Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:24:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 233941.pdf: 3981296 bytes, checksum: 49aceaf6ff8489e06d1794df73338957 (MD5) / Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de interligação entre módulos geradores de energia utilizando células a combustível (CaCs) e um estágio acumulador de energia formado por um banco de baterias. Alimentadas com hidrogênio, as CaCs operam de forma limpa e sem emissão de poluentes, representando uma tecnologia promissora. Inicialmente é mostrado um estudo de CaCs e de baterias com princípio de funcionamento, características elétricas e modelos utilizados para cada um desses elementos. Após isso, é apresentada a análise de um conversor proposto para essa aplicação, o conversor CC-CC do tipo Boost. O projeto desse conversor leva em conta aspectos de CaCs e de baterias. Além disso, fazem parte deste trabalho a modelagem do conversor considerando parâmetros da CaC e validação através de simulação. Por fim, são apresentados resultados de simulação do sistema completo e em seguida os resultados dos ensaios de laboratório obtidos com a implementação prática de um protótipo. This work presents a design of an interconnection system between energy generator modules using fuel cells (FCs) and an energy storage stage formed by a battery bank. FCs, which are supplied by hydrogen, present clean operation without pollutant emissons, representing a promising technology. First, a study of FCs and batteries is shown with operating principles, electrical characteristics and models used for each one of these elements. Second, the analysis of the proposed converter for this application, the Boost DC-DC converter, is presented. The design of this converter takes into account aspects of FCs and batteries. In addition, converter modelling considering parameters of the FC and validation using simulation are also a part of this work. Finally, simulation results of the complete system are presented, followed by laboratory test results obtained by a practical implementation of a prototype.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269349.pdf: 2780279 bytes, checksum: 34f48af060e42a598ac57a621f159d93 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o estudo, projeto e implementação de um conversor CC/CA para a conexão de um gerador eólico à rede elétrica. Faz-se isso utilizando-se um inversor monofásico, com modulação PWM a três níveis, ligado à rede através de um transformador de baixa freqüência. São controladas três variáveis distintas no conversor: a corrente de saída, que deve ser senoidal e com baixa distorção harmônica, a tensão do barramento CC de entrada, que se deve manter regulada e com a ondulação projetada, e a componente média de corrente no primário do transformador, para se evitar que esse último sature. Inicialmente faz-se uma breve introdução sobre o uso da energia eólica, logo em seguida, estuda-se o estágio de potência, malhas de controle e compensadores utilizados e, por fim, implementa-se um protótipo para que seja feita a comprovação experimental de toda a teoria desenvolvida. / The aims of this work are the study, design and implementation of a dc/ac converter for the connection of a wind power generator to the electric grid. It makes use of a single-phase inverter, with three-level PWM modulation, connected to the grid through a low frequency transformer. Three distinct variables are controlled in the converter: the output current, that must be sinusoidal and present low harmonic distortion, the DC link voltage, that must be regulated and within the designed ripple, and the average current component in the primary winding of the transformer, what prevents it from saturating. Initially, a brief introduction on the use of the wind power is performed. Afterwards, studies of the power structure, control models and employed compensators. Finally, a prototype is assembled and tested to validate through experimental results all developed theoretical analysis and design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:19:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222431.pdf: 4685463 bytes, checksum: 654ca6213d51de8a4d29437361ea3ffc (MD5) / O presente trabalho trata do projeto e implementação de uma fonte de tensão alternada alimentada por fontes de tensão CC de 24V para aplicações domésticas e embarcadas. Através deste projeto, é enfocado o estudo do acoplamento em cascata de inversores de tensão ao barramento de saída de conversores CC-CC e do seu efeito sobre a energia processada pelo conversor à montante. É apresentada uma técnica de redução da flutuação de energia observada através de uma metodologia de projeto para o filtro LC que realiza a conexão entre ambos os conversores. É apresentado um estudo completo do sistema, desde a análise topológica das estruturas escolhidas até a concepção da eletrônica auxiliar empregada na montagem, além da descrição detalhada do projeto da fonte alternada senoidal de 1kW, desenvolvida para realizar a comprovação prática dos resultados obtidos analiticamente e por meio de simulações numéricas, apresentando, por fim, o protótipo construído em laboratório e os resultados alcançados com a sua experimentação. This work presents the design and implementation of an AC voltage source fed by DC sources for domestic and mobile applications. It intends to study the coupling in cascade of voltage inverters to the DC-DC converters link and its effect on the energy processed by the upstream converter. An energy floating reduction technique that consists in a design methodology for the LC filter between both converters is presented. A complete study of the system is presented, from the chosen structures topological analysis to the conception of the used auxiliary electronics, beyond the detailed description of the 1kW AC sinusoidal source design, developed to prove practically the analytical and simulation results, presenting, finally, the developed prototype and the reached experimentation results.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:32:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222438.pdf: 3652477 bytes, checksum: c8b758ba1a8ce1422884a92fd58a196a (MD5) / O trabalho apresenta o estudo dos conversores básicos não isolados de três níveis obtidos a partir de uma célula de comutação composta de dois diodos, dois interruptores e um indutor. A célula de comutação proposta permite a obtenção das topologias Buck, Boost e Buck-Boost todas de três níveis. A disposição dos componentes na topologia somada a uma modulação adequada faz com que em nenhum instante haja a maior tensão envolvida na conversão sobre qualquer um dos interruptores (Buck e Boost) ou a soma das tensões de entrada e saída (Buck-Boost). Para as três topologias foi desenvolvido o estudo teórico envolvendo etapas de operação, ganho estático ideal, ondulação da corrente no indutor, dimensionamento dos componentes do conversor e simulação com componentes ideais para os modos de condução contínua, crítica e descontínua bem como a obtenção da característica externa. Foram realizados os projetos e simulações com componentes reais das três topologias e ensaiados os respectivos protótipos em bancada, considerando o modo de condução contínua, com o objetivo de comprovar a teoria.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:24:40Z : No. of bitstreams: 1 261750.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo dos retificadores de tensão trifásicos isolados em baixa freqüência, com fator de potência unitário e regulação das tensões de saída, baseados nos transformadores trifásicos/bifásicos. Trata-se de conversores que transferem energia de uma fonte CA trifásica para uma fonte CC, fazendo circular na fonte CA uma corrente senoidal de alta qualidade. A separação de circuitos proporcionada pelos transformadores trifásicos/bifásicos, como a conexão Scott e a conexão Le-Blanc, permite o uso de retificadores monofásicos elevadores (boost) e abaixadores (buck) para obter uma retificação trifásica a três fios. Abordam-se, inicialmente, a conexão série do retificador elevador e, posteriormente, as estruturas abaixadoras série, paralelo e série-paralelo. Todas as estruturas são analisadas matematicamente e avaliadas em simuladores numéricos computacionais. São propostas estratégias de controle em malha fechada e metodologias de projetos para cada estrutura estudada. Complementarmente às simulações, são implementados três protótipos para corroborar os resultados das análises teóricas. Os resultados experimentais validam os resultados teóricos obtidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:12:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330206.pdf: 2222672 bytes, checksum: 58bf436df1f47dc5936b034e09ebea56 (MD5) Previous issue date: 2014 / Este trabalho apresenta uma nova estrutura de conversor CC-CC unidirecional, modular, adequado às aplicações em alta tensão e alta potência. Esta nova estrutura é gerada por meio da associação de conversores Flyback em modo descontínuo. As principais características do conversor proposto são: esforços de tensão reduzidos nos componentes, construção com base em um conversor já consolidado, isolação em alta frequência. A metodologia de projeto é apresentada envolvendo a parte de eletrônica de potência e também o controle do conversor. Para validar a parte teórica um protótipo de 3 kW com tensão de entrada de 600 V foi construído e avaliado experimentalmente. Os resultados experimentais confirmam o funcionamento do conversor, evidenciando as suas características e vantagens.<br> / Abstract: This paper presents a new structure of unidirectional converter, DC-DC modular, suitable for applications in high voltage and high power. This new structure is generated by associating Flyback converters in discontinuous mode. The main characteristics of the proposed converter are reduced voltage stress on the components, construction based on an established converter and high frequency isolation. The desing methodology is presented involving the part of the power electronics and also the converter control. For validating the theory, a prototype of 3 kW with 600 V input voltage was constructed and experimentally evalvated. The experimental results confirm the operation of the converter, highlighting their features and advantages.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:25:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329775.pdf: 15533198 bytes, checksum: 405fa7ebbbf537f2e36763f5ee30e7ab (MD5) Previous issue date: 2014 / Demandas ambientais vão potencializar o uso de sistemas com energias renováveis em um futuro próximo. Neste contexto, microrredes (MR) de energia, tipicamente pequenas fontes geradoras próximas do usuário final, vêm surgindo como uma opção promissora para atender necessidades crescentes de geração de energia limpa, confiável e de qualidade. Para se fazer bom uso das vantagens propiciadas por uma microrrede, há a necessidade de um uso extensivo de conversores eletrônicos de potência para interligar diversos tipos de fontes geradoras, cargas e elementos de armazenamento, devido aos seus diferentes tipos de comportamento dinâmico. Este trabalho tem por objetivo principal estudar os problemas dinâmicos associados à interconexão de conversores de eletrônica de potência em microrredes de corrente contínua (CC). Em particular, quando um conversor é utilizado como carga de outro, simplificações de modelagem podem se tornar indesejadas e até omitir fenômenos dinâmicos durante a análise do sistema. Assim, problemas associados à modelagem das cargas são estudados bem como problemas de controle da tensão do barramento CC da MR. Problemas de estabilidade não-linear são tratados basicamente utilizando a teoria qualitativa dos sistemas dinâmicos e a análise de bifurcações. A redução do problema através da modelagem das cargas baseada nas características estáticas das cargas de potência constante cobra um papel importante para a análise da estabilidade do sistema. Resultados de simulação e experimentais permitem validar os resultados analíticos obtidos neste trabalho. As principais contribuições deste trabalho são: (i) a modelagem mais realista dos perfis de carga estáticos dos conversores buck e boost ao se comportarem como cargas de potência constante; (ii) o controle por modos deslizantes dos conversores interconectados e uma análise dinâmica completa do sistema utilizando a teoria de bifurcações; (iii) comprovação dos resultados analíticos obtidos pela realização de diversos cenários de simulação e experimentais.<br> / Abstract: Environmental demands are likely to increase the use of renewable energy-based systems in a close future. In this context, power microgrids, typically small power sources located close to the final user, arise as a promising option to cope with the growing needs of a clean, reliable and high quality energy. To make good use of the advantages provided by a microgrid, an extensive use of power electronic converters is required to interconnect several kinds of power generators, sources and energy storage units, due to their diferent types of dynamic behavior.The main purpose of this work is to study the dynamic problems associated to the interconnection of power electronic converters in a direct current (DC) microgrid. In particular, when a converter acts as a load to another, modeling simplications may become undesirable and even overlook dynamic phenomena during the system analysis. In this manner, problems associated to the loads modeling are studied, as well as problems related to the control of the microgrid's bus voltage. Nonlinear stability problems are studied using the qualitative theory of dynamical systems and bifurcation analysis. The reduction of the problem by modeling the loads' based on the static profile of constant power loads takes an important role on the stability analysis of the system. Simulation and experimental results provide means to validate the analytical results obtained in this work.The main contributions of this work are: (i) the realistic modeling of static load profiles for buck and boost converters behaving as constant power loads; (ii) the sliding mode control of the interconnected converters along with a complete dynamic analysis using bifurcations theory;(iii) validation of the analytical results by using several simulation and experimental scenarios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:02:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337506.pdf: 3947262 bytes, checksum: 6a4e85d118aae3d089e843d90d77950b (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta dissertação apresenta um estudo sobre conversores cc-cc não-isolados aplicados ao processamento de energia solar fotovoltaica e baseados no conversor Boost. Tais conversores possuem alto rendimento e elevado ganho estático em virtude da utilização de células de ganho, cujo conceito é definido neste trabalho. O princípio de funcionamento dos conversores, as principais formas de onda e os esforços nos componentes são analisados para o modo de condução contínua, independentemente da célula de ganho empregada. Uma metodologia para criação das células de ganho é desenvolvida, bem como uma breve extensão desse conceito. O estudo realizado é avaliado em dois protótipos: o primeiro é desenvolvido apenas para comparar os ganhos de tensão teórico e experimental de diferentes células de ganho; enquanto o segundo é construído a partir de um algoritmo de otimização desenvolvido para maximizar o rendimento de um conversor de 200 W, integrado a um módulo fotovoltaico. Ademais, uma nova e eficiente técnica de rastreamento de máxima potência é implementada em conjunto com o conversor otimizado.<br> / Abstract : This work presents a study on non-isolated dc-dc converters applied to photovoltaic solar energy processing based on the conventional Boost converter. Such converters demonstrate high efficiency and high step-up gain due to the usage of gain cells, whose concept is defined in this work. The operating principle, the key waveforms and the components stresses are analyzed for continuous conduction mode independently of the employed gain cell. A methodology to create the gain cells is developed, as well as a brief extension of this concept. The conducted study is evaluated in two prototypes: the first is just developed for the comparison of theoretical and experimental voltage static gain of different gain cells; while the second is dimensioned by an optimization algorithm developed to maximize the efficiency of a 200 W photovoltaic module integrated converter. Moreover, a new and efficient maximum power tracking method is implemented together with the optimized converter.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:25:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318434.pdf: 8093429 bytes, checksum: 1377aa3379f8fcdbb5f97b6a94285ad4 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta o estudo de um conversor CC-CC isolado com alta tensão de saída, utilizado para alimentar uma válvula do tipo TWT. Dentre outras aplicações, a TWT é utilizada em equipamentos de telecomunicações e radares. Uma característica da válvula TWT é que a mesma possui coletores com múltiplos estágios, sendo necessária uma tensão de alimentação para cada estágio, todas na ordem dos kilovolts. Um transformador com alta relação de ganho e com alta tensão de saída necessita de maior quantidade de espiras em seu(s) secundário(s) e com maior isolação entre espiras e entre camadas. Estes dois fatores contribuem para que os parâmetros intrínsecos do mesmo (capacitância intrínseca e indutância de dispersão) sejam muito maiores do que em transformadores de baixos ganho e tensão. Desta forma, todas as topologias consagradas de conversores CC-CC isolados com alta tensão de saída absorvem os parâmetros do transformador em seu funcionamento. A topologia adotada neste trabalho é a Paralelo Ressonante com Saída em Tensão (CPRST), que é baseada na estrutura Full-Bridge. Esta estrutura apresenta excelente rendimento por causa da comutação do tipo ZVS. Esta topologia foi estudada com detalhes para valores de ganho menores do que um de seu circuito equivalente, sendo mapeados dois modos de condução para a utilização com modulação Phase-Shift. As equações que descrevem os modos foram obtidas e parametrizadas. Foi feita a modelagem orientada ao controle do CPRST com modulação Phase-Shift e também projetado o controlador. Foi construído um protótipo com múltiplas saídas no transformador, que se destinou a alimentar uma válvula do tipo TWT, com potência total de 2.100W e tensões de alimentação 1,3 kV, 4,56 kV e 6,08 kV nos múltiplos estágios e 9,53 kV no catodo. <br>

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013Bitstream added on 2014-09-24T20:20:28Z : No. of bitstreams: 1 319255.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Esta tese apresenta uma nova topologia para os conversores CC-CA, que possibilita obter uma tensão alternada instantânea na saída maior que a tensão de barramento sem utilizar estágios intermediários de potência ou transformador. Esta característica se deve ao emprego de uma célula de comutação incluindo dois interruptores, dois diodos, um indutor e um capacitor em cada braço do inversor. Para comprovar a análise estática e dinâmica realizada foi dimensionado, construído e testado um protótipo para uma potência de 1kW, com 96Vcc para a tensão de entrada, 110Vrms para tensão de saída, fundamental de saída 60Hz e de comutação de 20kHz. <br> / Abstract: This thesis proposes a new DC-AC converter featured for producing an instantaneous output voltage larger or smaller than bus voltage without using intermediate power stage or transformer. This featured is provided by using one switching cell including two switches, two diodes, one inductor and one capacitor on each inverter leg. To validate the static and dynamic analysis performed was design, built and tested a prototype to an output power of 1kW, 96Vdc input DC voltage, 110Vrms output voltage, fundamental output frequency 60Hz and switching frequency of 20kHz