems is missing. Besides that, it has the capacity of almost equalize the input currents when supplying unbalanced loads.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T21:46:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 210577.pdf: 2975192 bytes, checksum: 164134f13bf8eac9f3ea5fd12427d1a4 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de uma nova topologia de conversor CC-CC PWM destinado a aplicações com elevada tensão de entrada. A nova estrutura é baseada no conversor meia ponte clássico, mantendo características de funcionamento semelhantes, porém a tensão máxima aplicada sobre os interruptores é igual à metade da tensão no barramento de entrada. A redução de tensão sobre os interruptores permite a utilização de interruptores de menor custo, além de contribuir na elevação do rendimento do conversor, pois diminui as perdas de comutação e de condução. O conversor estudado opera como fonte auxiliar em um sistema de alta potência aplicado em telecomunicações. Foram estabelecidos no estudo o princípio de

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T02:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208821.pdf: 5751127 bytes, checksum: acbf88d72607c25a58195698afc475c6 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação do controle de um retificador pré-regulador trifásico PWM de três níveis, com aplicação em telecomunicações. O controle foi efetivado por meio da técnica de controle digital, mediante o uso de Processador Digital de Sinais (DSP # Digital Signal Processor), visando obter um conversor CA-CC trifásico com fator de potência unitário e tensões de saída reguladas e equilibradas. Para atingir os objetivos propostos, buscaram-se informações e soluções pertinentes à operação e ao controle adequado do conversor, que envolveram o estudo dos seguintes temas: técnicas e estratégias de controle digital, ambientes computacionais e ferramentas para o desenvolvimento com DSP, malhas de controle para regulação e equilíbrio das tensões nas saídas e malhas de controle para imposição da corrente de entrada senoidal. A proposta teve como foco a utilização do DSP no controle digital do conversor CA-CC. Ao longo deste trabalho são mostrados exemplos de projetos e resultados de simulações, que exibem o comportamento do conversor. São apresentados também os resultados dos principais algoritmos desenvolvidos e implementados com vistas à aplicação em conversores CA-CC trifásicos. Por fim, trata-se dos protótipos construídos, com os quais obtiveram-se vários resultados experimentais que demonstraram a adequada operação dos conversores controlados por DSP.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T20:03:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 203605.pdf: 4261136 bytes, checksum: 9ae5a939857b81f661be94ef21061bcf (MD5) / O presente trabalho apresenta um estudo de conversores CC-CC elevadores para aplicação em equipamentos de refrigeração. Equipamentos estes destinados a embarcações, as quais são alimentadas por baterias de 12V ou 24V. Foram analisados diferentes tipos de conversores CC-CC elevadores, e através desta análise escolheu-se o conversor Push-Pull Alimentado em Corrente por apresentar as melhores características para a aplicação em questão. Para este conversor são apresentados princípio de funcionamento, metodologia de projeto e resultados experimentais. Com o objetivo de atender às duas tensões de entrada com um único conversor, foi projetado e implementado um conversor de 120W, tensão de saída de 200V e tensão de entrada de 9V a 31V. Visando comparar as características deste, com conversores operando em apenas uma tensão de entrada, foram implementados dois protótipos, sendo o primeiro projetado para tensão de entrada de 9V a 16V e o segundo de 18V a 31V. Todos os protótipos operam em malha fechada, com controle através da corrente média de entrada. Um circuito de controle baseado na associação de circuitos PWM comerciais foi proposto.