Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:40:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228501.pdf: 10061820 bytes, checksum: 84942b4ab5dcdfcb567c27ff9d1d6463 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo na área de eletrônica de potência aplicada à tecnologia de células a combustível tipo PEM. Mostra-se em detalhe as características elétricas das CaCs, incluindo-se o estudo da modelização, apresentando-se um modelo para simulação numérica, estática e dinâmica, com foco nas grandezas elétricas das CaCs. Apresenta-se uma revisão das arquiteturas utilizadas até o momento para realizar a conversão de energia de CaCs, e identifica-se as características que as arquiteturas de eletrônica de potência devem possuir. Como principais contribuições do trabalho, mostra-se um estudo da propagação de energia reativa por um determinado sistema de processamento de energia baseado em CaCs, provendo o leitor de ferramentas analíticas que permitem dimensionar os filtros dos conversores, bem como auxiliam na escolha da estratégia de controle com vistas ao bloqueio ou filtragem desta energia reativa, a qual é proveniente da pulsação de potencia gerada por inversores monofásicos. Contribui-se também com a análise e implementação de um filtro ativo para sistemas de tensão contínua, mostrando-se sua viabilidade para aplicações em CaCs. Um sistema ininterrupto de energia baseado em múltiplas fontes de energia, neste caso CaCs, é utilizado como exemplo de aplicação e projetado considerando-se as características inatas das CaCs. Destaca-se também as dificuldades encontradas na escolha da arquitetura e das topologias, incluindo estratégias de controle. No último capítulo apresenta-se um novo conversor elevador, quadrático e de três níveis, o qual é interessante para utilização na área de CaCs pois possui ganho elevado e entrada em corrente.

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. / 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, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T08:07:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 290278.pdf: 5913706 bytes, checksum: fe1730ec0f3ab7cf9bc39f3dd2699a40 (MD5) / Redes ativas de distribuição aparecem como uma solução para os desafios de distribuição de energia. Neste contexto, sistemas em corrente contínua apresentam potencial para reduzir as perdas e os custos de equipamentos eletrônicos. A eletrônica de potência é o principal facilitador para esta iniciativa e pesquisas estão em andamento, a fim de encontrar soluções e avaliar os requisitos e benefícios para os conversores de potência aplicados à sistemas de corrente contínua. Há evidências de que redes em CC bipolares são vantajosas, devido à maior confiabilidade e aumento da capacidade de transmissão de potência. Nestas redes, as correntes são tipicamente desbalanceadas e, portanto, as perdas dos alimentadores e retificador aumentam. Outro desafio em redes ativas de distribuição em CC é a estabilidade global do sistema, devido à presença de fontes de geração de energia distribuídas e cargas eletrônicas. Este trabalho propõe um conversor de potência e seus princípios de controle, que é capaz de balancear as correntes em uma rede CC bipolar e melhorar sua estabilidade. Seus princípios de funcionamento, a modelagem orientada ao controle e implementação em laboratório são apresentados e verificados experimentalmente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:11:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317559.pdf: 1694956 bytes, checksum: 31daaf653c032bc55b7d4c0f24acaf29 (MD5) Previous issue date: 2012 / RESUMO: Esta pesquisa aborda a conformidade entre medidas de campos eletromagnéticos radiados e os dados oriundos de simulação de um software comercial para uma fonte chaveada desenvolvida especialmente para este trabalho. Um conversor estático abaixador tipo buck foi desenvolvido e analisado a fim de ser testado conforme as normas vigentes de compatibilidade eletromagnética. Características não ideais do mesmo foram investigadas a fim de prover uma melhor base de informações e, por conseguinte, melhores resultados de simulação. Por fim, estes foram comparados com os valores medidos experimentalmente, possibilitando uma avaliação dos softwares utilizados. Os resultados obtidos foram satisfatórios com um erro médio de ±7% no espectro de frequência medido.<br> / ABSTRACT: This research aims to evaluate the conformity between measurements of electromagnetic radiated fields and data arising from simulation of a commercial software for a switching power supply designed specifically for this study. A static control power buck converter was developed and analyzed in order to be tested according to current regulations on electromagnetic compatibility. Non ideal characteristics thereof were investigated in order to provide a better basis of information and therefore better simulation results. Finally, they were compared with those measured experimentally providing an assessment of the software used. The results were satisfactory with an average error of ± 7% in the measured frequency spectrum.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:57:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319061.pdf: 71734169 bytes, checksum: cf544285594f4cd08aaf1fe051ad9970 (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho apresenta-se um estudo sobre inversores trifásicos multiníveis em corrente, para o acionamento de motores elétricos. Visando à aplicação em sistemas elétricos de propulsão, alimentados com baterias de baixa tensão, é avaliada uma estrutura de inversor cinco níveis em corrente (5L-CSI). São discutidos métodos de modulação PWM para esta estrutura, bem como a proposição de uma técnica de modulação no espaço vetorial que otimiza aspectos como: redução de níveis de ondulação de tensão nos componentes passivos; equilíbrio na distribuição de perdas nos dispositivos semicondutores; balanço das condições de operação nos componentes magnéticos e redução do volume destes. A implementação do algoritmo de modulação e a obtenção de resultados experimentais são realizadas em um protótipo do 5L-CSI de 2,2 kW. É analisada a modelagem de um conversor eletrônico, composto por um estágio de entrada CC-CC e pelo 5L-CSI, com o intuito de efetuar o controle de um motor síncrono a imãs permanentes. Para verificar a viabilidade do uso do 5L-CSI, em um sistema de propulsão para pequenas embarcações, é apresentado um procedimento para o cálculo das perdas elétricas, visando estimar o rendimento de um sistema de acionamento de 12 kW. <br> / Abstract : This work presents a study on three-phase multilevel current source inverters, to drive electric motors. A five-level current source inverter structure (5L-CSI) is evaluated, aiming to apply it on electric propulsion systems with low voltage batteries. PWM modulation strategies are discussed for this structure, and also, a space vector modulation (SVM) technique is proposed. The proposed SVM optimizes: voltage ripple level on passive components; semiconductor losses distribution and volume reduction of magnetic components. The modulation algorithm implementation is carried out in a 2.2 kW 5L-CSI prototype, providing experimental results. The electronic converter, composed of a dc-dc input stage and a 5L-CSI is mathematically modeled, in order to control a permanent magnet synchronous machine. To verify the 5L-CSI feasibility on small boat propulsion systems, a procedure to calculate the electrical losses is presented, providing the efficiency estimation of a 12 kW drive system.

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 2012-10-18T06:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:52:46Z : No. of bitstreams: 1 181543.pdf: 9372777 bytes, checksum: dd24e432f5c035c247febb09daf1ac52 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e do reduzido "kVA" processado pelo autotransformador. Uma atenção especial é dada às conexões Y-diferenciais de 12 e de 18 pulsos que são generalizadas através de uma expressão algébrica única que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Y-diferencial de 18 pulsos é escolhida para estudo detalhado da distorção harmônica de corrente na rede de alimentação, além do projeto e da implementação de um protótipo de 12kW. Com o protótipo do estágio CA-CC em operação, diversas técnicas de conversores CC-CC são analisadas para promover a regulação da tensão de saída e a conexão de carga única para as três saídas retificadas. Uma topologia não isolada, composta de três conversores boost e com circuitos reguladores de corrente, é projetada e experimentada para a mesma potência de 12kW. Finalmente, para obter o isolamento em alta freqüência, muitas topologias CC-CC, adicionais ou em substituição aos conversores boost implementados, são analisadas. A topologia composta de três conversores full-bridge alimentados em tensão é então projetada e implementada para garantir o isolamento elétrico entre a carga e a rede de alimentação. Além disso, a conexão série dos enrolamentos secundários dos transformadores garantiu o equilíbrio das correntes retificadas, sem a necessidade dos reguladores eletrônicos utilizados no conversor anterior.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-18T10:18:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:31:50Z : No. of bitstreams: 1 183139.pdf: 8430043 bytes, checksum: 0c4f7b0f73637df602f2706f8f4be490 (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova topologia para um conversor trifásico P. W .M. unidirecional, com fator de potência unitário, voltado para aplicações regidas por nornas rígidas, como fontes de alimentação para centrais de telecomunicações. Inicialmente, apresenta-se a concepção do conversor, em seguida efetua-se uma análise detalhada e um equacionamento completo do conversor, de forma que se possa dimensionar todos os componentes do circuito de potência. Apresenta-se ainda a obtenção de um modelo de pequenos sinais para o conversor. Na seqüência, apresentam-se o procedimento de projeto, resultados de simulação e resultados experimentais. Por fim, desenvolve-se uma técnica de análise, modelagem e controle de conversores CA-CC trifásicos, utilizando a transformação de Park. baseada num conversor CA-CC trifásico bidirecional. Mostra-se então sua aplicação para o conversar unidirecional proposto e para um retificador trifásico três níveis, sendo apresentada ainda para este uma técnica para controlar o desbalanço de tensão nos capacitores de saída.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T13:47:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:35:08Z : No. of bitstreams: 1 183180.pdf: 2695632 bytes, checksum: 2c4a006e4919a0dabac1d93a2ece8112 (MD5) / Este trabalho tem por objetivo fazer uma análise da integração das funções de isolamento, adaptação de tensão e de filtragem de corrente (minimização de ondulação de corrente), com o acoplamento magnético do transformador e do indutor do filtro de saída em um único núcleo magnético. O conversor escolhido para análise é o conversor forward de saída simples por representar uma topologia consolidada e de grande aplicação em fontes de baixa potência, entre 100 e 300 watts. Primeiramente, faz-se uma análise do comportamento magnético do elemento integrado, onde se discute as relações de fluxo. Posteriormente, desenvolve-se uma metodologia de projeto do componente magnético integrado aplicada ao conversor forward, a qual é então aplicada, originando um protótipo, obtendo-se resultados experimentais e validando-se os estudos analíticos. A partir dos resultados alcançados, verifica-se a redução de peso e volume esperados e indica-se a possibilidade de aplicabilidade imediata em nível industrial desta técnica. Através da análise e dos resultados é possível deduzir-se, ainda, a redução no custo final do conversor.