Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295250.pdf: 4524611 bytes, checksum: 9bce1ab46936cf94dd570d00b4e46b6e (MD5) / Este trabalho apresenta dois novos conversores empregando a célula de acoplamento indutivo de 4 estados. Inicialmente apresenta-se uma revisão bibliográfica onde são trazidas as publicações mais relevantes na área de estudo. Na seqüência apresentam-se a motivação para o trabalho e a contribuição desta Tese. O trabalho conta com um estudo detalhado do indutor trifásico acoplado, que é parte integrante da célula de acoplamento indutivo. Também descreve o comportamento do indutor, quando submetido às tensões com componentes de seqüência zero e seqüência positiva. A célula de acoplamento indutivo de 4 estados é aplicada a dois conversores clássicos, gerando dois novos conversores: o conversor VSI em ponte completa empregando a célula de acoplamento indutivo e o conversor NPC de 3 níveis com célula de acoplamento indutivo. As análises compreendem o estudo do modulador, principais formas de onda, distorção harmônica da tensão na carga, interpretação vetorial da tensão na carga e resultados experimentais.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:12:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292267.pdf: 14210369 bytes, checksum: 24c45fe9f804e127c5cb33e991f68963 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de conversores ca-cc monofásicos isolados com elevado fator de potência e alto rendimento, baseado em estruturas de estágio único e, visando baixo custo. As estruturas apresentadas fazem uso da técnica de interleaving para a corrente de entrada e apresentam comutação suave do tipo ZVS (do inglês Zero Voltage Switching) dentro de determinadas faixas de operação. São destinadas para aplicação em fontes chaveadas de baixa potência (abaixo de 600 W) e, contribuem como novas soluções para a faixa de potência em que os filtros passivos não são viáveis e as técnicas de dois estágios possuem custo elevado. É apresentada uma breve revisão bibliográfica, contendo algumas das estruturas de conversores ca-cc de estágio único com CFP (Correção do Fator de Potência). Em seguida, são apresentadas as estruturas propostas, as quais foram analisadas matematicamente e avaliadas em simulações numérico computacionais. Foram propostas metodologias de projeto para cada estrutura estudada, bem como sugeridas diferentes estratégias de acionamento dos interruptores. Para duas estruturas foram montados protótipos para a verificação dos resultados obtidos teoricamente e através das simulações. Os resultados experimentais ratificaram os resultados teóricos obtidos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T15:14:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 243188.pdf: 2050467 bytes, checksum: 5efe86fc3caf35740fa402fcb4850ce9 (MD5) / Este trabalho visa a análise e a implementação prática de um conversor CC-CC elevador de tensão, baseado na topologia do inversor Z-Source, e o estudo de seu comportamento, ao ser alimentado por uma Célula a Combustível. Primeiramente, foram abordados os conceitos e os princípios de funcionamento das Células a Combustível, juntamente com suas características elétricas, estáticas e dinâmicas, de forma a auxiliar na compreensão de seu funcionamento. Em seguida, procedeu-se à compreensão da topologia do conversor CC-CC; suas etapas de operação, equacionamentos, características externas e dimensionamento dos elementos passivos e esforços nos componentes. A modelagem dinâmica foi realizada, tendo sido proposta uma estrutura de controle em malha fechada. O projeto e o controle do conversor incluíram o dimensionamento dos elementos e a realização dos cálculos do filtro para a Célula a Combustível. Por fim, são apresentados os resultados de simulação do sistema completo e em seguida os resultados dos ensaios de laboratório obtidos com a implementação prática do protótipo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:02:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258003.pdf: 3936337 bytes, checksum: c3a117ec3b94d8242145c16d1006ca3f (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e a implementação de um sistema para o controle da cor e da intensidade luminosa utilizando LEDs de potência, buscando aproveitar as principais características destes dispositivos. São propostos conversores buck operando como fontes de corrente controladas para a alimentação de três conjuntos de LEDs, nas cores vermelho, verde e azul. Um conversor CC-CC do tipo meia-ponte com comando assimétrico também é proposto com estágio intermediário entre um retificador e os drivers. É realizada tanto a análise estática quanto a dinâmica das diversas estruturas de potência, possibilitando o desenvolvimento de uma metodologia de projeto para as mesmas. A comutação do conversor CC-CC é estudada a fim de garantir a operação do conversor com comutação suave para qualquer ajuste de cor ou de intensidade luminosa. Também são apresentados os diversos circuitos auxiliares que compõem o sistema, incluindo uma interface que possibilite o controle do usuário.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:27:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259290.pdf: 8710894 bytes, checksum: 8d35c233b477f5d604b42e7982502da9 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de dois retificadores abaixadores, um monofásico e sua versão trifásica, além de elaborar o projeto e construção do retificador trifásico proposto por Colling e Barbi. As principais características destes retificadores são: empregar células de comutação tradicionais, permitir a transferência de energia em forma bidirecional, por meio da inversão dos sinais de referência, obter uma tensão de saída menor, igual ou maior que sua tensão de entrada e conseguir uma baixa THD e um elevado fator de potência para a corrente alternada na entrada. Os conversores são analizados como conexões de subconversores independentes, controlados por regime de deslizamento com esquema de comutação descentralizado. Este controle permite obter um sistema mais robusto e de fácil implementação. Na parte inicial do trabalho, faz-se uma revisão das topologias propostas, que operam com carga ligada em forma diferencial, elaboradas no Instituto de Eletrônica de Potência da UFSC. Posteriormente, apresenta-se a análise matemática, resultados de simulações numéricas dos diversos retificadores propostos e os resultados de ensaios dos retificadores, monofásico e trifásico implementados neste trabalho. This work presents the study of two step-down rectifiers, a single-phase and its three-phase version, in addition to develop the design and implementation of the three-phase rectifier proposed by Colling and Barbi. The main characteristics of these rectifiers are: to use of conventional switching cells, to allow the bidirectional energy transfer, through the inversion of the reference signal, to obtain an output voltage lower, equal or larger than the peak value of the input voltage and to achieve a reduction of input current THD and a high power factor. The converters are analyzed as a connection of independent subconverters, controlled by sliding mode with decentralized switching scheme. This control, allows to obtain a robust system and a straightforward implementation. Initially a revision of the proposed topologies that operate with differential load connected is done in the research of the Power Electronics Institute of the UFSC. Subsequently, mathematical analyses are shown, resulted from numerical simulations of the different proposed rectifiers and the experimental results of the rectifiers tests, for both, single-phase and three-phase versions implemented in this work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:46:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 265533.pdf: 19206594 bytes, checksum: 8b8c2e889fd616967715aa909d4cb76e (MD5) / A presente pesquisa tem como principais objetivos o estudo e a análise da estrutura eólica de pequeno porte para geração de energia elétrica a fim de se obter um modelo de simulação que possibilite o projeto e dimensionamento de conversores capazes de rastrear a máxima potência e otimizar o sistema. Primeiramente, faz-se uma introdução dos principais conceitos da energia eólica e, em seguida, com o foco nos sistemas eólicos de pequeno porte, realizam-se o equacionamento e a construção do modelo para turbinas de três pás com gerador síncrono a ímã permanente de fluxo axial para carregamento de um banco de baterias. Uma vez concebido o modelo, simula-se o mesmo e com base nos resultados aplica-se um método de rastreamento de máxima potência, que então fará parte do estágio de controle dos conversores de potência aplicados ao sistema. Três conversores básicos são abordados, Boost, SEPIC e Buck, sendo que, para o último, um projeto e implementação prática é realizado para comprovação e conclusões acerca dos modelos e teorias propostas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:08:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317920.pdf: 14601002 bytes, checksum: a6c488db2ab895334dcf2ebab5f36e9e (MD5) Previous issue date: 2013 / Uma das principais linhas de pesquisa em eletrônica de potência nas últimas duas décadas foi o desenvolvimento de conversores em alta frequência sem o uso de indutores e transformadores. Peso e volume reduzido, alta densidade de potência e baixa emissão de ruídos eletromagnéticos são resultados do uso apenas de interruptores e capacitores no estágio de potência destes conversores. Nesta dissertação de mestrado realiza-se o estudo teórico e prático de um conversor a capacitor chaveado CC-CC abaixador com 4 estágios, 48 V de tensão de entrada, 12 V de tensão de saída, 100 W de potência de saída apenas utilizando interruptores e capacitores. A partir deste primeiro estudo propõe-se uma nova topologia, um conversor a capacitor CA-CA abaixador com ganho estático ideal igual a ½. Um conversor de 220 V de tensão eficaz de entrada, 110 V de tensão eficaz de saída, 600 W de potência de saída com rendimento máximo de 95,6% é apresentado neste trabalho, constituindo um potencial candidato à substituição dos autotransformadores convencionais (sem controle da tensão de saída) em baixa potência (menos de 1 kW) em aplicações comerciais e residenciais.<br> / Abstract: One of the main line of research in Power Electronics in the last two decades has been the development of high frequency converters without inductors and transformers.Light weight, small size, high power density and low electromagnetic noise are the results of using only switches and capacitors in the power stage of these converters.This masters dissertation presents a theoretical and experimental study of a switched-capacitor step-down converter, 48 V input voltage, 12 V output voltage, 100 W output power using onlys witches and capacitors.From this first study, an AC-AC step-down converter based on the switched-capacitor principle is proposed. A 220 V high-side r.m.s. voltage, 110 V low-side r.m.s. voltage, 600 W output power converter with maximum efficiency is 95,6% is presented on this work, intending to be a potential candidate for replacing the conventional autotransformers (without control of output voltage) inlow power (less than 1 kW) for commercial and residential applications.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:17:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 321636.pdf: 31550860 bytes, checksum: c47058e82c23acbd72d0dec1e4b1ce26 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nesta tese apresentam-se os procedimentos envolvidos na implementação prática de uma microrrede composta por um arranjo fotovoltaico de 1 kW,um aerogerador de 1 kW, uma célula a combustível de 1,2 kW e um banco de supercapacitores de 31,5 F/ 250V. O sistema, concebido de maneira apermitir o suprimento ininterrupto de energia a uma carga crítica cc, é capazde operar em dois modos distintos: interligado à rede ou isolado. Quandooperando no modo interligado, a rede elétrica da concessionária se fazpresente, absorvendo a energia excedente nos momentos em que a geraçãorenovável superar a demanda, ou complementando-a, caso contrário.Ressalta-se que neste modo de operação a célula a combustível, por ser afonte cujo custo de despacho é o mais elevado (cenário brasileiro), jamais éacionada. Em contrapartida, no modo isolado, devido à ausência da rede, aoperação do sistema fica condicionada à potência das fontes renováveis,sendo a célula a combustível acionada apenas em casos críticos, de forma aassegurar a continuidade de energia à carga e a autonomia do sistema,definida, por sua vez, pelo montante de hidrogênio estocado. Além daanálise dos resultados inerentes a oito distintos cenários, oriundos dasvariadas combinações de geração e demanda, o trabalho apresentametodologias de escolha, projeto e dimensionamento e controle dosconversores estáticos que compõem cada um dos estágios de processamentode energia, aprofunda a discussão a respeito da geração descentralizada,propõe uma estratégia de controle do fluxo de potência entre as fontesrenováveis, a rede elétrica e a carga crítica e aborda os efeitos relacionadosao emprego de bancos de supercapacitores na estabilidade de sistemascompostos por múltiplas fontes. Por fim, resultados de simulação eexperimentação são apresentados como forma de validar os conceitos. <br> / This work presents the procedures related to the practical implementation of a microgrid composed of 1 kW photovoltaic array, a 1 kW wind generator, a 1.2 kW fuel cell and a supercapacitor bank of 31,5 F/ 250V. The system, designed for allowing the uninterrupted maintenance of critical dc load, is able to operate in two distinct modes: grid-connected or stand alone. When in grid-connected mode, the main grid absorbs the extra generated power or complementing it, depending on the load requirements. In this mode, the fuel cell is never active due its high cost (Brazilian scenario). On the other hand, in standalone mode, the load demand is exclusively supplied by the renewable energy sources. However, the fuel cell is started only if there is not enough power provided by the photovoltaic array and wind turbine generator. Thus, the system autonomy is limited to the amount of stored hydrogen. Besides the analysis concerning the results from eight distinct scenarios, obtained by the combination of power generation and load demand, this work presents the methodologies related to the choice, design, size, and control of the employed power converters, discusses about the concept of decentralized generation, proposes a strategy to control the power flow among the renewable energy source, the main grid and the critical load and describes the effects of supercapacitor banks employment on the microgrid stability. Finally, results from simulation and experimentation are used in order to validate the concepts.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:38:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318751.pdf: 7406463 bytes, checksum: 49c6f8f030e730434043622025a67275 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta uma nova topologia de conversor cc-cc Buck+Boost bidirecional multinível, adequado para aplicação em alta tensão. Esta topologia é gerada a partir da associação de um conversor Buck e um conversor Boost, ambos bidirecionais e multiníveis. As topologias multinível são obtidas a partir da generalização dos conversores Buck e Boost de três níveis. As principais características do conversor Buck+Boost proposto são: redução dos esforços de tensão nos semicondutores e capacitores,- tornando-o possível para aplicação em alta tensão; capacidade de processamento de fluxo bidirecional de energia; frequência de operação dos magnéticos múltipla da freqüência de comutação dos interruptores. Além disso, o conversor Buck+Boost proposto apresenta oito capacitores, cujas tensões devem ser balanceadas para a correta operação do conversor. Portanto, uma estratégia de balanço das tensões nos capacitores da topologia é apresentada e uma técnica de controle utilizando uma ação de feedforward é proposta. Para validar a análise teórica, um protótipo com especificação de 10 kW de potência de saída, tensão de entrada de 1 kV e de saída de 750 V foi construído e avaliado experimentalmente. Os resultados experimentais comprovaram as vantagens do conversor cc-cc proposto e da técnica de controle proposta para balanço das tensões nos capacitores <br> / Abstract: This work presents a novel topology of a Buck+Boost bidirectional multilevel dc-dc converter suitable for high voltage applications. The proposed topology is constructed by cascading a Buck-type and a Boost-type converter, both bidirectional and multilevel. The multilevel topologies are derived from standard three level topologies. The main features of the proposed Buck+Boost converter are: reduced voltage stress across the semiconductors, allowing its use in high voltage; bidirectional power flow; frequency operation of the inductor is a multiple of the switching frequency. Moreover, the proposed Buck+Boost topology presents eight capacitors, which their voltage must be controlled for proper operation of the converter. Therefore, a strategy to balance the voltages across these capacitors is presented and a complete feedback control technique with an inductor current feedforward action is proposed. In order to validate the theoretical analysis, a prototype with 10 kW output power capability, 1 kV to 750 V input-to-output voltage was constructed and experimented. The results attest the advantages of the new dc-dc topologies and developed feeback control.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T12:48:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Este trabalho tem por objetivo a conversão cc/cc em altas densidades de potências e altas potências. Inicialmente, são revisados alguns trabalhos, demonstrando que a topologia trifásica é uma estrutura promissora para atingir o desempenho almejado, já que permite o uso de um núcleo trifásico, além de multiplicar a freqüência de projeto do filtro de saída por um fator de três a seis. Considerando-se que a comutação dissipativa ainda é um sério aspecto limitador ao uso desta estrutura, propõe-se o uso do comando assimétrico no comando dos interruptores do circuito inversor. Deste modo, obtém-se a comutação sob tensão nula em todos os interruptores do circuito inversor, utilizando-se apenas três indutores ressonantes e seis capacitores. Apresenta-se o estudo completo das etapas de operação desta topologia, bem como de sua comutação, realizando-se também a análise dinâmica e a elaboração de um procedimento de projeto. De posse do estudo teórico realizado, foi desenvolvido um protótipo de 6kW, a partir do qual foram obtidos os resultados experimentais. Visando-se a redução das perdas por condução no estágio retificador, propõe-se o uso de uma versão trifásica do retificador Hybridge. Empregando-se a mesma metodologia utilizada na topologia anterior, obteve-se um acréscimo de dois pontos percentuais no rendimento da estrutura, às custas do aumento no volume total do indutor do filtro de saída.