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.

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.

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.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:39:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258873.pdf: 4274234 bytes, checksum: fa9a26f608112a9b0462465bd1823cc9 (MD5) / O presente trabalho versa sobre conversores estáticos baseados em uma célula de comutação de quatro estados. Esta célula é formada por três interruptores, três diodos e um transformador trifásico conectado em . O comando dos interruptores é defasado em 120 , fazendo com que os conversores baseados nesta célula tenham três regiões de operação dadas em função da razão cíclica. A partir da célula de comutação proposta foram gerados os seis conversores CC-CC básicos e conversores CC-CA meia-ponte e ponte completa. Os conversores CC-CC buck, boost e buck-boost foram analisados em todas as regiões de operação, tanto no modo de condução contínuo, quanto no descontínuo. Para estas situações, foram mostradas as etapas de operação, as principais formas de onda, o ganho estático, a característica de saída, as ondulações e os filtros de entrada e saída, e ainda resultados experimentais e/ou de simulação. Foram estudados conversores CC-CA meia-ponte baseados nas células de comutação de três e quatro estados. Para os dois casos, realizou-se a análise teórica para o modo de condução contínuo, o estudo da modulação PWM senoidal e do filtro empregado, bem como se implementou as estruturas. O conversor CC-CA meia-ponte apresenta tensão de saída de três níveis quando se utiliza a célula de três estados e, de quatro níveis quando se utiliza a célula de quatro estados. Como características gerais dos conversores baseados na célula de comutação de quatro estados pode-se destacar que a freqüência nos elementos dos filtros é três vezes maior que a freqüência de comutação, e que a tensão e/ou a corrente sobre estes elementos é um terço da que estariam submetidos nos conversores clássicos. Desse modo, ao utilizar a célula de comutação de quatro estados obtém-se uma significativa redução dos filtros, reduzindo peso e volume, além de possibilitar a melhora da resposta dinâmica.

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.