Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:33:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310350.pdf: 17052017 bytes, checksum: 4e316fff0da3fb0057a4349a83edb3ce (MD5) / Esta tese propõe uma topologia de conversor CC-CC trifásico de três níveis, modulado por largura de pulso e com comutação suave. A análise estática dos sete modos de condução descontínua e dos seis modos de condução contínua é apresentada no decorrer do documento. A análise dinâmica do conversor voltada para a operação em condução contínua também é apresentada, fornecendo a função de transferência que relaciona a tensão de saída com a razão cíclica. A comutação dos doze interruptores comandados é investigada em detalhes, enfatizando-se a condução contínua, onde há a possibilidade de obtenção de comutação suave do tipo ZVS em todos os doze interruptores do conversor. Para a comprovação das análises apresentadas, realiza-se a simulação numérica e a experimentação através de um protótipo de 10 kW, 800 V de tensão de entrada, 200 V de tensão de saída e 40 kHz do conversor proposto. / This thesis proposes a three-level three-phase pulse-width-modulated soft-switched DC-DC converter. The static analysis of seven discontinuous conduction modes and six continuous conduction modes is carried out. The dynamic analysis is also performed, providing the output voltage to duty cycle transfer function. The commutation of all converter switches is detailed, emphasizing the continuous conduction, where there is the possibility of achieving zero-voltage-switching for all the twelve converter switches. In order to validate the presented analyses, the computer aided simulation and experimental results from a prototype rated at 10 kW, 800 V input voltage, 200 V output voltage, and 40 kHz are performed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T00:06:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252069.pdf: 1081803 bytes, checksum: 1e06950f43e87071a2b3915f1a9f7665 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e a implementação prática de um circuito de grampeamento ativo empregando o conversor Forward aplicado ao estágio retificador Hybridge de um conversor CC-CC Três Níveis-ZVS-PWM. A generalização do circuito de grampeamento para aplicação nos estágios retificadores de Onda Completa, com Derivação Central e Hybridge é apresentada, assim como o uso de uma malha de controle realimentada para a tensão de grampeamento. A análise do circuito de grampeamento aplicado ao estágio retificador Hybridge apresentou os principais parâmetros que influenciam o comportamento do circuito e os principais esforços de tensão e de corrente nos seus componentes. Uma metodologia de projeto e os resultados experimentais do circuito de grampeamento aplicado a um conversor CC-CC Três Níveis-ZVS-PWM com tensão de entrada de 900V, tensão de saída de 60V, freqüência de comutação de 35kHz e potência de saída de 24kW são por fim apresentados.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T00:41:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 208561.pdf: 27464871 bytes, checksum: a73c62a89492da9872e5ccbbe4e79a37 (MD5) / A presente tese mostra o estudo de fontes auxiliares que permitam uma tensão de entrada de 300Vcc até 1200Vcc. Todas as estruturas apresentam redução na tensão de bloqueio dos interruptores como sendo metade do valor da tensão de entrada e permitem múltiplas saídas. Duas das estruturas estudadas são inéditas na literatura e possuem como característica principal a elevada semelhança com os conversores conhecidos forward e flyback. A essas estruturas, devido justamente ao seu ineditismo, uma ênfase maior é dada com relação às etapas de funcionamento e mecanismo de transferência de energia. As outras duas estruturas são conversores já apresentados na literatura e mostrados nesta tese apenas para efeito de comparação. O foco desta comparação se dá principalmente na questão do uso destes conversores em potências de poucas centenas de watts e múltiplas saídas. O outro foco de comparação é a questão do equilíbrio da tensão dos capacitores que fazem a divisão da tensão de entrada e permitem o grampeamento da tensão de bloqueio nos interruptores.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-18T07:22:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:38:55Z : No. of bitstreams: 1 182323.pdf: 6556730 bytes, checksum: 632ff44dadb088cd85af311cb232fa6b (MD5) / Apesar da existência de uma gama variada de conversores com características de baixa ondulação de corrente na entrada e na saída, muitas vezes estas opções são descartadas pela complexidade. Este trabalho tenta preencher esta lacuna. É apresentada uma revisão sobre os principais conversores concorrentes que aparecem na literatura especializada até o momento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T06:04:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241259.pdf: 5101216 bytes, checksum: 5182eb5955d83babed3156b7095d4447 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o de estudar novas soluções para a implementação de conversores CC-CA's bidirecionais isolados compostos a partir de conversores CC-CC bidirecionais básicos. O primeiro passo é o de realizar uma revisão bibliográfica apresentada no capítulo I, que é de fundamental importância para se ter uma visão do que já havia sido proposto até então. No capítulo II, são abordados os conversores CC-CC's bidirecionais básicos onde foram analisadas as principais formas de ondas destes conversores. As possíveis soluções para se implementar os conversores CC-CA's a partir dos conversores CC-CC básicos são apresentadas no capítulo III. O conversor CC-CC Fyback bidirecional é estudado no capítulo IV. Onde é apresentado um estudo mais aprofundado sobre este conversor com a realização de análise das etapas de operação e simulações à vazio, com carga resistiva, com carga capacitiva e com carga não-linear. O conversor SEPIC CC-CA bidirecional isolado é estudado no capítulo V onde é levantada a função de transferência do conversor assim como o equacionamento matemático desuas principais formas de onda. No capítulo VI são mostrados os resultados experimentais obtidos com a implementação de dois protótipos do conversor SEPIC CC-CA bidirecional. O capítulo VII aborda alguns tópicos complementares como a associação de conversores, conversores trifásicos e reticadores.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273727.pdf: 7866290 bytes, checksum: a824f6fc8dd53b082f26d7da40d3b710 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo na área de eletrônica de potência aplicada à tecnologia de painéis solares fotovoltaicos. Uma revisão das arquiteturas utilizadas até o momento para realizar a conversão de energia dos módulos fotovoltaicos é apresentada, além de uma breve classificação e evolução dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia. Para o trabalho, dois conversores CC-CC foram escolhidos, estudados e aplicados como estágios iniciais de potência a um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Estes foram projetados de tal maneira a levar em consideração a redução do número de componentes e das perdas. Uma estratégia de controle para os mesmos foi estudada e foi decidido que o controle associado ao primeiro estágio teria unicamente a função de forçar o mesmo a operar sempre próximo ao ponto de máxima potência. Um conversor CC-CA foi apresentado como segundo estágio do sistema. Uma análise detalhada do controle foi realizada e duas malhas de controle, trabalhando conjuntamente, foram empregadas. Uma para controlar a tensão contínua do barramento e o fluxo de potência. Outra para controlar a corrente de saída do sistema. Além disso, a pesquisa também considerou a possibilidade de conexão de cargas diretamente ao sistema, focando os esforços em cargas não-lineares. Um algoritmo seguidor de máxima potência foi apresentado além de um sistema de proteção e supervisão. Por fim, os resultados experimentais validam os estudos teóricos realizados, além de corroborar algumas hipóteses discutidas no decorrer do trabalho. / This work presents a study on the application of power electronics in the photovoltaic system area. An overview of the power electronics architectures applied to photovoltaic modules energy conversion is presented, including a brief classification and evolution of grid connected photovoltaic systems. To the research, two DC-DC converters were chosen, designed and applied as first power stage of a grid connected system. They were designed considering the reduction of losses and devices. A control strategy for them was studied and it was decided that the control associated with the first stage would have only the function of forcing it to operate always near the point of maximum power. A DC-AC converter was presented as the second stage of the system. A detailed control analysis was developed and two loop controls, working together, were employed. One loop to control the voltage of bus and the power flow. Another to control the output current of the system. Moreover, the research also considered the possibility of connecting a load directly to the system, focusing efforts on non-linear loads. A maximum power point tracker algorithm and a system of protection and supervision were presented. Finally, the experimental results validate the theoretical studies conducted, in addition to corroborate some assumptions discussed in the course of work.

Conversores de energia chaveados apresentam alto rendimento por conduzirem de forma pulsada porções exatas de energia da sua entrada a um filtro de saída. A maior parte dos controladores utilizados possui natureza analógica, limitando possibilidade de estratégias de controle factíveis. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para estudos empregando dispositivos digitais do tipo DSP para controle de tensão ou corrente de um conversor de energia DC-DC topologia Buck síncrono. Três algoritmos de controle foram testados na plataforma: controlador PID linear de tensão de saída, controlador PID linear de corrente de saída e controlador PIDFuzzy de tensão de saída. Com os algoritmos embarcados, o conversor de energia foi ensaiado, validando a proposta de uma plataforma de estudo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273658.pdf: 2683631 bytes, checksum: 084e520511961195baef438a5831e71a (MD5) / Esta tese apresenta diversos aspectos relacionados com a modelagem, analise e controle de uma classe particular de sistemas hibridos, os sistemas comutados, e em particular a dos conversores de potencia. No capitulo 2 se introduz o conceito de Sistemas Hibridos, sistemas que apresentam dinamicas discretas e continuas ao mesmo tempo, e onde podem co-existir variaveis reais e discretas como por exemplo variaveis binarias. Tambem duas abordagens para realizar a modelagem destes sistemas são apresentadas, os sistemas por partes (Piece Wise Ans Systems - PWA) e os sistemas mistos logicos dinamicos (Mixed Logical Dynamical Systems -MLD). Ambas as ferramentas sao usadas para modelar um con-versor de potencia de corrente continua em corrente continua (CC-CC), o conversor Buck-Boost (CBB), que e o caso de estudo desta tese. No capitulo 3 se analisa a estabilidade de sistemas comutados autonomos lineares onde o sinal de comutaçao e um sinal arbitrantes de estabilidade baseadas nos conceitos de Raio Espectral Generalizado (Generalized Spectral Radius -GSR) e Raio Espectral Conjunto (Joint Spectral Radius - JSR). Mostra-se que o calculo do JSR e um problema computacionalmente complexo, o que limita a aplicacao desta ferramenta. Neste mesmo capitulo se obtem uma condicao sufciente de estabilidade atraves da funcao quadratica comum de Lyapunov (Common Quadratic Lyapunov Function - CQLF), a qual permite testar a estabilidade do sistema comutado de uma forma simples mas bastante conservadora. Finalmente se estuda uma solucao intermediaria entre os resultados conservadores da CQLF, e os menos conservadores, como o JSR, mas numericamente complexos. Esta solucao e obtida atraves da funcao quadratica comutada de Lyapunov (Switching Quadratic Lyapunov Function - SQLF). No capitulo 4 se desenvolvem aspectos teoricos e praticos, dos sistemas comutados. Estudam-se duas abordagens diferentes, a primeira e o controle preditivo misto inteiro (CPMI), que se aplica a sistemas MLD e permite realizar o projeto da lei de controle de uma forma sistematica. A segunda abordagem, que pode ser aplicada a sistemas hibridos nao-lineares, e o controle preditivo nao-linear hibrido (CPBMNL-Hibrido). Ambas as estrategias exemplicam-se atraves de sua aplicacao ao CBB. Finalmente no capitulo 5 se desenvolvem aspectos teoricos relacionados com o Projeto Integrado de Processos e Controle, e realizam-se dois estudos de caso para mostrar a importancia da metodologia no projeto de controle e conversores de potencia CC-CC. Em ambos os casos se mostram as vantagens da utilizacao do metodo com o fim de obter um sistema em malha fechada com uma performance otimizada, assim como a flexibilidade que mostra esta metodologia quando desejamos projetar um conversor para trabalhar numa certa faixa de operacao.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010. / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 274635.pdf: 25264384 bytes, checksum: 433dc34b3e4a550ada07e2a994b32493 (MD5) / Este trabalho tem como objetivo específico estudar estruturas de reatores eletrônicos para LEDs de iluminação. Primeiramente são avaliadas as propriedades elétricas, ópticas e térmicas dos LEDs de potência. É apresentado um modelo elétrico simplificado para simulação e considerada a influência da temperatura da junção nos LEDs, nas suas características ópticas e elétricas. Também é proposto um método de estimação da temperatura da junção para os LEDs de potência. A seguir, são analisadas as características necessárias para as fontes de alimentação dos LEDs de potência, e a influência do tipo de modulação utilizada para modificar a sua intensidade luminosa. São propostos conversores CC-CC auto-oscilantes para os LEDs de potência e uma técnica para equalização de corrente em vetores de LEDs. A aplicabilidade dos conversores CC-CC básicos também é analisada. Além disso, é avaliada a aplicação dos conversores série ressonantes nos LEDs de potência. O modelo elétrico simplificado foi utilizado para a análise e para o dimensionamento do conversor série ressonante. Também é ponderada a inserção de um capacitor de filtro em paralelo com os LEDs, bem como a operação do conversor sem o capacitor eletrolítico do barramento de corrente contínua. Os conversores série ressonantes auto-oscilantes e a integração de estágios para correção do fator de potência são avaliados. Resultados experimentais dos protótipos são obtidos, analisados e discutidos para validação das metodologias aplicadas. / This work aims to study specific topologies of electronic drives for lighting LEDs. Firstly it is considered the electrical, optical and thermal properties, of power LEDs. Following, it is presented a simplified LED electrical model for simulation, and it is analyzed the influence of the LED junction temperature in its optical and electrical characteristics. It is also proposed a method for estimating junction temperature for power LEDs. In the sequence, the characteristics required to power supplies for LED, and the influence of the modulation strategy used to change the light intensity of power LEDs are analyzed. DC-DC self-oscillating converters for power LEDs are proposed. The applicability of basic DC-DC converters is analyzed. Moreover, the application of series resonant converters in power LEDs is presented. The simplified LED electric model was used for the analysis and for the design of series resonant converters. It is also analyzed the insertion of a filter capacitor in parallel with the LEDs, as well as the converter operation without the DC bus electrolytic capacitor. The self-oscillating series resonant converters and integration stages for power factor correction are analyzed. Experimental results of the prototypes are obtained, analyzed and discussed to validate the proposed methodologies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T20:52:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294713.pdf: 4995437 bytes, checksum: a490906899df890800a0a856b3d0b55a (MD5) / Nesta dissertação de mestrado realiza-se o estudo teórico e experimental do conversor CC-CC Zeta-Sepic bidirecional isolado com grampeamento ativo e interleaving. O estudo se desenvolve na subdivisão do conversor em três topologias que fragmentam os desafios de pesquisa e formam o corpo do presente trabalho. A primeira subdivisão constitui do estudo teórico e experimental do conversor CC-CC Zeta-Sepic bidirecional não isolado. Utiliza-se a modelagem por valores médios instantâneos em espaço de estados cujas resistências série dos componentes são consideradas resultando em um sistema amortecido. Um protótipo é construído. Baterias são utilizadas como fontes bidirecionais em corrente, sendo o controle implementado no DSP TMS320F2812. A isolação galvânica é adicionada, trazendo o problema da indutância de dispersão, que é resolvido propondo uma topologia com grampeamento ativo. O estudo do comportamento dinâmico do conversor é realizado via ferramentas de identificação de sistemas. Um protótipo de 1 kW é implementado em laboratório com o objetivo de validar o estudo realizado. Por fim, três unidades são associadas em paralelo na fonte de menor tensão e em série na de maior tensão resultando na topologia com interleaving. A ondulação de corrente é reduzida, o ganho estático é multiplicado assim como a frequência das correntes nas fontes.