A dissertação aborda o desenvolvimento e testes de um conversor eletromagnético de 3 para 5 fases, sendo inicialmente avaliadas configurações conhecidas usando vários tipos de ligações. Foi desenvolvido um modelo baseado em resistências e indutâncias próprias e mútuas, para as quais caminhos de fluxo magnético através do núcleo de aço silício e também através do ar em torno dos enrolamentos foram considerados. Com base no modelo desenvolvido e nos resultados das simulações realizadas com o modelo, na sequência, foi projetado e construído um protótipo. O projeto levou em conta aspectos como equilíbrio de tensão nos secundários sob carga, aproveitamento do material dos enrolamentos e do núcleo, assim como a facilidade de conexão dos enrolamentos. Para as simulações do modelo utilizou-se o software Micro- Cap, tendo sido avaliado o equilíbrio nas tensões de saída do conversor sob carga equilibrada e desequilibrada, além de avaliar seu comportamento diante de falhas (abertura) de uma das fases da carga dos secundários. Os resultados das simulações foram comparados com os ensaios realizados no protótipo utilizando cargas resistivas e também um motor de indução pentafásico, tendo sido observada uma boa concordância entre ambos. Para as cargas resistivas utilizadas nos ensaios, as tensões ficaram muito próximas da simulação, mantendo as tensões nos secundários dentro de níveis aceitáveis de desequilíbrio. Contudo, na operação sob falha em uma das fases da carga, o nível de desequilíbrio de tensão apresentou-se acima do aceitável. Já para o motor de indução pentafásico utilizado nos ensaios, as tensões nos secundários apresentaram níveis aceitáveis de desequilíbrio, mesmo na operação sob falha em uma das fases da carga e independente da conexão dos enrolamentos primários. Finalmente, a indução no núcleo do conversor foi avaliada, sendo que em todos os ensaios e simulações, os valores máximos nas colunas do transformador não ultrapassaram os limites projetados, mostrando que não houve efeitos significativos de saturação e assim mantendo níveis aceitáveis de perdas no ferro. / This work addresses the development and test of an electromagnetic converter which can convert a three-phase system into a five-phase system. Initially, known configurations are evaluated which use several different types of connections. A prototype was designed and built considering aspects such as (1) voltage balanced under load on the secondary side, (2) utilization of the conductor and core material, and (3) difficulty to connect the windings. In order to evaluate the performance of the converter, a model was developed which is based on resistances, self inductance, and mutual inductances; for the determination of these inductances, the flux paths through the yokes and also through the air space surrounding the windings have been considered, besides the iron characteristic. The model was implemented using the software Micro-Cap, being assessed the voltage balance on the secondary side under balanced and also unbalanced load; in addition, the performance was evaluated under the occurrence of a fault on the secondary side (loss of one phase). The results obtained through simulations were compared with practical results measured on the prototype connected to a resistive load and also to a five-phase induction machine, being a good agreement between both results observed. For the resistive loads used during the tests, the voltages were very close to the predicted values, being the output voltages within an acceptable level of unbalance. However, for the operation under fault in one phase, the secondary voltages showed not acceptable unbalance. For the operation of the induction machine, the secondary voltages showed acceptable unbalance, even for the operation under fault and for all types of connection on the primary side. Finally, the induction in the magnetic yokes of the converter was investigated; in all tests and simulations, the maximal values in the magnetic parts did not surpass the design limits, ensuring that no significant saturation effects took place and thus keeping the magnetic losses within acceptable limits.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A distributed power supply composed of multiple DC-DC converters connected in parallel offers several advantages in comparison to a centralized solution. Among these benefits are the following: redundancy, system modularity, increased reliability, improved thermal ow on the system and reduction in the physical size of the units. Its main purpose is to evenly share the output current between the converters. In practice, this specification is rarely achieved without the use of a specific control strategy for sharing, since each converter produces output dependent on the tolerances of the components and the line impedance that connects the unit to the load bus. This imbalance in the shared current can cause excessive stress on the units operating outside of their specifications, increasing their chances of failure. Also, it is desirable that any points of failure are minimized or eliminated by adopting a decentralized control strategy, minimizing connections between units. In this work, the generalized model of output current for a i -th converter from a source with n converters connected in parallel is obtained. To obtain this model, each converter present in the system is modeled as a controlled voltage source, connected to the load bus through an individual line resistance. As the main contribution, two strategies to control current sharing between converters are proposed, based on parallelism without communication between modules, specifically the droop control. To validate the design, the simulation results for a power supply containing three converters in parallel applied to a LED street lamp fixture are shown and analyzed. At the end of this document, the conclusions and suggestions for future work involving the subject are developed. / Uma fonte distribuída de potência composta por vários conversores CC-CC conectados em paralelo oferece diversas vantagens em comparação a uma solução centralizada. Entre esses benefícios, destacam-se os seguintes: redund^ancia, modularidade do sistema, aumento da confiabilidade, melhoria no uxo térmico do sistema e redução no tamanho físico das unidades. Seu principal objetivo é compartilhar uniformemente a corrente de saída entre os conversores. Na prática, esta especificação é raramente atingida sem o emprego de uma estratégia de controle específica para o compartilhamento, visto que cada conversor produz saída dependente das tolerâncias de seus componentes e da impedância de linha que o conecta ao barramento de carga. Este desequilíbrio nas correntes compartilhadas pode ocasionar estresse excessivo nas unidades operando fora de suas especificações, aumentando suas chances de falha. Ainda, é desejável que quaisquer pontos de falha sejam minimizados ou eliminados através da adoção de uma estratégia de controle descentralizada, minimizando conexões entre os conversores. Neste trabalho, o modelo generalizado de corrente para um i -ésimo conversor constituinte de uma fonte com n conversores conectados em paralelo é obtido. Para obtenção deste modelo, modelou-se cada conversor presente no sistema como uma fonte de tens~ao controlada, conectado ao barramento de carga através de uma resistência de linha individual. Como principal contribuição, são apresentadas duas estratégias de controle para compartilhamento de corrente entre conversores, baseados no paralelismo sem comunicação entre módulos, mais especificamente o controle por decaimento. Para validar o projeto, são mostrados e analisados os resultados de simulação para uma fonte de potência contendo três conversores em paralelo aplicados a uma lâmpada de LEDs para iluminação pública. No final deste documento, as conclusões e sugestões para futuros trabalhos envolvendo o tema são elaboradas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This thesis addresses the design of adaptive current controllers applied for voltagesource grid-connected converters with LCL-filter. Due to the grid equivalent impedance uncertainty and/or variation at the point of connection, the current controller of such converters may become unstable or have a poor performance with fixed-gain controllers because the grid impedance is part of the dynamic model. So, adaptive control techniques are proposed to ensure stability and performance of current controllers for grid-connected converter with LCL-filter even without knowledge of the grid equivalent impedance. Continuous time adaptive control, from the theoretical point of view, is a well established control technique. However, in this application, a discrete-time current controller is implemented. There are some differences between discrete-time and continuous-time adaptive controllers. When the controlled variable is the converter current, a model reference adaptive state feedback is proposed. The adaptation algorithm, responsible to update the gains in real-time, consists on a recursive least-squares (RLS) algorithm. When the controlled variable is the grid current, a model reference adaptive state feedback is also used. However, the RLS algorithm has some modifications to keep the controller robust under unmodeled dynamics. The RLS algorithm is used because it has better parametric convergence characteristics compared to other algorithms. The grid voltage disturbance is rejected making some small modifications on the controller structure. Simulation results are validated by experimental results in a 5,5kW three-phase grid-connected converter, which shows good convergence and steady state stability of the adaptive controllers. Finally, some comparisons with fixed gain current controllers are presented to show de advantages and disadvantages of each controller. / Esta tese trata do projeto de controladores adaptativos aplicados a conversores estáticos alimentados em tensão conectados à rede elétrica através de filtro LCL. Devido às características incertas e/ou variantes da impedância equivalente da rede no ponto de conexão de conversores estáticos, o controle da corrente de tais conversores pode se tornar instável ou o desempenho pode ser degradado com a utilização de controladores com ganhos fixos, pois a característica da rede faz parte do modelo dinâmico. Com base nisso, é proposto o uso de técnicas de controle adaptativo para garantir a estabilidade e o desempenho do controlador de corrente de conversores conectados à rede mesmo sem o conhecimento da sua impedância equivalente. Controle adaptativo em tempo contínuo, no ponto de vista teórico, é uma técnica de controle bem consolidada. No entanto, na aplicação em questão, o controlador de corrente é implementado em tempo discreto. Controle adaptativo em tempo discreto apresenta algumas diferenças quanto aos controladores em tempo contínuo. Quando a variável de controle é a corrente do conversor, é proposta a utilização de uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência cujo adaptador, responsável por atualizar os ganhos em tempo real, consiste em um algoritmo recursivo por mínimos quadrados (RLS). Quando a variável de controle é a corrente da rede, também é utilizada uma retroação de estados adaptativa por modelo de referência, porém o algoritmo RLS apresenta modificações para torná-lo robusto à dinâmicas não modeladas. O algoritmo RLS é utilizado por ter melhores características de convergência paramétrica se comparado a outros algoritmos. O distúrbio de tensão da rede é rejeitado fazendo-se algumas modificações na estrutura da lei de controle. Os resultados de simulação são validados através de resultados experimentais em um conversor de potência nominal de 5,5kW, os quais mostram as características promissoras dos controladores de corrente adaptativos. Por fim, são apresentadas comparações com controladores de corrente de ganhos fixos, mostrando as vantagens e desvantagens de cada uma dos controladores.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This study proposes a modulation strategy based on geometric approach for a hybrid multilevel converter with single dc voltage source. This multilevel converter is composed of a three-phase three-level multilevel converter with neutral-point-clamped (NPC) connected in series with single-phase three-level full-bridge cells. The NPC converter operates at the fundamental frequency of the reference signals, and the switching angle of the switches is calculated to ensure that the fundamental component of the NPC converter output voltage is equal to the fundamental component of the reference voltage of the entire hybrid multilevel converter. Therefore, the full-bridge cells, which operate with pulse width modulation (PWM), do no process active power and they can be supplied by capacitors. However, to guarantee that the full-bridge cells operate in the linear region a common mode voltage is added on its reference signals. This work uses a systematic methodology for obtaining the region of possible values of common mode voltage to ensure the operation of the full-bridge cells in the linear region, it being possible to maintain the DC bus voltages regulated without distorting the output line-to-line voltages. Moreover, this study applies the hybrid multilevel converter with single DC source as input stage (rectifier) of medium-voltage variable speed drive systems, becoming an alternative for applications that require energy regeneration, high efficiency and input power factor as well as a satisfactory dynamic response. Simulation and experimental results are included to validate the analyzes presented in this work. / Este estudo propõe uma estratégia de modulação baseada em abordagem geométrica para um conversor multinível híbrido com única fonte de tensão contínua. Esse conversor multinível é formado por um conversor multinível trifásico três níveis com ponto neutro grampeado (NPC Neutral Point Clamped) conectado em série com células em ponte completa monofásicas de três níveis. O conversor NPC opera na frequência fundamental dos sinais de referência, e o ângulo de comutação dos interruptores é calculado para garantir que a componente fundamental da tensão de saída do conversor NPC seja igual à componente fundamental da tensão de referência de todo o conversor multinível híbrido. Dessa forma, as células em ponte completa, que operam com modulação por largura de pulso, não processam potência ativa e podem ser alimentadas por capacitores. Contudo, para que as células em ponte completa operem na região linear é adicionada uma tensão de modo comum nos seus sinais de referência. Esse trabalho utiliza uma metodologia sistemática para obtenção da região de possíveis valores de tensão de modo comum que garantem a operação das células em ponte completa na região linear, sendo possível manter as tensões nos capacitores dos barramentos CC reguladas sem distorcer as tensões de linha de saída. Ainda, esse trabalho aplica o conversor multinível híbrido com uma única fonte de tensão contínua como estágio de entrada (retificador) de sistemas de acionamento de velocidade variável para motores de média tensão, sendo uma alternativa para aplicação que demandam regeneração de energia, elevado rendimento e fator de potência de entrada, assim como uma resposta dinâmica satisfatória. Resultados de simulação e experimentais são incluídos para validar as análises apresentadas nesse trabalho.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents a methodology to compare different topologies and configurations of multilevel systems applied to drive medium voltage induction motors. Initially, it presents the input and output parameters that must be supplied by the power drivesystems manufacturer. Then, the mathematical models of the performance indexes used are presented, being, the total harmonic distortion, first order distortion factor and the power losses of the main semiconductors devices. After, it is presented a methodology that allows the amplitude selection of DC sources for the inverter with a specific number of cascaded Hbridge cells. A study regarding the hybrid multilevel modulation strategies and the impact of their variations on the semiconductors devices power losses of the output inverter is developed. Based on this study, it is proposed a new hybrid multilevel modulation technique, it minimizes the semiconductors power losses and allow the use of front-end uncontrolled rectifiers without modifying the total harmonic distortion of the output voltage inverter. After, it is developed a comparative study between the asymmetrical hybrid multilevel inverter and the symmetrical multilevel inverter, which enables the determination of the switching frequency for the one determined performance and the maximum switching frequency of each converter. This Master Thesis presents complementary methods of design of the hybrid multilevel inverter and a methodology that will make possible to choose the drive system that presents high efficiency and reduced cost, neither penalizing the energy quality of the utility grid nor the induction motor constraints. / Esta Dissertação de Mestrado apresenta uma metodologia para comparar diferentes topologias e configurações de sistemas multiníveis aplicados ao acionamento de motores de indução de média tensão. Inicialmente são apresentados os parâmetros de entrada e saída que devem ser fornecidos pelos fabricantes de sistemas de acionamento de alta potência. Então, são apresentados os modelos matemáticos dos índices de desempenho utilizados, sendo eles, distorção harmônica total, fator de distorção de primeira ordem e perdas nos dispositivos semicondutores principais. Posteriormente, é apresentada uma metodologia que permite selecionar a amplitude das fontes CC para um inversor com um número específico de células H-bridge conectadas em série. Um estudo a respeito das estratégias de modulação multinível híbrida e o impacto de suas variações sobre as perdas dos dispositivos semicondutores do inversor de saída é apresentado. Fundamentado neste estudo, é proposta uma nova técnica de modulação multinível hibrida, que minimiza as perdas nos semicondutores e permite o uso de retificadores não controlados no estágio de entrada sem modificar a distorção harmônica total da tensão de saída do inversor. Depois, é desenvolvido um estudo comparativo entre o inversor multinível híbrido assimétrico e o inversor multinível simétrico, que permite a determinação da freqüência de comutação para um rendimento específico e a máxima freqüência de comutação de cada conversor. Esta Dissertação de Mestrado apresenta métodos complementares de projeto de inversores multiníveis híbridos e uma metodologia que possibilitará escolher sistemas de acionamento que apresentem alta eficiência e custo reduzido, sem por isso prejudicar a qualidade da energia drenada da rede pública e fornecida ao motor de indução.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-10-30Bitstream added on 2014-06-13T20:09:43Z : No. of bitstreams: 1 almeida_ts_me_ilha.pdf: 5032122 bytes, checksum: ba20bdd1ce902754e7b772b2be3cc785 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, apresenta-se o desenvolvimento e a avaliação de duas ferramentas que auxiliam projetos de circuitos eletrônicos, sejam eles projetos de sistemas digitais ou de sistemas mistos (sinais digitais e sinais analógicos). A partir de um diagrama de transição de estados, modelado em ambiente Stateflow®, a primeira ferramenta, denominada SF2HDL, realiza a extração de linguagens de descrição de hardware, podendo ser VHDL ou Verilog HDL. Sendo ainda capaz de extrair uma tabela de transição de estados padronizada, que, posteriormente, foi utilizada como entrada pelo programa TABELA, o qual realiza a minimização do sistema digital. A máquina de estados finitos, alvo da tradução, pode ser descrita tanto pelo modelo de Mealy como pelo modelo de Moore. Como estudos de caso, foram utilizados quatro códigos de linhas empregados em sistemas de telecomunicações. A segunda ferramenta é um aperfeiçoamento de uma ferramenta já existente, denominada MS2SV, empregada na síntese de sistemas mistos. O MS2SV é capaz de gerar uma descrição em VHDL-AMS estrutural, a partir de um modelo descrito em alto nível de abstração no ambiente Simulink®. Toda a estrutura de projeto necessária para a simulação e análise do sistema no ambiente SystemVision™, também é gerado pelo MS2SV. Foram utilizados quatro modelos de conversor de dados do tipo DAC (Digital to Analog Conversor), para avaliar o desempenho da ferramenta. Nesse contexto, as duas ferramentas permitem maior flexibilidade ao projetista, traduzindo descrições em níveis de abstração diferentes, o que permite uma análise mais detalhada do funcionamento do sistema e facilitando a sua implementação física / In this work, it’s shown the development and evaluation of two tools to aid in electronic circuits projects, be them digital systems projects or for mixed systems (digital and analogical signs). From a states transition diagram modeled in Stateflow® environment, the first tool, named SF2HDL, performs the extraction of hardware description languages, which could be VHDL or Verilog HDL. It is also capable of extracting states transition table standardized, which later was used as a TABELA program, which accomplishes the minimization of the digital system. The target finite state machine of the translated can be described by the Mealy model as much as the Moore model. As case studies were used four code lines employed in telecommunications systems. The second tool is an improvement of an already existent tool, known as MS2SV, used in the synthesis of mixed systems. The MS2SV is able to generate a description in structural VHDL-AMS, from a model described in high level of abstraction in the Simulink® environment. The whole project structure necessary for the simulation and analysis of the system by the SystemVision™ environment is also generated by MS2SV. Four DAC (Digital to Analog Converter) were used to evaluate the tool is performance. In that context, both tools allow a greater flexibility to the planner, translating descriptions in different abstraction levels, which allows a more detailed analysis of the systems behavior and making its physical implementation easier

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation deals with modulation techniques for multilevel diode clamped converters. The major challenge to be overcome by modulation strategies to these converters is the balance of the dc-link voltage capacitors, whilst minimizing the THD of output voltages. Among the modulation strategies reported in literature for this purpose are the carrier-based and space vector modulation techniques. Generally the space vetor methods select the nearest three vector to implement the desired output voltage vector. However, it is not always possible to remove the low frequency ripple in the dc-link voltage capacitors using this diagram vector. This work proposes a new space vector diagram that allows the elimination of the low frequency ripple in the dc-link voltage capacitors and guarantees the balance to the entire converter linear operation region, operating with any power factor load. Further constrains are derived based on the sign and magnitude of the output currents to determine the transition between the space vector diagram N3V and NS3V, making a hybrid modulation. As a result is possible to minimize the total harmonic distortion of the output voltages and to ensure the control of the averaged neutral point current. In order to make it possible to extend the results for converters with any number of levels, a carrier based modulation was proposed in this work where the modulation signals are chosen to ensure maximum use of the dc-link of the linear range of operation of converter, and eliminate low-frequency oscillation in the voltage capacitors. Moreover, it is proposed a space vector modulation strategy to back-to-back three level diode clamped converters, with the purpose to connect the wind power generation to the grid. This technique combines the utilization of the N3V and NS3V space vector diagrams for both converters connected to the same dc-link. Thus it is possible to establish a trade off between oscillation in the voltage capacitors and THD of output voltages. Experimental results and benchmarks are presented and demonstrate the good performance of the proposed methods. / Esta dissertação de mestrado trata de estratégias de modulação para conversores multiníveis com diodos de grampeamento. O principal desafio a ser superado por técnicas de modulação aplicadas a estes conversores é o de equilibrar as tensões dos capacitores do barramento CC, enquanto que minimizando a penalização da THD das tensões de saída. Dentre as principais estratégias de modulação com esse propósito abordadas na literatura, são as estratégias baseadas na comparação com portadora e as estratégias vetoriais. Geralmente os métodos de modulação vetorial utilizam os três vetores de comutação mais próximos do vetor de tensão de referência, N3V. Entretanto nem sempre é possível eliminar as ondulações de baixa frequência presentes nas tensões dos capacitores do barramento CC em toda faixa de operação do conversor utilizando essa divisão de setores. Este trabalho deriva um novo diagrama vetorial NS3V, que possibilita a eliminação das ondulações de baixa frequência das tensões dos capacitores do barramento CC na região linear do conversor, independente do fator de potência de operação. Além disso são obtidas restrições baseadas no sinal e nas magnitudes das correntes de saída para determinar a transição entre a modulação que utiliza o diagrama vetorial N3V e o diagrama vetorial NS3V, tornando a modulação híbrida. Com isto é possível minimizar a distorção harmônica das tensões de saída e assegurar o controle da corrente média sobre um período de comutação no ponto central do divisor capacitivo. Com objetivo de facilitar a extensão dos resultados para um número qualquer de níveis, a modulação baseada na comparação com portadora foi proposta nesse trabalho onde as tensões modulantes são escolhidas de forma a garantir a máxima utilização da tensão do barramento CC na faixa linear de operação do conversor, bem como eliminar as ondulações de baixa frequência presentes nas tensões dos capacitores. Ainda, é proposta uma estratégia de modulação vetorial para conversores com diodos de grampeamento de três níveis em configuração back-toback com o propósito de conectar sistemas de geração eólica à rede. Nesta estratégia de modulação é combinada a utilização dos diagramas vetoriais N3V e NS3V para ambos os conversores conectados ao mesmo barramento CC. Dessa forma é possível estabelecer um compromisso entre ondulação das tensões dos capacitores do barramento CC e THD das tensões de saída. Resultados experimentais e análises comparativas são apresentadas e demonstram a boa performance dos métodos propostos.

Esta dissertação propõe um novo sistema de controle baseado na Teoria da Potência Instantânea para um aerogerador acoplado a um gerador síncrono de imãs permanentes. Por se tratar de um gerador com força eletromotriz trapezoidal, o controle proposto traz vantagens em relação aos usuais baseados na transformação de Park. Uma bancada de ensaios foi montada para a verificação experimental. Utilizou-se, para converter a energia rotacional mecânica em elétrica, uma máquina síncrona de ímã permanente (MSIP) de 3kW. O sistema proposto é composto por dois conversores do tipo fonte de tensão (Voltage Source Converter), conectados em topologia back-to-back, são utilizados para conectar este gerador à rede elétrica, nos quais o disparo das chaves é por modulação PWM vetorial. A sincronização e o controle dos fluxos de potências são baseados na teoria pq, com compensadores ressonantes no lado da rede e proporcionalintegral (PI) no lado do gerador. Neste caso, para garantir a estabilidade do controle da corrente do gerador em toda a sua faixa de potência, determinou-se matematicamente, em função da posição do rotor, a força eletromotriz do MSIP. O controle da tensão no barramento CC é feito no lado do gerador, garantindo a permanência da conexão com a rede mesmo quando o sistema está sujeito ao afundamento simétrico da tensão. O sistema de geração ajusta o valor da potência transferida à rede e a velocidade de rotação da turbina eólica, de modo que ele opere sempre no ponto de maior potência. São apresentados resultados de simulação em ambiente Matlab/Simulink, e experimentais coletados na bancada. Para impulsionar o gerador, foi construído um simulador de turbina eólica, que reproduz as características de uma turbina de 3 pás com raio de 2m. / This paper proposes a new control system based on Instantaneous Power Theory for a wind turbine coupled to a synchronous generator permanent magnets. Because it is a generator with trapezoidal EMF, the proposed control brings advantages over the usual based on the transformation of Park. A test bench was set up for the experimental verification. Was used to convert mechanical energy into rotational power, a synchronous permanent magnet machine (PMSM) 3kW. The proposed system consists of two converters of the type of source voltage (Voltage Source Converter) connected on back-to-back topology, are used to connect this generator to the grid, where the shooting of the keys is a vector PWM modulation. Synchronization and control of power flows are based on the pq theory, with resonant compensators on the network side and proportional-integral (PI) on the generator side. In this case, to ensure the stability of the control of the generator current in all its power range, it was determined mathematically as a function of rotor position, the electromotive force of the MSIP. The control of the DC bus voltage is done on the generator side, ensuring the permanence of the connection to the network even when the system is subject to symmetrical voltage sag. The generation system adjusts the amount of power transferred to the network and the rotational speed of the wind turbine, so that it always operates at the point of highest power. Simulation results in Matlab / Simulink environment, and collected in the experimental bench are presented. To drive the generator, built a wind turbine simulator, which reproduces the characteristics of a turbine 3 blades with a radius of 2m.

CAPES / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de metodologias para dimensionamento de filtros passivos para conversores estáticos de potência conectados à rede ou em operação como fonte ininterrupta de energia, do Inglês, Uninterruptible Power Supply (UPS). São apresentadas novas metodologias para o dimensionamento de filtro indutivo (L) e filtro indutivo-capacitivo-indutivo (LCL) para conexão de conversores à rede de distribuição e uma metodologia para o dimensionamento de filtro indutivo-capacitivo (LC) para conversores estáticos operando como UPS. Para o filtro L, são apresentadas metodologias baseadas no valor do pico da ondulação de corrente no indutor ou em funções de transferência dos circuitos equivalentes e objetivam garantir que a distorção harmônica total de corrente (DHTi) no ponto de conexão comum não ultrapasse os valores estabelecidos por normas específicas. Para a metodologia proposta para o filtro LCL, além da DHTi, a frequência de ressonância ( fres), o coeficiente de amortecimento (x ) e fator de potência no ponto de conexão comum (FP) são parâmetros de projeto a serem atendidos pelo filtro projetado. A metodologia de dimensionamento de filtro é baseada em funções de transferência de circuitos equivalentes. Para o filtro LC, a metodologia também é baseada na função de transferência de um circuito equivalente e utiliza como parâmetros de projeto que devem ser atendido, a distorção harmônica total de tensão (DHTv) sobre a carga e o coeficiente de amortecimento. Para a verificação das metodologias propostas são utilizadas simulações computacionais por meio do software PSIM e, posteriormente, são apresentados resultados de ensaios experimentais utilizando-se de uma plataforma experimental desenvolvida para este fim para corroborar as propostas de projeto dos filtros L, LC e LCL. / This work presents the development of design methodologies for passive filters for static power converters connected to the network or operating in islanded mode. Methodologies for the design of inductive (L) filter and inductive-capacitive-inductive (LCL) filter for network connection and inductive-capacitive filter (LC) for converters operating as uninterruptible power supply (UPS) will be presented. For the L filter, methodologies based on the peak value of the current ripple in the inductor or on transfer functions of equivalent circuits are presented and aim to ensure that the total harmonic distortion of current (THDi) in the point of common connection does not exceed the values defined by specific rules. For the proposed methodology for the LCL filter, in addition to THDi, the resonance frequency, the damping coefficient of filter and the power factor in the point of common connection are design parameters to be met by the filter designed. The filter design methodology is based on equivalent circuit. The total harmonic distortion of voltage (THDv) and the damping coefficient are considered as design parameters. To corroborate the proposal, PSIM simulations are used and experimental results are also presented.