Orientador: Carlos Alberto Canesin / Co-orientador: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Ruben Barros Godoy / Resumo: Com a evolução da tecnologia das baterias, a indústria automobilística percebeu o potencial promissor dos veículos elétricos e vem investindo fortemente em carros de passeio, oferecendo o veículo híbrido (combustível líquido e eletricidade) como atrativo ao público mais conservador, além de trabalhar na evolução do sistema elétrico dos automotores. Com perspectivas de um futuro não muito distante no Brasil, este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de gerenciamento de energia entre um banco de baterias de íons de lítio e supercapacitores, englobando o processo de frenagem regenerativa. A topologia de condicionamento de energia empregada consiste na conexão em cascata de dois conversores CC-CC bidirecionais de energia elétrica, cuja função é o controle da transferência de potência entre os armazenadores de energia supracitados e a máquina de tração do veículo. A energia recuperada, através da operação da máquina de tração como gerador, é armazenada nos acumuladores de energia, sendo o fluxo de energia dependente do nível de carga de cada acumulador. Para o desenvolvimento da lógica de controle do sistema, as características de carga e capacidade de transferência de potência dos elementos acumuladores de energia elétrica é levada em consideração, uma vez que é empregado um sistema híbrido de armazenadores de energia (baterias/supercapacitores), aproveitando as vantagens de cada uma das tecnologias. Para a etapa de simulação e análise da lógica de controle e para o gerenciamento do sistema, a plataforma Matlab/Simulink ® foi escolhida em função da facilidade de prototipagem através da plataforma de implementação DSpace ® . Como resultado prático desse trabalho, um protótipo de baixa escala contemplando lógica programável de gerenciamento de energia foi desenvolvido, tendo como vantagem a flexibilidade de implementação de novas ... / Abstract: With the batteries' technology evolution, the automobile industries noted the vehicle's promising potential and comes strongly investing in passenger cars, offering the hybrid electric vehicles (liquid and electricity fuels), attracting the more conservative public, besides working on the evolution of automotive electrical systems. With prospects of a not too distant future in Brazil, this work is the development of energy management system between a battery and a supercapacitor packs, including regenerative breaking process. The electrical energy conditioning topology adopted is the cascaded configuration of two bidirectional DC- DC converters, which provide the energy power flow between energy storage components aforementioned and the vehicle traction machine. The regenerated energy, drawn from the traction machine in generator mode, is stored in the power conditioners, where the power flux depends on the charge condition of each one of the conditioners. For the control logic development, the storage system characteristics and the conditioners power transfer capacity are considered, once a hybrid energy storage system (batteries/supercapacitors) is used, taking into account the advantages of each technology. For simulation analysis and control logic management system, the Matlab/Simulink ® software was chosen because its integration to the DSpace ® platform and implementation easiness. The practical results involve a small-scale prototype, covering a programmable energy management logic, with the advantage of allowing the flexibility of new management roles implementation through programming functions / Mestre

Orientador: Falcondes José Mendes Seixas / Banca: Dilson Amancio Alves / Banca: Priscila da Silva Oliveira / Resumo: Com o passar dos anos houve a difusão de cargas não lineares no sistema elétrico, e o fator de potência, que antes sofria influência apenas do fator de deslocamento, passa também a ser influenciado pela DHT (Distorção Harmônica Total) do sistema. As componentes harmônicas têm significativo impacto na qualidade de energia do sistema elétrico como um todo, resultando dentre outros problemas, ao acréscimo das perdas no sistema elétrico, dificuldades na medição e diminuição da vida útil de capacitores. Com intuito de mitigar esses impactos no sistema, diversas são as soluções aplicáveis, sendo uma dentre elas, o emprego do conversor de 12 pulsos. Este trabalho tem como objetivo a análise experimental do conversor 12 pulsos que faz uso de um transformador com culatra intermediária. Deseja averiguar como se porta o transformador que emprega a culatra intermediária, e é desenvolvido o equacionamento para mensurar a magnitude e fase do fluxo que atravessa a mesma. Neste trabalho serão analisados os impactos provenientes da retirada do transformador de interfase do circuito. Será feita a comparação experimental dos casos de operação (com e sem IPT) verificando quais as vantagens de se operar em cada uma destas condições. Os resultados obtidos experimentalmente serão comparados à norma IEC 61000-3-2 / Abstract: Over the years there was a diffusion of nonlinear loads in power system, and the power factor, which previously suffered only influence by the displacement factor, now is decreased by the THD (Total Harmonic Distortion) of the system. Harmonic components have significant impact on the power electrical quality of the system as a whole, resulting among other problems, such as the addition of losses in the electric system, difficulties in the measurement and reduction of the useful life of capacitors. In order to reduce these impacts in the system, there are several applicable solutions, one among them, the use of 12-pulse converter. This paper aims to analyze the experimental pulse converter 12 which makes use of a transformer with intermediary yoke. A modeling of the flux in the core was made to know how its behavior in the intermediary yoke. It will be analyzed the impacts of interphase transformer removal. Comparison will be made on an experimental operation of both cases (with and without IPT) verifying the advantages of operating at each of these conditions. The experimental results are compared with standard IEC 61000-3-2 / Mestre

Orientador: José Alfredo Covolan Ulson / Coorientador: Paulo Sérgio da Silva / Coorientador: Rui Manoel Esteves Araújo / Banca: Rogério Andrade Flauzino / Banca: Rodrigo Augusto Modesto / Banca: Paulo José Amaral Serni / Banca: Fernando de Souza Campos / Resumo: Neste trabalho, é realizado o estudo da aplicação da inversão de sistemas dinâmicos para diagnóstico de falhas nos IGBTs dos conversores de potência de dois nı́veis CA-CC-CA bi-direcionais (back-to-back) aplicados na geração de energia elétrica com fonte eólica por meio de geradores de indução duplamente alimentados. Inicialmente à falha detectada, pode-se avançar para o diagnóstico do IGBT que apresenta a mesma; para tal propósito, utiliza-se o método do produto interno L 2 . Desta forma, com a detecção da falha e o di- agnóstico do componente, esta tese aborda um modo de tornar o conversor aqui estudado tolerante às falhas oriundas nos IGBTs. Com isso, adiciona a redundância fı́sica com a adição de um braço extra que permanece ocioso na ausência de falha e, caso contrário, assume o lugar do braço que apresenta a falha. O principal objetivo é demonstrar que a inversão dinâmica de sistemas pode ser utilizada como uma ferramenta de redundância analı́tica baseada em modelo; método que reduz custos por estimar sinais sem a neces- sidade de utilizar sensores, ou até mesmo utilizar o método para redundância do sensor. Para validar as ferramentas matemáticas aplicadas por esta tese, um conversor boost foi ensaiado em bancada de teste e sua inversa dinâmica foi discretizada, onde constatou sua funcionalidade em sistema embarcado utilizando um (DSP). Simulações no ambi- ente Matlab/Simulink/SymPowerSystems foram realizadas em pequena escala (gerador de 1,1kVA). Durante as simulações ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis, the study of the application of the inversion of dynamic systems to diagnose failures in the IGBTs of two-level converter back-to-back applied in the generation of electric energy with a wind power source through double-fed induction generators. Ini- tially to the detected fault, one can proceed to the diagnosis of the IGBT that presents the same; for this purpose, the L 2 -inner product method is used. Thus, with the fault detection and component diagnosis, this thesis approaches a way to make the converter studied here fault tolerant from the IGBTs. This adds physical redundancy to the addi- tion of an extra arm that remains idle in the absence of failure and otherwise takes over the arm that has the fault. The main objective is to demonstrate that dynamic system inversion can be used as a model-based analytical redundancy tool; a method that reduces costs by estimating signals without the need to use sensors, or even use the method for sensor redundancy. In order to validate the mathematical tools applied by this thesis, a boost converter was tested on the test bench and its dynamic inverse was discretized, where it verified its functionality in an embedded system using a (DSP). Simulations in the Matlab/Simulink/SymPowerSystems environment were performed on a small scale (1.1kVA generator). During the simulations, the faults were inserted and the robustness of the methods studied for detection, diagnosis and fault tolerance was verified with the operation of ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-09-11Bitstream added on 2014-06-13T20:09:51Z : No. of bitstreams: 1 santelo_tn_me_ilha.pdf: 2212208 bytes, checksum: a764ab5d18d16ce24639a45f6f1553bd (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta um novo conversor PWM monofásico CA-CC, com um único estágio de retificação e correção do fator de potência, utilizando a célula de comutação de três estados. É demonstrado o conversor proposto empregando duas destas células, em substituição as configurações convencionais de duplo estágio, um estágio retificador e outro pré-regulador. A célula de comutação de três estados é composta basicamente por dois interruptores ativos, dois passivos e dois indutores acoplados magneticamente. A topologia desta célula permite que apenas metade da potência de entrada seja processada pelos interruptores ativos, reduzindo assim a corrente de pico sobre estes à metade do valor da corrente de pico da entrada, tornando importante para aplicações em potências mais elevadas. O volume dos elementos reativos (indutores e capacitores) é reduzido, pois, por características topológicas, a freqüência da ondulação da corrente e da tensão é o dobro da freqüência de operação dos interruptores, sendo assim, possível operar o conversor com menores freqüências, diminuindo consequentemente as perdas na comutação. As perdas totais são distribuídas entre todos semicondutores, facilitando a dissipação de calor. O paralelismo dos interruptores é muito atraente para a configuração do circuito estudado, possibilitando o uso de interruptores mais baratos. Outra vantagem é possuir uma menor faixa de operação na região de descontinuidade, ou seja, a faixa de operação no modo de condução contínua é ampliada. É realizado um estudo do conversor boost CC-CC operando com razão cíclica (0 < D < 0,5) e (0,5 < D < 1). Em seguida este conversor é empregado, operando em toda faixa de variação da razão cíclica (0 LÜD LÜ1), no conversor CA-CC de estágio único. O circuito do conversor em questão funciona em malha fechada utilizando o circuito integrado UC3854 para... / This work presents a new AC-to-DC PWM single-phase converter, with only one stage including rectification and power factor correction, using the three-state switching cell. It is demonstrated the proposed converter using two of these cells, instead of the conventional configurations that use a rectifier stage and a high-frequency pre-regulator. The three-state switching cell comprises two active switches, two diodes and two coupled inductors. In this topology only part of the input energy is processed by the active switches, reducing the peak current in these switches in a half of the peak value of the input current, making this topology suitable to the operation in larger power levels. The volume of the power reactive elements (inductors and capacitors) is also decreased since the ripple frequency on the output is twice the switching frequency. For a smaller operating frequency, the switching losses are decreased. Due to the topology of the converter, the total losses are distributed among all semiconductors, facilitating the heat dissipation. The parallelism of switches is very attractive for the studied configuration, facilitating the use of cheaper switches. Another advantage of this converter is the smaller region to operate in discontinuous conduction mode or, in other words, the operation range in continuous conduction mode is enlarged. It is developed a study of the DC-to-DC boost converter operating with duty (0 < D < 0,5) and (0,5 < D < 1). Then, this converter was used in full variation range of the duty-cycle (0 < D < 1) in the AC-to-DC single-stage converter. The circuit of this issue converter works with a feedback control line using the integrated circuit UC3854 to do the control in continuous conduction mode for input current with instantaneous average mode. Besides the mathematical analysis and development through...

Resumo: Este trabalho apresenta um novo conversor PWM monofásico CA-CC, com um único estágio de retificação e correção do fator de potência, utilizando a célula de comutação de três estados. É demonstrado o conversor proposto empregando duas destas células, em substituição as configurações convencionais de duplo estágio, um estágio retificador e outro pré-regulador. A célula de comutação de três estados é composta basicamente por dois interruptores ativos, dois passivos e dois indutores acoplados magneticamente. A topologia desta célula permite que apenas metade da potência de entrada seja processada pelos interruptores ativos, reduzindo assim a corrente de pico sobre estes à metade do valor da corrente de pico da entrada, tornando importante para aplicações em potências mais elevadas. O volume dos elementos reativos (indutores e capacitores) é reduzido, pois, por características topológicas, a freqüência da ondulação da corrente e da tensão é o dobro da freqüência de operação dos interruptores, sendo assim, possível operar o conversor com menores freqüências, diminuindo consequentemente as perdas na comutação. As perdas totais são distribuídas entre todos semicondutores, facilitando a dissipação de calor. O paralelismo dos interruptores é muito atraente para a configuração do circuito estudado, possibilitando o uso de interruptores mais baratos. Outra vantagem é possuir uma menor faixa de operação na região de descontinuidade, ou seja, a faixa de operação no modo de condução contínua é ampliada. É realizado um estudo do conversor boost CC-CC operando com razão cíclica (0 < D < 0,5) e (0,5 < D < 1). Em seguida este conversor é empregado, operando em toda faixa de variação da razão cíclica (0 LÜD LÜ1), no conversor CA-CC de estágio único. O circuito do conversor em questão funciona em malha fechada utilizando o circuito integrado UC3854 para... / Abstract: This work presents a new AC-to-DC PWM single-phase converter, with only one stage including rectification and power factor correction, using the three-state switching cell. It is demonstrated the proposed converter using two of these cells, instead of the conventional configurations that use a rectifier stage and a high-frequency pre-regulator. The three-state switching cell comprises two active switches, two diodes and two coupled inductors. In this topology only part of the input energy is processed by the active switches, reducing the peak current in these switches in a half of the peak value of the input current, making this topology suitable to the operation in larger power levels. The volume of the power reactive elements (inductors and capacitors) is also decreased since the ripple frequency on the output is twice the switching frequency. For a smaller operating frequency, the switching losses are decreased. Due to the topology of the converter, the total losses are distributed among all semiconductors, facilitating the heat dissipation. The parallelism of switches is very attractive for the studied configuration, facilitating the use of cheaper switches. Another advantage of this converter is the smaller region to operate in discontinuous conduction mode or, in other words, the operation range in continuous conduction mode is enlarged. It is developed a study of the DC-to-DC boost converter operating with duty (0 < D < 0,5) and (0,5 < D < 1). Then, this converter was used in full variation range of the duty-cycle (0 < D < 1) in the AC-to-DC single-stage converter. The circuit of this issue converter works with a feedback control line using the integrated circuit UC3854 to do the control in continuous conduction mode for input current with instantaneous average mode. Besides the mathematical analysis and development through... / Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Coorientador: Grover Victor Torrico Bascopé / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: João Onofre Pereira Pinto / Mestre