Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:45:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZampronhoNeto_Fernando_M.pdf: 5842798 bytes, checksum: 248329a719c06d1a00d97f94590f1b92 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma arquitetura de regulador de tensão do tipo multi-fase para alimentação de microprocessadores, os quais demandam pequena variação em sua tensão, mesmo face aos seus agressivos transitórios de corrente. O estudo engloba a análise, que descreve as vantagens e desvantagens de topologias de reguladores chaveados, o projeto, a simulação, a fabricação e a caracterização experimental do regulador. Na etapa de projeto, uma nova abordagem no dimensionamento do filtro externo LC é apresentada, considerando-se seus respectivos elementos parasitas, a partir da introdução do parâmetro .fator de não idealidade., ou n, que é compreendido no intervalo [0, 1]. Quanto mais n se aproxima da unidade, menores serão os elementos parasitas do filtro, facilitando a escolha dos capacitores e indutores no mercado. Adicionalmente, é proposta uma técnica de projeto do compensador em freqüência, aplicada em topologias realimentadas por tensão. Esta consiste na soma de sua tensão de saída com a diferença de potencial entre dois de seus nós internos, que ocorre apenas durante o transitório de carga, reduzindo o tempo de resposta do regulador. Simulações mostraram uma queda de mais de 25% na ondulação da tensão de carga utilizando esta técnica, em comparação com a solução convencional. O processo, simulador e modelos utilizados neste trabalho são, respectivamente, o AMS H35, PSPICE e Bsim3v3. O layout do regulador foi feito via Mentor Graphics e possui área efetiva de 0,444mm2. A fabricação na foundry AMS foi viabilizada pelo programa multi-usuário da FAPESP. A caracterização experimental compara o tempo de resposta do regulador nas mesmas condições da etapa de simulação. Resultados experimentais indicaram uma redução de 96,1% na ondulação da tensão de carga durante seu transitório de corrente utilizando a técnica proposta, em comparação a solução convencional, validando a nova técnica de projeto do compensador em freqüência. O presente trabalho é concluído enfatizando-se os objetivos alcançados e principais resultados experimentais obtidos, dificuldades de projeto e limitações da arquitetura do regulador chaveado estudada / Abstract: This work aims to study the topology of multi-phase voltage regulators applied to microprocessors, where only tiny variations in the supply voltage are allowed, even when facing aggressive current transients. This study consists in the analysis, which describes the advantages and disadvantages of switched voltage regulator topologies, design, simulation, layout and experimental characterization of the proposed regulator. In the design phase, a new approach in sizing the external LC filter is herein described, considering their stray elements, through the introduction of the .non ideality. parameter, or n, which is valid within interval [0,1]. As more as n approaches unity, less parasitic elements the filter will have, easing the choice of the capacitors and inductors commercially available. In addition to this, a new technique applied to voltage feedback topologies is proposed, which consists in adding the output voltage of the frequency compensator to a voltage between two of its internal nodes. With such an approach, the response time of the regulator to load transients decreases. Simulation results show a reduction over 25% in the output voltage ripple using this new approach, when comparing to the traditional solution. The process, simulator and models used in this work are, respectively, AMS H35, PSPICE and Bsim 3v3. The layout of the regulator was edited through Mentor Graphics, and it has an effective area of 0.444mm2. The fabrication in foundry AMS was done by multi-user program of FAPESP. The experimental characterization compares the response time of the regulator in the same conditions of simulation phase. Experimental results indicated a 96,1% reduction in load voltage ripple during transient, when comparing the purposed technique with the traditional solution, validating the excellent performance of the regulator with the new design technique. This work is concluded by emphasizing the reached objectives and main experimental results reached, design difficulties and limitations of the switched-regulator architecture studied / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mansano_AndreLuisRodrigues_M.pdf: 2816553 bytes, checksum: 2746391c004342d1e0c2d8c4c2f507e8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho de Mestrado, foi projetado um conversor DC/DC charge-pump (CP) duplicador de tensão para corrente de carga máxima de 20mA, e que necessita de circuitos de controle para o apropriado acionamento das chaves, regulação de tensão e proteção do estágio duplicador de tensão. O sistema de controle projetado é composto por um circuito de regulação linear (CRL), um regulador Skip, um limitador de corrente (LC) e um circuito de bootstrapping (BOOT) que auxilia o acionamento do estágio duplicador. CP corresponde ao estágio de potência do sistema que faz interface direta com a carga, sendo sua tensão de entrada (PVIN) nominal no valor de 1,5V. O trabalho objetiva obter um conversor DC/DC funcional (demonstrado por resultados de Silício) atingindo resultados experimentais com o menor desvio possível comparados aos valores simulados durante o projeto. A tensão simulada de saída (VOUT), a vazio (sem carga), é 3V. Para carga máxima DC (20mA), o valor de VOUT simulado é de 2,4V. O circuito BOOT gera uma tensão na faixa de 4,5V - 5V, para uma carga DC de 1mA. A corrente limitada pelo bloco LC no circuito duplicador é 30mA. O CLR gera uma tensão inversamente proporcional a VOUT, tendo seus limites mínimo e máximo de 1,3V e 5,2V, respectivamente. Todo o sistema foi integrado no processo de fabricação AMS 0.35um HV, exceto os capacitores do estágio duplicador e do circuito de bootstrapping que são externos. Os resultados experimentais mostram desvio (comparados com simulação) de -12,5% em VOUT @ 20mA DC e -0,13% sem carga, -6% à saída de BOOT @ 1mA DC, +23% CLR mínimo, -3,85% em CRL máximo e +10% na corrente limitada. Durante o desenvolvimento deste trabalho, o Circuito de Regulação Linear (CRL) foi publicado no SBCCI 2009 apresentando sua rápida resposta à transientes de carga, o que é sua grande vantagem comparado a circuitos anteriormente propostos / Abstract: In this work, a DC/DC charge-pump voltage-doubler converter, for maximum load current of 20mA, was designed and fabricated. The Charge Pump (CP) needs control circuits for properly switching, voltage regulation and protection of voltage doubler stage. The control system designed comprises a linear regulation circuit (CRL), a Skip mode regulator, current limitation circuit (LC) and a bootstrapping circuit (BOOT), which provides the appropriate voltage to turn on CP power transistors. The voltage doubler is the power stage that interfaces directly to the load and its nominal input voltage PVIN is 1.5V. The objective of this work is to guarantee that the proposed DC/DC converter works properly (proved by Silicon results) and to achieve experimental results with the least deviation possible compared to simulation. The nominal output voltage (VOUT) with no load is 3V. For maximum DC load (20mA), simulated VOUT is 2.4V. BOOT circuit provides voltage within 4.5V - 5V for DC current load of 1mA. The LC limits the drawn current through the voltage-doubler at 30mA. The CRL provides a control voltage inversely proportional to VOUT and its minimum and maximum are 1.3V and 5.2V respectively. The whole system has been integrated in AMS 0.35um HV except the capacitors of CP and BOOT circuits. The experimental results show deviation (comparing to simulation) of -12,5% on VOUT @ 20mA DC and -0,13% @ no load , -6% on BOOT output @ 1mA DC, +23% CLR minimum, -3,85% CRL maximum and +10% on LC circuit. During the development of this work, the CRL circuit has been published in the SBCCI 2009 conference to present its fast-response to stringent load transient which is the biggest CRL advantage compared to previously proposed circuits / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta o estudo, análise e a implementação de três topologias de condicionadores ativos de energia elétrica, utilizados para a melhoria da qualidade da energia em sistemas elétricos trifásicos a quatro fios. Estes condicionadores de qualidade de energia podem trabalhar tanto como um condicionador unificado de qualidade de energia (UPQC), bem como uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS), permitindo: (i) a supressão das correntes harmônicas da carga; (ii) a compensação de energia reativa da carga; (iii) compensação dos desequilíbrios das correntes de carga; (iv) a compensação de desequilíbrios de tensão da rede; (v) supressão das tensões harmônicas da rede elétrica; (vi) a regulação das tensões de saída (tensões de carga); e (vii) fornecimento de energia ininterrupta para as cargas críticas (sistema UPS). Dentre as três topologias de UPQC/UPS estudadas, uma delas é proposta neste trabalho com o intuito de reduzir a tensão no barramento CC. Além disso, todas as topologias em estudo são constituídas por dois conversores PWM, nos quais é adotada uma estratégia de controle dual. Desse modo, o conversor colocado em paralelo com a carga, funciona como uma fonte de tensão senoidal, enquanto que o conversor colocado em série entre a rede elétrica e a carga, é controlado para operar como uma fonte de corrente senoidal. Tanto os controladores de tensão, quanto os de corrente são implementados no referencial síncrono dq0. Além disso, a técnica de modulação vetorial espacial tridimensional (3-D-SVM) é empregada nos conversores. Testes experimentais são apresentados para validar o desenvolvimento teórico e verificar o bom desempenho estático e dinâmico dos condicionadores ativos de energia elétrica, operando como UPQC, bem como sistema UPS. / This work presents the study, analysis and implementation of three topologies of active power conditioners, which are used to improve the power quality in three-phase four-wire systems. These power quality conditioner can work as unified power quality conditioner (UPQC), as well as an uninterruptible power supply (UPS) system allowing: (i) suppression of load harmonic currents; (ii) compensation of load reactive power; (iii) load unbalances compensation; (iv) utility voltage unbalances compensation; (v) utility voltage harmonics suppression; (vi) regulation of the output voltages (load voltages); and (vii) uninterruptible power for critical loads when working as UPS system. Among the three topologies of UPQC/UPS studied, one of them is proposed in this work in order to reduce the DC-bus voltage. Besides, all the topologies are comprised of two PWM converters, where a dual control strategy is adopted. The first converter, which is placed in parallel with the load, operates as a sinusoidal voltage source, while the second, which is placed in series between the utility grid and the load, is controlled to operate as a sinusoidal current source. Both the voltage and current controllers are implemented into the synchronous rotating reference frame (dq0-axes). In addition, the series and parallel converters use the three-dimensional space vector modulation (3-D-SVM) technique. The experimental tests are presented to validate the theoretical development and to verify the effective static and dynamic performance of the proposed active power conditioners, operating as UPQC and UPS.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-01T17:54:00Z No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-02T15:58:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 samuelnevesduarte.pdf: 5789380 bytes, checksum: b5b511b2ce2bf7c5f0c6c6b3ef94a9c1 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação propõe estratégias de energização/desenergização de um compensador estático síncrono para distribuição. É também proposta uma alteração na topologia do compensador estático síncrono com a inclusão de dois circuitos capazes de realizar o procedimento de energização/desenergização proposto. O primeiro circuito é baseado em um retificador semi–controlado enquanto o segundo circuito é baseado na topologia de um gradador. A metodologia de controle é derivada da modelagem matemática do circuito equivalente formado durante a energização e a desenergização. A equação obtida é resolvida numericamente pelo método de Newton-Raphson e posteriormente usa-se uma aproximação linear por partes para representar os pontos intermediários da curva que relaciona a tensão do barramento CC do compensador com o ângulo de disparo dos tiristores. Um modelo digital do compensador estático, desenvolvido no programa PSIM, e um modelo experimental de pequena escala (3,8 kVA/220 V) são usados para validar a metodologia proposta. Resultados de simulação e experimentais demonstram a eficiência dos controladores de energização e desenergização. / This dissertation proposes strategies to energize/de-energize a distribution static synchronous compensator. It is also proposed a change in the topology of the static synchronous compensator with the inclusion of two circuits capable of performing the energization/de-energization procedure. The first circuit is based on a semi-controlled rectifier while the second one is based on a grader. The control methodology is derived from the mathematical modeling of the equivalent circuit formed during the energization and de-energization process. The resulting equation is numerically solved by the Newton-Raphson method and a piecewise linear method is used to model the curve that relates the DC bus voltage of the compensator to the firing angle of the thyristors. A digital model, in the PSIM program, and a small scale laboratory prototype (3,8 kVA/220 V) are used to validate the proposed methodology. Simulation and experimental results demonstrates the effectiveness of the energization and de-energization controllers.

Orientador: Alberto Martins Jorge / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T16:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_JoseCarlosda_D.pdf: 8074106 bytes, checksum: 2f71934ce780079124988d97ff4b0521 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho é apresentada a lógica múltiplo valor como opção para substituir ou ser usada como interface com a lógica binária. A lógica múltiplo valor difere da lógica binária clássica devido ao fato que os seus dígitos estão além de zeros e uns. Utilizando a lógica múltiplo valor consegue-se comunicação em entre blocos ou com o mundo externo a um chip com menor número de interconexões, o que acarretará a diminuição da área do circuito integrado e redução de custos. Pesquisadores e industria caminham para a pesquisa e desenvolvimento de circuitos múltiplos valores, que podem substituir ou ser utilizados como interface com os circuitos de dois valores (binários). Este trabalh o apresenta o desenvolvido do projeto de um conversor digital quaternário para analógico que tem quatro entradas e resolução equivalente a um conversor digital binário para analógico de oito entradas. Este conversor foi confeccionado totalmente em tecnologia CMOS 0.35µm, tendo como resultado um protótipo de um circuito integrado múltiplo valor que contém todas as células de um conversor digital binário para analógico. Este conversor apresenta consumo de potência abaixo de 1mW, alimentação simples de 5V e compactação (900µm x 235µm) / Abstract: In this work is presented the multiple value logic as option to substitute or to be used as interface with the binary logic. The multiple value logic differs of the classic binary logic to the fact that its digits are beyond zeros and ones. Using the multiple logic value obtains communication in between blocks or with the external world to one chip with lesser number of interconnections, what it will cause the reduction of the area of the integrated circuit and reduction of costs. Researchers and industry walk for the research and development of multiple values circuits, that can substitute or be used as interface with the circuits of two values (binary). This work presents the developed one of the project of a quaternary digital to analog converter that it has four inputs and resolution equivalent to a binary digital to analog converter of eight inputs. This converter was confectioned totally in technology CMOS 0.35µm, having as resulted an prototype of an integrated circuit multiple value that contains all the cells of a binary digital to analog converter. This converter presents consumption of power below of 1mW, simple voltage of 5V and compacting (900µm x 235µm) / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Thesis deals with the analysis, design and implementation of a flexible arrangement of static converters for grid connected Wind Energy Conversion Systems (WECS). The main features of the proposed flexible arrangement are: (i) expanded reactive power capability limits, (ii) high efficiency mainly under low wind conditions where the active power is reduced, and (iii) low current harmonic content. The proposed arrangement has several operation modes and this Thesis proposes a methodology for selecting the redundant operation modes. This methodology estimates the lifetime of the power semiconductors in order to increase the system reliability of the wind energy conversion system. Furthermore, this Thesis proposes a hybrid modulation strategy for voltage fed converters with multiple parallel magnetically coupled legs. The proposed hybrid modulation strategy combines the benefits of space vector, such as switching sequences flexibility and the simplicity of the modulation based on the geometric approach. As a result, it is possible to obtain multilevel equivalent voltages, as well as the equal sharing among the converter leg currents. In addition, the virtual vector concept is used which leads to the determination of the voltage limits required to impose the equal sharing among the leg currents and to avoid the saturation of the coupled inductor. Experimental results are presented to support the developed analysis demonstrating the performance of the proposed flexible arrangement of converters and the proposed modulation technique. / Esta Tese trata da análise, projeto e implementação de um arranjo flexível de conversores estáticos para sistemas de conversão de energia eólica conectados à rede. As principais características do arranjo flexível proposto são: (i) expansão dos limites de capabilidade de potência reativa, (ii) alta eficiência, principalmente para condições de baixa velocidade do vento em que a potência ativa é reduzida, (iii) baixo conteúdo harmônico das correntes de saída. O arranjo flexível de conversores possui diversos modos de operação e esta Tese propõe uma metodologia para selecionar os modos de operação redundantes. Dessa forma, o método proposto estima a vida útil dos dispositivos semicondutores de potência a fim de aumentar a confiabilidade do sistema de conversão de energia eólica. Além disso, é proposta uma estratégia de modulação híbrida para conversores estáticos de potência com múltiplas pernas em paralelo acopladas magneticamente. A modulação híbrida proposta traz os benefícios da abordagem vetorial, tais como flexibilidade de escolha de sequências de comutação combinados com abordagem geométrica cuja principal vantagem é a simplicidade de implementação. Como resultado, é possível a obtenção de tensões equivalentes com múltiplos níveis, bem como o equilíbrio das correntes entre as pernas adjacentes do conversor. Para isso, é utilizado o conceito de vetores virtuais, que permitem estabelecer os limites para síntese de tensão a fim de impor o equilíbrio das correntes e evitar a saturação do indutor acoplado. Resultados experimentais são apresentados para validar e demonstrar o bom desempenho do arranjo flexível de conversores e das técnicas de modulação propostas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new energy conditioning system for application in stand-alone photovoltaic systems with battery bank. Firstly, the characteristics of solar photovoltaic energy, the modeling of a photovoltaic cell and the equivalent electrical circuit are presented. In a second moment, the photovoltaic generation systems and a review of the static converters applied to stand-alone photovoltaic systems with battery bank are presented. From this study it is proposed a new photovoltaic generation system, with distributed energy processing based on series-connected DC-DC converters. The proposed system presents better utilization of the energy generated by the panels through the employment of more than one array of photovoltaic panels and a static power converter for each subsystem. Thereby, the losses through shading are reduced, and also the reliability of the system is increased, once even if one of the subsystems fails, the system will keep on generating electricity to the loads of higher priority. Posteriorly, the analyses of the operation of the system and simulation results are presented. Finally, it is presented experimental results, comparing the efficiency of the utilization of the energy generated by the input stage of the proposed system and by a system traditionally employed in stand-alone photovoltaic systems, showing an energy gain of 16% with the utilization of the proposed system for situations in which at least one panel is shaded. / Esta dissertação de mestrado apresenta um novo sistema de condicionamento de energia para aplicação em sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. Inicialmente são apresentadas as características da energia solar fotovoltaica, a modelagem de uma célula fotovoltaica e um circuito elétrico equivalente. Em um segundo momento são apresentados os sistemas de geração fotovoltaica e uma revisão dos conversores estáticos aplicados a sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. A partir deste estudo é proposto um novo sistema de geração fotovoltaica, com processamento distribuído de energia baseada em conversores CC-CC conectados em série. O sistema proposto apresenta um melhor aproveitamento da energia gerada pelos painéis através da utilização de mais de um arranjo de painéis fotovoltaicos e o emprego de um conversor estático de potência para cada subsistema. Assim, as perdas por sombreamento são reduzidas bem como é aumentada a confiabilidade do sistema, pois mesmo com a falha de um dos subsistemas o sistema continuará garantindo energia elétrica para as cargas de maior interesse. Posteriormente, são apresentadas as análises do funcionamento do sistema e resultados de simulação. Por fim, resultados experimentais são apresentados, comparando a eficiência no aproveitamento da energia gerada pelo estágio de entrada do sistema proposto e de um sistema tradicionalmente empregado em sistemas fotovoltaicos autônomos, demonstrando um ganho de energia de 16% com a utilização do sistema proposto para situações em que pelo menos um painel está sombreado.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Distribution systems have not been designed to receive distributed generation (DG) units. The electric energy injection in these systems is safe and reliable if the characteristics regarding of DG interconnection in distribution power systems are considered: (i) Protection; (ii) Stability; (iii) Electric energy market; (iv) Quality of energy. In this work, aspects regarding of quality of energy and protection are studied. In the quality of energy aspect, converters with legs in parallel are approached. To demonstrate the power capability increase with converters with legs in parallel, the capabilities power curves of the converter are derived. Furthermore, a procedure to design an inductive filter from the distortion factor and limits of current harmonics is described. It is shown that converters with legs in parallel can be used to decrease the current harmonic content in the output of the DG and to increase the power curve capability of the converter. In the protection aspect, the stability analysis of an islanding detection method (IDM) based in positive feedback that has not Non-Detection-Zone (NDZ) is shown. A complete and a reduced dynamic model are derived. The results demonstrated that the reduced dynamic model is valid for the proposed analysis. Furthermore, a stable operation of an islanded utility section is demonstrated. However, if the IDM is added in the DG control system, it is possible a stable operation when the main utility is connected and an unstable operation when the DG unity is operating in islanding condition. Besides, the addition of a limiter in the output of the MDI can represent a limit cycle that induces a voltage oscillation in the islanded section that can be useful to under/over voltage relays coordination. Finally, a three phase converter with two legs per phase in parallel is used to validate the analyses. / Sistemas de distribuição não foram projetados para receber unidades de Geração Distribuída (GD). Para que a inserção de energia elétrica nesses sistemas ocorra de forma segura e com qualidade, as seguintes características relacionadas à conexão de GD a redes de distribuição devem ser consideradas: (i) Proteção; (ii) Estabilidade; (iii) Mercado de Energia; e (iv) Qualidade de Energia. Neste trabalho são estudados aspectos referentes à qualidade de energia e à proteção. No aspecto qualidade de energia, conversores com pernas em paralelo são abordados. Para demonstrar o aumento da capacidade de processamento de potência com conversores com pernas em paralelo, curvas de capabilidade de conversores são derivadas. Além disso, o procedimento de projeto de filtro indutivo a partir do fator de distorção e limites máximos de harmônicos de corrente é elaborado. Demonstra-se que essa abordagem de conversores permite a minimização do conteúdo harmônicos das correntes de saída da GD e a maximização das curvas de capabilidade do conversor. No aspecto proteção, é abordada a análise de estabilidade de método de detecção de ilhamento (MDI) local ativo, baseado na técnica com malha de realimentação positiva que não possui Zona de Não Detecção (ZND). Um modelo dinâmico completo e outro reduzido são derivados. Durante a análise, é demonstrado que o modelo dinâmico reduzido é válido para a análise do MDI. Além disso, é mostrado que uma operação estável é possível mesmo que a rede principal esteja desconectada. No entanto, ao adicionar o MDI, é possível ter uma operação estável quando a rede principal está presente e uma operação instável quando a unidade de GD está operando em condição ilhada. Ainda, a inserção da não-linearidade do limitador no MDI pode representar um ciclo limite, que induz uma oscilação na tensão no sistema ilhado que pode ser útil para a coordenação dos relés de sub/sobre tensão que detectam a ultrapassagem dos limites de tensões induzidas pelo MDI. Finalmente, um conversor trifásico com duas pernas por fase em paralelo é utilizado para validar as análises realizadas.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T10:01:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LeonardoRuffeilde_M.pdf: 3470428 bytes, checksum: 7972e30772adc6b114e71c8f464265b8 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é a construção de um conversor eletrônico de potência monofá-sico completo para conexão à rede elétrica de distribuição de baixa tensão alimentado por painel fotovoltaico Painéis fotovoltaicos comerciais geram uma tensão contínua que varia entre 20 e 50V, dependendo do tipo de painel e da ocorrência ou não de conexão entre os mesmos; sendo necessário, portanto, a adequação dos níveis de tensão gerados pelo painel com o nível de tensão da rede elétrica de distribuição, na qual ele será conectado. O conversor eletrônico de potência utilizado neste trabalho é constituído de dois estágios sendo o primeiro CC ¿ CC e o segundo, um inversor, CC ¿ CA. Ele será controlado de duas maneiras: a primeira será responsável pelo con-trole da tensão de entrada do conversor CC - CC e pela injeção de potência no conversor CC - CA o qual, além de ser o responsável pela transformação da tensão contínua em alternada também é responsável pelo sincronismo do conversor CC - CA com a rede elétrica. São apresentados resultados de simulação do funcionamento do conversor para geração fotovoltaica de energia elétrica, sua malha de controle e o funcionamento do sistema elétrico completo. O projeto com-pleto dos conversores e dos circuitos auxiliares bem como os resultados experimentais obtidos em laboratório são apresentados / Abstract: The objective of this work is the construction of a complete single-phase power electronic converter for grid connection of low voltage distribution powered by photovoltaic panels. Photo-voltaic panels generates a DC voltage that varies between 20 and 50V, depending on the type of panel and presence or absence of connection between them, it is necessary, therefore, the ade-quacy of voltage levels generated by the panel with the voltage level of the electrical distribution network, in which it is connected. The power electronic converter used in this study consists of two stages with the first is a dc ¿ dc converter and the second is a dc-ac converter, frequency inverter. It will be controlled in two ways: the first is responsible for controlling the input voltage of the dc-dc converter and the power injection in the ac-dc converter which, besides being res-ponsible for the transformation into alternating voltage is also responsible by the synchronism of the converter dc-ac with the utility grid. Simulation results of the converter operation connected to the utility grid are presented, its network control and operation of the complete electrical sys-tem. The complete design of converters and auxiliary circuits and the experimental results obtai-ned in the laboratory are presented / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a design methodology and analysis of electronic circuits applied to outdoor lighting systems using light emitting diodes (LEDs). The goal of topologies developed here is to supply the LEDs from the mains, with high power factor, and from batteries when it is needed. Thus, some topologies employing integrated DC-DC converters and single stage converters are proposed and analyzed. The main application of these topologies is street lighting systems without energy consumption from the mains during the Peak Load Time, feeding the circuit by batteries. Moreover, the batteries can keep the system working during a possible fault in the main power supply, operating as an emergency lighting system. These applications are justified by the reduction in energy demand from the electric power system and by the increase in the lighting system reliability. Throughout the work, the main characteristics of the LED and batteries applied in lighting systems are presented, as well as the specification of the luminaire and the battery bank employed. The design methodology proposed for each topology aims to help the converter design intended for better utilization of semiconductors and reduce the value of the bus capacitor. A critical analysis of the converters is performed in order to evaluate the efficiency of the circuits, the power factor, the voltage and current characteristics of the main devices, and compliance with the IEC 61000-3-2 Class C standard that limits the harmonic content of the input current. Finally, electronic circuits are proposed for the management and control of the lighting system. / Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto e análise de circuitos eletrônicos aplicados à iluminação de exteriores empregando diodos emissores de luz (LEDs). O objetivo das topologias desenvolvidas neste trabalho é proporcionar aos LEDs uma alimentação adequada através da rede elétrica, com alto fator de potência, e através de baterias quando necessário. Para isso, são propostas e analisadas algumas topologias empregando conversores CC-CC integrados e de estágio único. Estas topologias têm como principal aplicação sistemas de iluminação pública sem consumo de energia a partir da rede elétrica durante o Horário de Ponta, alimentando o circuito por baterias. Além disso, as baterias podem manter o funcionamento do sistema durante uma possível falha no fornecimento de energia pela rede elétrica, operando como um sistema de iluminação de emergência. Estas aplicações são justificadas pela redução da demanda de energia do sistema elétrico de potência durante horários críticos e aumento da confiabilidade do sistema de iluminação pública. Ao longo do trabalho, as principais características do LED e de baterias aplicadas em sistemas de iluminação são abordadas, juntamente com a especificação da luminária e do banco de baterias empregados. A metodologia de projeto proposta para cada topologia desenvolvida tem por objetivo auxiliar o projeto do conversor visando melhor aproveitamento dos semicondutores e redução do valor do capacitor de barramento. A análise crítica dos conversores é realizada com o objetivo de avaliar a eficiência dos circuitos, o fator de potência, características de tensão e de corrente nos principais componentes e o atendimento à norma IEC 61000-3-2 Classe C que limita o conteúdo harmônico da corrente de entrada. Por fim, são propostos circuitos eletrônicos para o gerenciamento e controle do sistema de iluminação.