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.

CAPES / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um conversor elevador de tensão, com possibilidade de maior ganho que o conversor boost convencional, para aplicações em condições similares e de maior potência. Apresentam-se os principais conceitos envolvendo o conversor boost e duas de suas variações: o conversor boost de três níveis e o conversor boost intercalado com duas células conversoras. São detalhadas as formas construtivas, as etapas de funcionamento, o equacionamento e os principais pontos positivos de cada conversor, de modo a se verificar os possíveis empregos na construção de um protótipo que une as suas principais vantagens. Na apresentação deste conversor são abordadas as etapas de funcionamento, o equacionamento que rege o seu projeto, as simulações obtidas através de software (PSIM), um comparativo entre os modelos de conversor boost estudados e os resultados experimentais obtidos. / This paper presents the development of a boost converter with the possibility of higher gain than the conventional boost converter for applications under similar conditions and increased power. Presents the main concepts involving the boost converter and two variations: the boost converter of three levels and the boost converter interspersed with two converter cells. The breakdown mounting positions, the operating steps, the addressing and the main strengths of each converter in order to check for possible uses in the construction of a prototype joining their main advantages. In the presentation of this converter addresses the operating steps, the equation governing its design, the simulations obtained through software (PSIM), a comparison between the boost converter models studied and the experimental results.

CAPES / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um conversor elevador de tensão, com possibilidade de maior ganho que o conversor boost convencional, para aplicações em condições similares e de maior potência. Apresentam-se os principais conceitos envolvendo o conversor boost e duas de suas variações: o conversor boost de três níveis e o conversor boost intercalado com duas células conversoras. São detalhadas as formas construtivas, as etapas de funcionamento, o equacionamento e os principais pontos positivos de cada conversor, de modo a se verificar os possíveis empregos na construção de um protótipo que une as suas principais vantagens. Na apresentação deste conversor são abordadas as etapas de funcionamento, o equacionamento que rege o seu projeto, as simulações obtidas através de software (PSIM), um comparativo entre os modelos de conversor boost estudados e os resultados experimentais obtidos. / This paper presents the development of a boost converter with the possibility of higher gain than the conventional boost converter for applications under similar conditions and increased power. Presents the main concepts involving the boost converter and two variations: the boost converter of three levels and the boost converter interspersed with two converter cells. The breakdown mounting positions, the operating steps, the addressing and the main strengths of each converter in order to check for possible uses in the construction of a prototype joining their main advantages. In the presentation of this converter addresses the operating steps, the equation governing its design, the simulations obtained through software (PSIM), a comparison between the boost converter models studied and the experimental results.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Felipe Simoes Freitas e Silva.pdf: 5795737 bytes, checksum: dc589a2115d1b568db1a3c2b9de3f80c (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents the study, modelling and assembling of a three-phase bidirectional DCAC converter suitable for operating as an interface between an energy storage system based on a battery bank and an isolated microgrid. The converter consists of two stages: a DC-DC stage implemented with a bidirectional half-bridge converter that operates on buck or boost mode (during charge or discharge of the ESS, respectively), and a DC-AC full-bridge three-phase bidirectional inverter. The two stages are connected through a DC link, which also works as a power-decoupling element. Isolation from the microgrid is obtained with a :-Y low frequency transformer. A control strategy is proposed where the DC-DC stage regulates the DC link voltage level while the DC-AC controls the three-phase output voltage and frequency, therefore acting as a grid-forming converter (GFC). A 15kW prototype was successfully built and tested in different situations. Simulation and experimental results are shown. / Esta dissertação apresenta o estudo, modelagem e montagem de um conversor bidirecional CC-CA trifásico de múltiplos estágios, projetado para operar como interface entre um sistema de armazenamento e uma minirrede isolada. O conversor consiste de dois estágios de conversão: um estágio de conversão CC-CC, implementado com um conversor buck-boost de meia ponte, que opera em modo buck ou boost (durante o carga ou descarga do sistema de armazenamento, respectivamente), e um estágio de conversão CC-CA composto por um conversor CC-CA trifásico. Os dois estágios são conectados por um elo CC, que funciona como um elemento de desacoplamento de potência. Isolação galvânica é obtida através de um transformador de baixa frequência. Uma estratégia de controle é utilizada na qual o estágio CC-CC controla a tensão do elo CC enquanto o estágio CC-CA controla a tensão e a frequência da minirrede, atuando, portanto, como um conversor formador de rede (CFR). Um protótipo foi montado e testado em diferentes situações. Resultados de simulação e de testes de bancada são mostrados.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Vinicius Bressan.pdf: 3794882 bytes, checksum: c55b9af15d7d913dc3d962a990a792c4 (MD5) Previous issue date: 2014-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work present a new three-phase hybrid multilevel inverter, that is composed of two topologies in cascaded association. The three-phase NPC and the half-bridge modules are connected in series. This con¬nection increases the number of the output voltage levels, improves the output voltage quality and rises the power process by inverter. The theoretical analysis is presented, the switching states are investigated and the average and the RMS currents values in the semiconductors are verified. Based on the current values are projected the dc capacitors, and analyzed the semicondutors loss energy and the input currents of the inverter. Two modulation scheme are presented at proposed inver¬ter, the hybrid PWM and SVM modulation scheme. The first part of the experimental results are verified behavior of the multilevel power structure developed in laboratory. The second part of the experimen¬tal results evaluates quality of output voltage with different modulation scheme using of the mathematical tools THD and WTHD. / Este trabalho apresenta um novo inversor multinível híbrido trifásico, que é formado pela associação em cascata de duas topologias. No caso, um conversor NPC trifásico conectado em série a módulos de converso¬res meia ponte. A ligação em série desses conversores permite ampliar o número de níveis de tensão sintetizados pelo inversor, melhorar a qualidade da forma de onda da tensão de saída e o aumento da energia processada pelo inversor. Uma análise teórica do inversor é apresen¬tada, averiguando as etapas de operação e determinando os valores médio e eficaz da corrente nos semicondutores de potência. Com base nas análises dos valores médio e eficaz da corrente nos semicondutores dimensiona-se os capacitores de barramento, assim com a energia dissi¬pada pelos semicondutores e a análise teórica das correntes de entradas do inversor empregando de retificadores multipulsos. Também são apre¬sentadas duas técnicas de modulação ao inversor proposto: a técnica de modulação PWM híbrida e a SVM. Os resultados experimentais, em sua primeira parte, avaliam o comportamento da estrutura multinível desenvolvida em laboratório. Na segunda parte dos resultados experi¬mentais, avalia-se qualidade da forma de onda de tensão com diferentes técnicas de modulação utilizando das ferramentas matemáticas THD e WTHD.

This work consists of the study, design and implementation of DC-DC converters, used in lighting systems based on light emitting diodes (LEDs). Can be powered by an universal AC voltage source or battery, and the current in the LEDs is controlled digitally. The main objective is to present a proposal of new step-up/down converters topologies with full conversion much higher than that of conventional converters. So, is initially presented an overview of solid-state lighting (SSL). Following is presented the study on the dynamic behavior of converters based on modeling by the method of varying state-space average, ending with the design of a digital PI controller. This work resulted in the application for a patent PI-0801425-6 filed with the INPI, which presents a new family of converters with full conversion extremely wide, called cubic converters. / O presente trabalho consiste do estudo, projeto e implementação de conversores CCCC, aplicados em sistemas de iluminação de estado sólido baseado em diodos emissores de luz (LEDs). Podem ser alimentados por uma fonte de tensão alternada universal ou por uma bateria sendo que a corrente nos LEDs é controlada digitalmente. O objetivo principal é apresentar uma proposta de novas topologias de conversores abaixadores/elevadores com faixa de conversão muito maior que a dos conversores convencionais. Portanto, inicialmente é apresentada uma visão geral sobre iluminação de estado sólido (SSL). Na sequência, é apresentado o estudo sobre o comportamento dinâmico dos conversores baseado na modelagem através do método de variáveis de espaço de estados médio, finalizando com o dimensionamento de um controlador PI digital. Este trabalho resultou no pedido de patente de invenção PI-0801425-6 depositado junto ao INPI, o qual apresenta uma nova família de conversores com faixa de conversão extremamente larga, denominados de conversores cúbicos. / Doutor em Ciências

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho apresenta o estudo, o projeto e a implementaÃÃo de um driver trifÃsico para diodos emissores de luz (LEDs) baseado num conversor com capacitor chaveado (SC â Switched Capacitor), tambÃm conhecido como charge-pump. Uma luminÃria LED com a tecnologia Chip-on-Board (COB), que proporciona uma elevada densidade de potÃncia, à utilizada como carga. Assim como os LEDs, os drivers destes dispositivos devem apresentar uma longa vida Ãtil e um elevado rendimento. A vida Ãtil dos drivers para LEDs à geralmente limitada pelo uso de capacitores eletrolÃticos convencionais. Estes dispositivos apresentam uma vida Ãtil incompatÃvel com a dos LEDs e, por isso, nÃo devem ser utilizados nos seus drivers. AlÃm disso, os drivers para LEDs devem proporcionar uma baixa ondulaÃÃo de corrente nos LEDs, garantindo um baixo flicker percentual e evitando danos à saÃde humana. Diante destes problemas, o conversor trifÃsico SC proposto nÃo utiliza capacitores eletrolÃticos, o que eleva a expectativa de vida Ãtil do driver. O conversor emite um baixo flicker percentual e à capaz de estabilizar a corrente de saÃda sem a necessidade de um controle de malha fechada, o que pode reduzir os custos de projeto. A topologia permite a dimerizaÃÃo dos LEDs atravÃs da variaÃÃo da frequÃncia de comutaÃÃo. Resultados experimentais de um protÃtipo de 216 W sÃo analisados e discutidos para validaÃÃo da proposta. Em condiÃÃes nominais, o conversor apresentou um rendimento global de 91,5%, um fator de potÃncia acima de 0,99 e uma distorÃÃo harmÃnica menor que 5% nas trÃs fases, obedecendo as Classes A e C da norma IEC 61000-3-2:2014. AlÃm disso, foi obtida uma ondulaÃÃo de corrente de alta frequÃncia igual a 16,97% e um flicker percentual de 4,97%, estando de acordo com as recomendaÃÃes da IEEE. A dimerizaÃÃo dos LEDs permitiu a reduÃÃo da potÃncia de saÃda em atà 50%, com rendimento prÃximo a 91%, fator de potÃncia acima de 0,97, distorÃÃo harmÃnica total inferior a 6% para as trÃs fases e flicker percentual menor que 7% para toda a faixa de potÃncia. / This paper presents the study, design and implementation of a three-phase light-emitting diode (LED) driver based on a switched capacitor (SC) converter, also known as charge-pump. A LED lamp with Chip-On-Board (COB) technology, which provides a high power density, is used as load. As the LEDs, drivers of these devices must have a high efficiency and a long useful lifetime, which is usually limited by the use of conventional electrolytic capacitors. These devices have an incompatible lifetime with LEDs and, therefore, they should not be used in their drivers. In addition, the LED drivers should provide a low ripple current in LEDs, which can provide the emission of a low percent flicker. Studies demonstrate that excessive percent flicker may cause damage to human health. Given these problems, the proposed switched capacitor LED driver does not use electrolytic capacitors, which increases the expectative of useful lifetime of the driver. It emits a low percent flicker, which reduces the risks to human health. It can stabilize the output current without the need of a closed-loop control, which may reduce design costs. It allows the LEDs dimming by varying the switching frequency. An experimental prototype rated at 216 W has been developed in order to evaluate the performance of the proposed approach, while results are properly presented and discussed. In nominal conditions, the drive presented an overall efficiency of 91.5%, a power factor greater than 0.99 and a current total harmonic distortion lower than 5% in three phases. The harmonic currents are in accordance with the limits imposed by IEC Standard 61000-3-2:2014 to class A and C equipment. Furthermore, a high frequency current ripple equal to 16.97% and a percent flicker of 4.97% was obtained, which is in accordance with IEEE recommendations. The LEDs dimming allowed the reduction of the output power up to 50%, while the efficiency remained close to 91% and the power factor remained above 0.97. In addition, the total harmonic distortion was below 6% and the percent flicker was lower than 7% for the entire dimming range.

Este trabalho apresenta o estudo comparativo do desempenho de três topologias de conversores do sistema monofásico para o sistema trifásico com número reduzido de componentes, para o acionamento de um motor de indução do tipo rotor gaiola de esquilo. O funcionamento de cada topologia é descrito e simulado digitalmente. O desempenho desses conversores é avaliado em diferentes modos de operação, com sequência de fase positiva ou negativa, com ênfase na qualidade de energia em termos de redução da distorção harmônica total e da melhoria do fator de potência na fonte. Com vistas à redução de custos, foi desenvolvido um protótipo experimental baseado no uso de módulo integrado de chaves semicondutoras de potência e de um microcontrolador de baixo custo. Os resultados experimentais se equiparam aos resultados obtidos por simulação. / This work presents the comparative performance of three topologies of single-phase to three-phase converters with reduced number of components while driving an induction motor of type squirrel-cage. The operation of each topology is described by means of simulation results. The performance of these converters is evaluated in different modes of operation, according to the positive or negative sequence, with an emphasis on power quality in terms of reduced total harmonic distortion and improved power factor at the input source. With a viewpoint for achieving reduced costs, an experimental prototype has been developed, based on the use of integrated module of power semiconductor switches and a cheap microcontroller. Experimental results comparable to those obtained by simulations are obtained.

Este trabalho apresenta o estudo comparativo do desempenho de três topologias de conversores do sistema monofásico para o sistema trifásico com número reduzido de componentes, para o acionamento de um motor de indução do tipo rotor gaiola de esquilo. O funcionamento de cada topologia é descrito e simulado digitalmente. O desempenho desses conversores é avaliado em diferentes modos de operação, com sequência de fase positiva ou negativa, com ênfase na qualidade de energia em termos de redução da distorção harmônica total e da melhoria do fator de potência na fonte. Com vistas à redução de custos, foi desenvolvido um protótipo experimental baseado no uso de módulo integrado de chaves semicondutoras de potência e de um microcontrolador de baixo custo. Os resultados experimentais se equiparam aos resultados obtidos por simulação. / This work presents the comparative performance of three topologies of single-phase to three-phase converters with reduced number of components while driving an induction motor of type squirrel-cage. The operation of each topology is described by means of simulation results. The performance of these converters is evaluated in different modes of operation, according to the positive or negative sequence, with an emphasis on power quality in terms of reduced total harmonic distortion and improved power factor at the input source. With a viewpoint for achieving reduced costs, an experimental prototype has been developed, based on the use of integrated module of power semiconductor switches and a cheap microcontroller. Experimental results comparable to those obtained by simulations are obtained.

Com o crescente aumento da demanda de energia elétrica em nível mundial, há também um crescimento dos desafios de integrar diferentes formas de geração de energia com os microgrids CC. As fontes de geração distribuída constituídas de fontes renováveis tais como solar, pequenas centrais eólicas, células de combustível, entre outras, normalmente produzem baixas tensões elétricas, cabendo a um conversor propiciar o ganho de tensão que possibilite `a sua conexão com o sistema. Neste trabalho, é apresentado o estudo do conversor flyback intercalado com foco na análise matemática e na implementação do indutor acoplado flyback visando a diminuição de perdas. Inicialmente, é feita uma revisão dos conversores CC−CC que possuem características de aplicação similares à proposta desse trabalho. A partir da revisão, são apresentadas as vantagens e desvantagens da utilização de conversores isolados e as suas limitações quanto à potência e aos modos de operação. Uma análise detalhada utilizando o método do transformador PWM é realizada para a determinação do ganho de tensão e do rendimento do conversor flyback intercalado operando no modo de condução descontínua. Os procedimentos de projeto do indutor acoplado e dos componentes do circuito eletrônico são apresentados e detalhados. Os circuitos snubbers regenerativo e dissipativo (RCD) são projetados e implementados para a comparação dos resultados. Um conversor flyback intercalado com potencia nominal de 500Wfoi simulado e implementado, sendo que resultados de simulação e experimentais são apresentados, comparados e discutidos. Ao final do trabalho, um mainframe CC é proposto e simulado, fazendo a integração e o controle de dois conversores CC−CC operando em paralelo. / The power demand worldwide is increasing and there is also a growing challenges of integrating different ways of power generation with the DC microgrids. The sources of distributed generation formed by renewable sources such as solar, small wind power plants, fuel cells, among others, usually produce low voltages, leaving the converter provide the voltage gain that enables to their connection to the system. This work presents the study of interleaved flyback converter with focus on mathematical analysis and implementation of the flyback coupled inductor in order to minimize losses. Initially, it made a review of DC-DC converters that have similar application characteristics to the proposal of this work. From the review, the advantages and disadvantages of using isolated converters and their limitations on the power and operating modes are presented. A detailed analysis using the PWM transformer method is performed for determining the voltage gain and the interleaved flyback converter efficiency operating in discontinuous conduction mode. Coupled inductor design procedures and electronic circuit components are presented and detailed. The regenerative and dissipative (RCD) snubbers circuits are designed and implemented to compare the results. A interleaved flyback converter with nominal power of 500 W was simulated and implemented, and simulation and experimental results are presented, compared and discussed. At the end of the work, a DC mainframe is proposed and simulated, making the integration and control of two DC-DC converters operating in parallel.