Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lucas Lapolli Brighenti.pdf: 3144485 bytes, checksum: ef4bec6685acef1329cfcdfd36c9e40e (MD5) Previous issue date: 2014-12-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The goal of this work is to present an alternative solution for processing the energy obtained in the photovoltaic cogeneration. The standards associate with the connection of inverters with the distribution grid for this application allow the use of non-isolated systems, such as line commutated inverters, associated to an autotransformer with differential connections forming a non-isolated multipulse converter. Therefore the energy delivered to the grid have low current harmonic distortion, besides a system high efficient, extremely robust, able to process great quantity of power at a lower cost than the high frequency commutated converters. It is possible to control the average voltage in connection with photovoltaic panels through the firing angle of the SCRs. This way, it is possible to do the maximum power point tracking without any additional converter for this purpose. The objective of this converter is to use in isolated and desert locations to large sized installation without frequent maintenance. The elements of the converter are already naturally robust and consolidated technologies, assuring a high reliability to the system and reduced costs. The results of a reduced scale prototype with maximum power of 2.3 kVA are presented. One of the main characteristics is the high efficiency even at low power. One of the main factors of this high efficiency and low cost is the use of the autotransformer, that processes only 22% of the total power provided by the photovoltaic panels. / Este trabalho tem o objetivo de apresentar uma solução alternativa para o processamento da energia obtida na cogeração fotovoltaica. As normas referentes à conexão de inversores para esta aplicação com a rede de distribuição permitem o uso de sistemas não isolados, sendo assim, é resgatado o uso de inversores não autônomos, associando-os a um autotransformador com conexões diferenciais formando assim um conversor multipulsos não isolado. Desta forma, a energia entregue à rede possui baixa distorção harmônica na corrente, além de ser um sistema com alta eficiência, extremamente robusto e capaz de processar grande quantidade de potência a um custo inferior aos conversores comutados em alta frequência. É possível controlar a tensão média em que os painéis fotovoltaicos são conectados através do ângulo de disparo dos tiristores, desta forma é possível fazer o rastreamento do ponto de máxima potência sem a necessidade de um conversor dedicado a isto. O objetivo deste conversor é usá-lo em locais ermos e desérticos para fazer uma instalação de grande porte sem a necessidade de manutenção frequente. Os elementos que compõe o conversor já são naturalmente robustos e de tecnologias bem consolidadas, garantindo uma alta confiabilidade ao sistema e custo reduzido. São apresentados os resultados de um protótipo em escala reduzida com potência máxima de 2,3 kVA, sendo que uma das características principais deste conversor é a alta eficiência mesmo para baixas potências. Um dos fatores primordiais para obter esta alta eficiência e baixo custo é a utilização do autotransformador que processa apenas 22% da potência total fornecida pelos painéis.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3511521 bytes, checksum: b6fc527d9dd12a95d8694d91fe94df32 (MD5) Previous issue date: 2014-05-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper presents a technique of Pulse Width Modulation (PWM) converters for single-phase three-level with diode clipping, which aims at balancing the tension in the bus capacitors. The technique consists of injecting a signal common mode voltage of the sinusoidal modulating signal width modulation conventional pulse-based Carrier, which introduces an element of DC current in the neutral bus capacitors, this voltage can be controlled, with the main objective to balance the voltage of the capacitor relative to the neutral point. The technique is presented a set of equations, in order to demonstrate how the injected voltage signal introduces a component DC current at the neutral point. To test the proposed strategy, the structure of the three-level converter with diode clipping was simulated with PSIM and mounted using a digital signal processor for generating the control signals of semiconductor devices. Simulations and experimental results that demonstrate the efficiency and quality of the PWM strategy are presented. / Este trabalho apresenta uma técnica de Modulação por Largura de Pulso (PWM) para conversores monofásicos de três níveis com diodo de grampeamento, que tem como objetivo o balanceamento da tensão no barramento de capacitores. A técnica consiste na injeção de um sinal de tensão de modo comum no sinal modulante senoidal, da modulação por largura de pulso convencional baseada em Portadora (Carrier Based Pulse Width Modulation), o qual introduz uma componente de corrente CC no ponto neutro do barramento de capacitores, podendo essa tensão ser controlada, com o objetivo principal de balancear a tensão dos capacitores em relação ao ponto neutro. A técnica é apresentada em um conjunto de equações, com a finalidade de demonstrar como o sinal de tensão injetado introduz uma componente de corrente CC no ponto neutro. Para testar a estratégia proposta, a estrutura do conversor de três níveis com diodos de grampeamento foi simulada com o PSIM e montada, utilizando um processador digital de sinais para geração dos sinais de comando dos dispositivos semicondutores. Resultados de simulações e experimentais que demonstram a eficiência e a qualidade da estratégia PWM são apresentados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é apresentado a análise de um conversor CA-CC Bridgeless monofásico de estágio único com correção de Fator de Potência, baseado no conversor SEPIC isolado com os interruptores do lado CA. Para que o conversor exerça a técnica de correção de fator de potência, pelo fato de estar operando no modo de condução contínuo (MCC), é necessário controlar a corrente de entrada. Sendo assim, o sistema de controle, comparado caso o conversor operasse no modo de condução descontínuo (MCD), fica mais complexo, resultando em uma desvantagem para operação em MCC. Porém, quando se trata de rendimento, como os níveis de pico de corrente são menores operando em MCC, se espera obter um rendimento mais elevado. Além disso, com os interruptores do lado CA o conversor apresenta um número menor de semicondutores no caminho da corrente durante um período de comutação, comparado com a topologia convencional, sendo mais um ponto positivo se tratando do rendimento do conversor. São apresentadas as etapas de operação do conversor, as formas de onda ideais, tanto em alta frequência quanto em baixa frequência, a análise matemática contendo as principais equações que regem o funcionamento do conversor e a simulação numérica comprovando a análise desenvolvida. O conversor foi projetado para uma tensão de entrada de 127V com tensão de saída igual a 200V, operando com uma frequência de comutação igual a 50kHz e uma potência entregue a carga igual a 300W. / In this paper is presented the analysis of a single-phase bridgeless AC-DC converter with a single-stage of power factor correction, based on an isolated SEPIC converter with AC-side switches. Wherefore the converter carry out the power factor correction technic, by the act of operating in the continuous conduction mode (CCM), it’s essential to control the input current. Therefore, the control system, compared to the converter operating in the discontinuous conduction mode (DCM), become more complex, resulting on a disadvantage for the CCM. Nevertheless, when it’s come to efficiency, how the levels of peak current are smaller operating in CCM, it is expected to obtain a higher efficiency. Besides that, with the AC-side switches the converter presents a smaller number of semiconductors on the current path during a switching period, compared with the conventional topology, become one more positive advantage for the converter efficiency. Are presented the operation stages of the converter, waveforms, for high frequency as well as mains frequency, the numeric analysis possessing the leading equations for the converter operations and the numeric simulation proving the developed analysis. The converter was designed for a 127V input voltage, with a 200V output voltage, operating with a switching frequency of 50kHz, and a 300W rated output power.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho, apresenta-se o estudo de um conversor CC-CC isolado com comutação suave e saída em tensão, destinado a aplicações com ampla faixa de tensão de entrada, com o nome em inglês Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVS-PWM). O conversor estudado possui seis interruptores, sendo quatro deles submetidos ao nível máximo da tensão de entrada e os outros dois, que constituem a célula tipo T, submetidos a metade desta tensão. São propostas modulações de três níveis e quatro níveis aplicadas no comando dos interruptores, as quais possibilitam comutação suave do tipo ZVS para os mesmos, no modo de condução contínua. O trabalho é estruturado em análise teórica para os modos de condução contínua e descontínua, análise de esforços nos elementos do conversor, análise da comutação dos interruptores, análise dinâmica, metodologias de projeto e resultados experimentais, em que se analisam resultados para uma tensão mínima e uma tensão máxima de entrada. Utiliza-se 1,2 kW, 240 V – 480 V de entrada, 300 V de saída e frequência de comutação de 50kHz para a comprovação das análises que serão realizadas. Rendimentos são obtidos a partir de ensaios experimentais com o protótipo para operação com ponto fixo e ampla faixa de tensão de entrada. Para ponto fixo o rendimento foi de 97,38% em potência nominal e para ampla faixa foram de 96,35% (240 V) e 95,72% (480 V) em 60% e 70% da potencia nominal, respectivamente. / This work presents the analysis of an isolated DC-DC converter with soft switching and capacitive output filter, for applications with a wide input voltage range, called Hybrid T-type Zero-Voltage-Switching Pulse-Width-Modulated DC-DC converter (HT2-ZVSPWM). The converter studied contains six switches, four of which are submitted to the entire input voltage value and the other two, which constitute the Type T cell, are subjected to half of this voltage. The proposed three-level and four-level modulations are applied to generate the switching signals, which ensures ZVS operation for all converter switches in the continuous conduction mode. The work is structured in theoretical analysis for both continuous and discontinuous conduction modes, stress analysis, dynamic analysis, design methodology and experimental results in which results are analyzed for a minimum voltage and a maximum input voltage. Theoretical analysis, design example and experimental data for 1.2 kW, 240 – 480 Vdc input, 300 Vdc output, and 50 kHz switching frequency laboratory prototype are analyzed. Measured efficiency are obtained from experimental trials with the prototype for fixed point operation and wide input voltage range. For fixed point the efficiency was of 97.38% at full load and for wide range were of 96.35% (240 V) and 95.72% (480 V) in 60% and 70% of the nominal power, respectively.

CAPES / Esta dissertação apresenta um estudo comparativo entre dois modos de conexão de conversores CC-CC empregados em lâmpadas LED para iluminação pública. Uma das conexões é baseada na técnica conhecida como Reduced Redundant Power Processing e a outra é a conexão série de conversores estáticos. Os conversores SEPIC e buck-boost foram implementados, respectivamente, nos estágios de correção do fator de potência e controle de potˆencia demandada pela carga. Ambos os conversores operam em modo de condução descontínua de corrente. Protótipos de 70 W foram implementados para os dois tipos de conexão. Os resultados experimentais obtidos mostram o desempenho de cada tipo de conexão. Ambas as conexões estão em conformidade à norma IEC 61000-3-2 Classe C e as recomendações práticas IEEE Std 1789-2015. ´E realizada uma discussão sobre as vantagens e desvantagens de cada modo em estudo. / This work presents a comparative study between two different connections of DC-DC converters used in LED lamps for street lighting. One of the connections is based on the technique known as Reduced Redundant Power Processing and the other one is the series connection of static converters. The SEPIC and buck-boost converters were implemented, respectively, in the power factor correction and power control demanded by the load stages. Both of the converters operate in the discontinuous conduction mode of current. Prototypes of 70 W were developed for the two connection types. The experimental results obtained shows the performance of each connection type. Both of the connections are in compliance with the IEC 61000-3-2 Class C standard and the practicals recommendations IEEE Std 1789-2015. A discussion is realized about the advantages and disadvantages of each connection type.

A presente dissertação apresenta uma análise comparativa entre os resultados experimentais de dois retificadores monofásicos. Também apresenta o estudo e projeto de um retificador trifásico, o qual é destinado ao processamento de energia elétrica proveniente de aerogeradores de pequeno porte. Ambos retificadores possuem elevado fator de potência, são modulados por largura de pulso e são baseados no conversor CC-CC SEPIC operando no modo de condução descontínuo. Com a finalidade de validar os estudos teóricos, são apresentados os resultados obtidos via simulação numérica e os resultados experimentais obtidos de cada um dos três retificadores. As especificações dos retificadores monofásicos são: potência processada de 500W; tensão de entrada de 220V; tensão de saída de 200V; frequência de comutação de 50kHz. As especificações do retificador trifásico são as mesmas que a dos monofásicos, exceto, pela potência processada que é de 1,5kW. / The present master thesis presents a comparative analysis between the experimental results of two single-phase rectifiers. Also presents the study and design of a three-phase rectifier, which is intended for processing power from small wind turbines. Both rectifiers have high power factor, is modulated by pulse width and are based on DC-DC SEPIC converter operating in discontinuous conduction mode. In order to validate the theoretical studies, presents the results obtained by numerical simulation and experimental results for each of the three rectifiers. The specifications of the single-phase rectifiers are: processed power of 500W; input voltage of 220V; output voltage of 200V; 50kHz switching frequency. The specifications of the three-phase rectifier is the same as that of single phase, except that it is processed by the power of 1.5kW.

Capes; Fundação Araucária / Este trabalho apresenta análises matemáticas, simulações e construção de protótipos referentes a um inversor fotovoltaico monofásico de dois estágios aplicado no processamento eletrônico da energia solar. Por se tratar de um inversor de dois estágios, este é composto por um conversor CC-CC e um CC-CA. Para o conversor CC-CC, destacam-se o isolamento galvânico em alta frequência e a comutação suave do tipo ZCS obtida na saturação e no bloqueio de todos os transistores da estrutura. Para o conversor CC-CA, destacam-se o grampeamento natural de tensão em todos os transistores em um valor correspondente à metade da tensão do barramento de entrada, as reduzidas derivadas de tensão durante as comutações e a tensão pulsada de três níveis obtida na sua saída. São as características típicas do inversor multinível NPC, proposto aqui, pela primeira vez, na composição de um inversor de dois estágios. O uso do inversor NPC geralmente implica em cuidados com a simetria das tensões provenientes dos capacitores do barramento CC de entrada, podendo envolver técnicas de modulação ou controle para esse fim. Nesta proposta, a simetria das tensões do barramento capacitivo do NPC é imposta pelo conversor CC-CC, operando em malha aberta. Todo o controle do inversor de dois estágios fica concentrado no estágio CC-CA. Este estágio regula a tensão do barramento CC e injeta corrente senoidal na rede elétrica comercial com fator de potência unitário. Especificações da estrutura: potência de saída 2kW; tensão de entrada do arranjo fotovoltaico 400V; tensão eficaz da rede elétrica 127V; frequência de chaveamento 20kHz. / This work presents mathematical analyzes, simulations and construction of prototypes for a single-phase dual-stage photovoltaic inverter applied to the electronic processing of solar energy. Because it is a two-stage inverter, it consists of a DC-DC converter and a DC-AC converter. For the DC-DC converter, highlight the high-frequency galvanic isolation and the soft switching of the ZCS type obtained in the saturation and in the blocking of all the transistors of the structure. For the DC-AC converter, highlight the natural voltage clamping on all transistors corresponds to one half of the input bus voltage, the reduced voltage derivatives during switching and the three-level pulsed voltage obtained at its output. These are typical characteristics of the NPC multilevel inverter, proposed in this work for the first time in the composition of a dual-stage inverter. The use of the NPC inverter usually involves taking care of the symmetry of the voltages coming from the input DC bus capacitors, may involve modulation techniques or control for this purpose. In this proposal, the DC-DC converter, operating in open loop, imposes the symmetry of capacitor bus voltage of the NPC. All control of the two-stage inverter is concentrated in the DC-AC stage. This stage regulates the DC bus voltage and injects sinusoidal current into the commercial grid with unit power factor. Structure specifications: 2kW output power; PV array input voltage 400V; 127V rms AC output voltage; 20kHz switching frequency.

A utilização de luminárias baseadas em diodos emissores de luz (LED) é uma tendência para iluminação de interiores e para iluminação pública devido a sua alta durabilidade e eficiência. Apesar destas características desejáveis impulsionarem a utilização de LEDs na iluminação, a vida útil dos drivers utilizados para o acionamento de LEDs de potência, baseados em topologias tradicionais, pode ser inferior a vida útil do próprio LED. Estes drivers são, geralmente, constituídos de topologias que utilizam capacitores eletrolíticos, que tem baixa vida útil, principalmente, em altas temperaturas de operação. Assim, este trabalho propõe uma luminária LED para iluminação pública que seja baseada em drivers modulares. Esta metodologia, visa o aumento da vida útil dos drivers, bem como a manutenção do funcionamento da lâmpada mesmo quando um dos módulos falhar. O projeto dos drivers eletrônicos e a modelagem matemática dos conversores é apresentada. Além disso, são apresentados resultados experimentais obtidos através de um protótipo com 50W (dois módulos com potência média de 25W, cada um). / The use of LED based luminaires is a tendency for both indoor and street lighting, due to its high durability and efficiency. Despite these desirable features propel the use of LEDs on lighting systems, the lifespan of its drivers can be lower than the LED itself. Such drivers are usually based on topologies that make use of electrolytic capacitors, which present low durability, mainly in high temperatures. Therefore, this work proposes a LED luminaire for street lighting based on modular drivers. This approach intends to increase the lifetime of the drivers, as well as maintain the luminaire in operation even with one or more modules failure. The design of the electronic drivers and the technique used for the mathematical modeling of the converters are presented. Furthermore, the obtained experimental results from a prototype with rated power of 50W (two modules with rated power of 25W each one) are presented.

Em um momento em que questões ambientais e a segurança energética estão numa posição de destaque, Veículos Elétricos (VEs) estão no centro das atenções. Entretanto, ainda é difícil para eles substituir os tradicionais veículos de combustão interna e a razão principal para isso é o seu sistema de energia. Normalmente, devido a suas características, baterias são usadas como banco de energia para VEs. No entanto, baterias também apresentam algumas limitações para essa aplicação e o problema no sistema de energia é relacionado a essas limitações. Uma das soluções propostas é se colocar baterias e supercapacitores (SC) em paralelo, resultando em um Sistema Híbrido de Armazenamento de Energia (SHAE). Para fazer essa configuração possível e o fluxo de potência controlável em um SHAE, um conversor CC-CC bidirecional interfaceando a bateria e o SC é necessário. Levando isso em consideração, o estudo de topologias CC-CC bidirecionais é apresentado nessa Dissertação de Mestrado. Primeiro, o estudo de um conversor CC-CC bidirecional com indutor dividido, envolvendo sua análise teórica em regime permanente, análise dinâmica e uma metodologia de projeto com resultados de simulação, é apresentado, resultando na construção de um protótipo experimental com as seguintes especificações de projeto: Fonte de tensão 1 de 300 V, fonte de tensão 2 de 96 V, frequência de comutação de 20 kHz e potência nominal de 1000 W. Então, o estudo de uma segunda topologia, um conversor CC-CC Buck-Boost ZVS bidirecional, envolvendo sua análise em regime permanente e uma metodologia de projeto com resultados de simulação, também é apresentado. / In an era where environmental issues and the energetic safety are in an outstanding position, Electric Vehicles (EVs) are in the spotlight. However, it is difficult for them to replace the ICE vehicles and the main reason for that it is their energy system. Normally, due to some of their characteristics, batteries are used as energy bank in Electric Vehicles. Nevertheless, batteries also present some limitations for this application and the energy system problem is related to these limitations. One of the proposed solutions is to place batteries and Supercapacitors (SC) in parallel, resulting in a Hybrid Energy Storage System (HESS). To make this configuration possible and the power flow controllable in the HESS, a bidirectional DC-DC converter interfacing the battery and the SC is necessary. Taking this into account, the study of bidirectional DC-DC topologies is presented in this Master’s Thesis. First, a study of a bidirectional DC-DC converter with tapped inductor, involving its theoretical steady state analysis, dynamic analysis and design methodology with simulation results, is presented, resulting in the design of an experimental prototype with the following design specifications: Voltage source 1 of 300 V, voltage source 2 of 96 V, switching frequency of 20 kHz and rated power of 1000 W. Then, the study of a second topology, a bidirectional ZVS Buck-Boost DC-DC converter, involving he steady state analysis and a design methodology with simulation results, is also presented.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-04-25T20:57:54Z No. of bitstreams: 1 EmanoelRaimundoQueirozChavesJunior_DISSERT.pdf: 5363568 bytes, checksum: 97255b1fe368ebcedba1b59ade2a13f4 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-04-27T00:17:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EmanoelRaimundoQueirozChavesJunior_DISSERT.pdf: 5363568 bytes, checksum: 97255b1fe368ebcedba1b59ade2a13f4 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-27T00:17:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EmanoelRaimundoQueirozChavesJunior_DISSERT.pdf: 5363568 bytes, checksum: 97255b1fe368ebcedba1b59ade2a13f4 (MD5) Previous issue date: 2015-06-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Dist?rbios el?tricos como afundamentos de tens?o, interrup??es e desequil?brios de tens?o podem causar s?rios problemas para os consumidores e para as empresas de gera??o e transmiss?o de energia. Nos ?ltimos anos, essas empresas de servi?os el?tricos v?m empregando t?cnicas e equipamentos de prote??o para evitar a ocorr?ncia dist?rbios ou para amenizar os seus efeitos no sistema. Geradores de dist?rbios s?o utilizados para analisar o comportamento de equipamentos el?tricos e eletr?nicos frente a poss?veis dist?rbios el?tricos. A an?lise dessas falhas permite o desenvolvimento equipamentos de prote??o adequados. Neste trabalho ? apresentado o desenvolvimento de um gerador de dist?rbios baseado em conversores de pot?ncia que, aliado com uma estrat?gia de controle, ? capaz de gerar v?rios tipos de dist?rbios sim?tricos como: afundamentos trif?- sicos, eleva??es trif?sicas e inje??o de harm?nicos. A estrat?gia de controle ? baseada no controle linear discreto e no controle repetitivo. S?o detalhadas as etapas do projeto dos controladores e do filtro utilizado para a redu??o de harm?nicos na sa?da. S?o apresentados os resultados obtidos com simula??es computacionais e os resultados obtidos com ensaios do sistema implementado em laborat?rio. / Electrical disturbances such as voltage sags, interruptions and voltage unbalances might cause serious problems for the end-user and for the companies of generation and transmission of energy. Few years ago, those companies have been using methods and equipments of protection to avoid the disturbances? presence or to mitigate their effects on the power system. Disturbances generators are used to analyse the behavior of electrical and electronic equipments affected by disturbances. The analysis of those failures allows the development of appropriated protection equipments. In this paper, the development of a disturbances generator based on power converters is presented. The disturbance generator developed is able to generate some symmetrical disturbances, such as: voltage sags, voltage swells and harmonic distortion. The control strategy used in the disturbance generator is based on discrete and repetitive control. The steps of the design of the control and of the filter used for reducing harmonic in the output, are detailed in the text. Are presented the obtained results on computational simulations and the obtained results on laboratory tests.