Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-19T08:55:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T23:12:17Z : No. of bitstreams: 1 181714.pdf: 7703652 bytes, checksum: 38a3757efe92211f4160bf2f7e8f3281 (MD5) / Duas alternativas para a implementação de conversores CC-CC isolados, operando com elevada tensão de saída e baixa tensão de entrada, com valor variável, são apresentadas neste trabalho. As topologias propostas são adequadas para a implementação do estágio final de amplificação de microondas, utilizados nos satélites de comunicações, devido à reduzida massa e volume e ao elevado rendimento apresentado na operação com elevada tensão de saída. Os conversores estudados apresentam diferentes princípios de funcionamento e os principais aspectos operacionais de cada topologia são analisados. A primeira topologia proposta é uma estrutura composta por dois estágios conectados em série, formada por um regulador e por um conversor CC-CC isolado ZVS/ZCS. A segunda topologia estudada é composta por um conversor de estágio único que mantém elevado rendimento mesmo para uma grande variação da tensão de entrada. Os resultados experimentais apresentados são obtidos a partir de dois protótipos implementados, seguindo os procedimentos de projeto desenvolvidos, comprovando experimentalmente as características e a análise teórica das estruturas propostas. Os protótipos são desenvolvidos para uma aplicação com 150W de potência de saída, tensão total de saída de 3,2kV e uma tensão de entrada variando desde 26V até 44V. O rendimento mínimo obtido, para ambos conversores operando com potência nominal, é igual a 93,4% para a estrutura de dois estágios e igual a 94,1% para o conversor de estágio único.

Orientador: Vicente Lopes Junior / Co-orientador: Samuel da Silva / Banca: Joao Antonio Pereira / Banca: Milton Dias Junior / Resumo: Afim de suprir a necessidade por fontes alternativas de energia para a alimentação de sistemas microeletrônicos autônomos, os estudos têm se voltado para a utilização de materiais piezelétricos para a transformação de energia derivadas de vibrações mecânicas em energia elétrica. Como a potência fornecida pelas vigas com materiais piezelétricos é pequena e, geralmente, insuficientes para alimentar dispositivos eletrônico de forma autônoma, técnicas de extração, conversão e armazenamento de energia são utilizadas para otimizar a energia final acumulada. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo a otimização de um sistema extrator de energia através de vibrações utilizando material piezelétrico, maximizando a potência extraída e melhorando o rendimento do sistema. Para isto, foram analisadas condições de linearidade e não linearidade no sistema e os respectivos circuitos conversores foram projetados e testados experimentalmente. A melhor configuração eletromecânica para extração de energia, o sistema será utilizada para alimentar um sistema autônomo. Foram projetados dois sistemas de monitoramentos com consumo de energia diferentes, para avaliar as limitações e potencialidades da proposta de sistema para extração de fontes alternativas de energia elétrica / Abstract: In order to meet the need for alternative energy sources to power autonomous microelectronic systems, studies have focused on the use of piezoelectric materials to transform energy derived from mechanical vibrations into electrical energy. Once the power delivered by the cantilever beams with piezoelectric materials are insufficient to power electronic devices autonomously, extraction techniques, conversion and energy storage was used to optimize the final accumulated energy. Considering that, this work aims at the optimization of an extractor system energy through vibrations using piezoelectric material, maximizing the power extracted and improving system performance. To this end, conditions of linearity and non-linearity in the mechanical system, as well as designed and tested converter circuits were analyzed. The best setup for electromechanical energy extraction, was used to feed an autonomous system. Two different power consumption-monitoring systems were designed to assess the limitation and potentialities of the proposed alternative for energy harvesting / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:02:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:42:49Z : No. of bitstreams: 1 176083.pdf: 8925342 bytes, checksum: b9a56afcffcbe133a63cdcdfc03fdaaa (MD5) / Neste trabalho é estudada a associação em série e em paralelo de dois conversores forward para dividir esforços de tensão ou corrente nos interruptores de potência. Para minimizar os problemas de desequilíbrio estático e dinâmico de tensão ou de corrente nos interruptores, os conversores associados são acoplados magneticamente usando um transformador e um indutor de alta freqüência. Os conversores CC-CC estudados, compostos de dois conversores, apresentam características de comutação sob tensão nula (ZVS), modulação por largura de pulso (PWM), operação com freqüência constante e um único circuito de controle para ambos os conversores. Para cada conversor CC-CC são apresentados o princípio de operação, as principais formas de onda, a característica de saída, análises das comutações e uma metodologia de projeto. Para verificar os resultados teóricos e o equilíbrio de tensão ou de corrente nos interruptores, são mostrados resultados experimentais obtidos através de protótipos de 3kW. Para futuras pesquisas, são sugeridas novas topologias de conversores CC-CC associando-se dois conversores isolados clássicos com a finalidade de dividir esforços de tensão e/ou corrente nos interruptores.

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. / Made available in DSpace on 2012-10-16T00:49:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T15:46:53Z : No. of bitstreams: 1 82001.pdf: 9834792 bytes, checksum: 4e10202b991b1d1f506ce90c04353fd4 (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:21:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:58:21Z : No. of bitstreams: 1 150532.pdf: 4456797 bytes, checksum: ef087a96b2f1c734b21e325f2a7291c6 (MD5)

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:59:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:28:02Z : No. of bitstreams: 1 137845.pdf: 90886538 bytes, checksum: 3c7b604423d8b0330441c9b472da1baa (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298390.pdf: 10373042 bytes, checksum: 8f4333c73671d8af9ef6af3a043c1398 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade.O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade. / This work presents the proposal, analysis, development and implementation of novel three-phase voltage source multilevel inverter structures. The structures form hybrid inverters employing two different cascaded connected topologies used to synthesize a multilevel output voltage with low harmonic distortion. Specifically, the proposed converter is based on a series connection of a three-phase voltage source inverter with pairs of single-phase halfbridge converters. Thus, a modular converter structure is achieved and the topologies become easily expandable to a high number of levels. The half-bridge converters are connected in pairs to eliminate the dc level at the output voltage. The operation stages, the equations that describes the average and the RMS current values at the semiconductors and a theoretical analysis of the output voltage are presented in detail. An appropriated modulation strategy is also proposed in this work. The proposed modulation switches the three-phase voltage source inverter at the fundamental frequency, while the half-bridge converters are driven at high switching frequency. The modulation scheme features changes in the switching signals to achieve a unidirectional power flow in the input rectifiers. Detailed studies are done regarding conduction and switching losses, design of the retictifier#s dc-link capacitors and a comparison between the proposed converter and converters presented in the literature. A multipulse rectifier is also presented to feed the proposed inverter with low harmonics in the input current.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:28:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256744.pdf: 2755654 bytes, checksum: 54f64d85429558aa50145e2b66be9947 (MD5) / Este trabalho propõe uma metodologia experimental para a avaliação das perdas no ferro de motores alimentados com tensão do tipo PWM. Dentre a enorme variedade existente hoje em dia de tipos de máquinas elétricas e conversores estáticos de freqüência, este trabalho enfoca os motores de indução de gaiola trifásicos alimentados por conversores de freqüência PWM com tensão imposta. Resultados de ensaios em vazio realizados com motores de indução trifásicos de diferentes potências e construídos com diferentes qualidades de laminações são apresentados e discutidos. Os motores foram alimentados primeiramente com tensão senoidal e posteriormente com tensão PWM, variando-se a freqüência de operação em ambas as condições. O tratamento de dados para cada situação analisada seguiu basicamente o método IEEE-112 de separação de perdas em vazio, com algumas adaptações necessárias para que o método tradicional se adequasse às propostas deste estudo. Como resultado, as perdas no motor de indução, quando alimentado por dois tipos de fontes de tensão, senoidal e PWM, foram comparadas levando em conta também a variação de freqüência. This work proposes an experimental methodology for the evaluation of the iron losses in motors supplied with PWM voltage. Among the huge variety of modern electrical machines and PWM frequency converter types, this work focuses on three-phase cage induction motors fed by voltage source static frequency converters. Results of no-load tests accomplished with two groups of three motors are presented. Each group was formed by identical motors, except for the quality of their lamination steel. The motors have been separately fed by sinusoidal and PWM voltage supply, at varying operation frequencies. Adapting IEEE-112 method for each situation analysed, loss segregation have been carried out and the obtained results were compared. Thereby, the induction motor no-load losses could be verified taking into account both the nature of the voltage source, sinusoidal or PWM, and the operation frequency variation.

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.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T08:43:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236835.pdf: 3768516 bytes, checksum: 721dcc906ced1b6584290afc0331afc5 (MD5) / O trabalho descreve o estudo, projeto e implementação de um conversor CA-CC de estágio único com correção do fator de potência, baseado na estrutura charge-pump voltage source, destinado para aplicações com potências entre 100 e 600 W, podendo ser utilizado como fonte de alimentação em diversos equipamentos eletrônicos. Esta estrutura visa obter fator de potência unitário e rendimento elevado, mostrando-se como uma solução alternativa às estruturas de dois estágios, bastante conhecidas, porém com custo elevado para esta faixa de potência, e aos filtros passivos, volumosos e pesados. Para facilitar a análise, a estrutura foi dividida nos dois estágios que a compõe. Cada estágio foi estudado separadamente, sempre tomando os devidos cuidados com as implicações de se interligar os dois. Para cada estágio são apresentados: princípio de funcionamento e equacionamento. Apresenta-se a metodologia de projeto para o cálculo dos componentes conforme especificações. Simulações numéricas e implementação prática do protótipo em laboratório também são apresentadas e discutidas, a fim de validar os estudos realizados.