Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-19T04:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348173.pdf: 10293889 bytes, checksum: 5f586916d8d1f8d875e6448813efdbf6 (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho propõe uma família de retificadores boost unidirecionais com alto ganho, esforços de tensão reduzidos nos interruptores e correção de fator de potência. Os conversores propostos baseiam-se na integração entre retificadores boost convencionais e uma célula multiplicadora de tensão tipo ladder a capacitor chaveado. O alto ganho em tensão com esforços de tensão reduzidos sobre os interruptores permite o uso de interruptores mais rápidos e de menor custo. Além disto, a célula de capacitor chaveado é modular e permite cascateamento de seus módulos para aumentar o ganho, e isto permite generalizar o ganho das estruturas em função do número de células usadas. O retificador boost híbrido é apresentado com o indutor no lado CA e, ao alterar a célula de comutação do retificador híbrido, duas novas estruturas bridgeless são geradas. As estruturas propostas podem utilizar as estratégias de controle clássico dos retificadores boost convencionais para obter fator de potência próximo à unidade e tensão de saída controlada. A divisão de tensão na célula de capacitor chaveado ocorre naturalmente e, desta forma, não são necessárias estratégias extras de modulação ou malhas adicionais de controle para tal. Além disto, a tensão nos interruptores é igual à tensão sobre os capacitores, que é uma fração da tensão de saída em função do número de células cascateadas. O trabalho apresenta as análises estática e dinâmica, tanto da célula de capacitor chaveado, quanto das estruturas. A análise da célula individual é usada para o seu dimensionamento, estimação das perdas e para verificar a influência dinâmica da célula no sistema. Por fim, é proposto um modelo dinâmico de ordem reduzida (segunda ordem) das estruturas originais de quarta ordem. Serão apresentadas validações por simulação e experimental das estruturas propostas para a seguinte especificação: 1 kW, 220 V CA de entrada e 800 V CC de saída e frequência de comutação de 100 kHz. Valores de rendimento em torno de 97 % foram obtidos nas estruturas bridgeless. / Abstract: This work proposes a family of bridgeless boost unidirectional rectifiers with high voltage gain, reduced voltage stress on the switches and power factor correction. The proposed converters are based in the integration between the conventional boost rectifier and a ladder switched capacitor voltage multiplier cell. The high voltage gain with reduced voltage stress on the components makes it possible to use faster and low-cost components. Also, the switched capacitor cells are modular and their modules can be stacked to increase the gain, and this allows the generalization of the structures' gain in function of the number of stacked cells. The hybrid boost rectifier is presented with the inductor at the AC side and, by modifying the switching cell of the hybrid rectifier, two novel bridgeless structures are generated. The proposed structures may controlled by the conventional boost rectifiers classic control strategy in order to obtain near unit power factor and regulated output voltage. The voltage self-balance in the switched capacitor cell occurs naturally, therefore no extra modulation technique or additional control loops are necessary. Also, the voltage stress on the switches are the voltage on the capacitors, which is a fraction of the output voltage in function of the number of stacked cells. The work presents the steady state and dynamic analysis of the structures and the switched capacitor cell. The individual analysis of the switched capacitor cell is used for its design, power loss estimation and to verify the dynamic influence of the switched capacitor cell in the entire system. Finally, a reduced order (second order) model of the fourth order original structures. Theoretical analysis, simulation and experimental validations of the proposed structures will be presented for the following specifications: 1 kW, 220 V AC input, 800 V DC output and 100 kHz switching frequency. Near 97% efficiency values were obtained in the bridgeless structure.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico,. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340837.pdf: 10721089 bytes, checksum: 78fd1b4474959ceb11c6733c68667111 (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho são apresentados os estudos de retificadores bidirecionais aplicados para as redes de distribuição ativas com barramento em corrente contínua (CC) bipolar, assim como outros conversores, os quais desempenham importantes funções em tais redes. Possíveis arranjos destes em redes ativas de distribuição, incluindo microrredes em CC,são investigados e comparados. Além disto, neste trabalho é apresentado o estudo e a implementação prática de uma rede ativa em CC bipolar,centrado principalmente em rendimento da microrrede, ou seja, do ponto de vista das perdas globais do sistema de distribuição. Baseado nestes estudos será realizada a escolha da topologia de retificador que fará aconexão entre a rede principal e a microrrede em corrente contínua. Ao longo do trabalho, será mostrado que o conversor escolhido é o retificador NPC operando em três níveis, devido ao melhor rendimento apresentado. Buscando trazer melhorias para o conversor NPC, nesta tese será proposta uma técnica de modulação para o cancelamento da ondulação de baixa frequência da tensão do ponto central do referido conversor e, consequentemente sua melhor adaptação ao fornecimento de energia em barramento CC bipolar. Resultados de simulação e experimentais serão apresentados para demonstrar que a técnica para o cancelamento da ondulação de tensão do ponto central é efetiva. Por fim, será apresentada a proposta de incluir um circuito adicional ao NPC, para executar as funções de cancelamento da corrente de baixa frequência do ponto central da microrrede em toda a faixa de operação do retificador, assim como balancear as tensões dos barramentos parciais, em operação normal. Isto resolve algumas limitações inerente são conversor NPC no que se refere à sua capacidade de balanceamento do barramento CC em condições de carregamento desbalanceado. Além disto, em caso de falha de algum braço do retificador, este circuito poderá prover tolerância a falhas.<br> / Abstract: This work presents analysis of bidirectional power rectifiers applied tofuture dc bipolar active distribution networks, as well as other converters that perform important functions in such systems. Possible arrangements of these converters in active distribution networks, including dc microgrids, are investigated. Moreover, study and practical implementation of a dc bipolar active network, mainly focused on the system-wide efficiency, i.e., from the perspective of the overall system losses is discussed. Based on these losses the rectifier topology ischosen. This rectifier provides the interface between the main network to the dc active network. In the course of the work it is shown that thechosen converter is the three-level/-phase NPC, due to the achievable higher overall efficiency. In order to introduce improvements to theNPC converter, this work proposes a modulation technique for the cancellation of the dc-link center point low frequency current components. Simulation and experiment results are presented to show that the proposed center point cancellation technique is effective. Finally, an additional circuit is presented to be added to the originalNPC converter with the function to perform the cancellation of the dclink center point low frequency current in all operating range of rectifierand provide balance of the dc-link partial voltages, during regularoperation. This circuit solves the inherent limitations of the NPCrectifier regarding its ability to control the partial dc-link voltages underhighly unbalanced conditions. In case of failure of a rectifier leg this additional circuit can provide fault-tolerant operation.

Assumindo elétrons e buracos se movimentando em suas bandas próprias e centros de recombinação independente para ambos, Hughes e Sokel calcularam as características e distribuição de cargas para o oxido de chumbo (PbO) quando este se encontra sob radiação. O cálculo também inclui a corrente de difusão e segundo os autores, esta possui um importante papel em muitos aspectos. Neste trabalho a característica para o PbO foi recalculado sem considerar a contribuição da corrente de difusão e essencialmente foi obtido o mesmo resultado. Foram desenvolvidos aproximações para baixo e alto campo. Em seguida, foram assumidos iguais parâmetros para ambos portadores (isto é, iguais mobilidades, tempos de captura, coeficientes de recombinação e densidades de centros de captura) e obtido as características para 18 combinações de três conjuntos de parâmetros convenientemente definidos. Aproximações de campo baixo e campo alto foram também derivadas para este caso / Assuming electron and hole bands and independent recombination centers or both carriers, Hughes and Sokel calculated the characteristics and charge distributions for lead oxide PbO under irradiation. The calculation also included the diffusion current and it was asserted that such a current was important in some aspects. In this work the characteristic for PbO was recalculated without the diffusion component and essentially the same result was obtained. Side this; approximations were derived for low and high fields. Next, assuming equal parameters for both carriers (that is, equal mobilities, trapping times, recombination rates and density of trap), characteristics were obtained for 18 combinations of three conveniently defined set of parameters. Low and high field approximation were also derived for this case

Orientador: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Guilherme de Azevedo e Melo / Banca: Luiz Carlos Gomes de Freitas / Banca: Roger Gules / Resumo: Os conversores ou retificadores multipulsos se apresentam como uma técnica passiva para melhorar a qualidade de energia na rede elétrica. Eles proporcionam baixa Distorção Harmônica Total de corrente (DHTi), resultando um elevado Fator de Potência (FP) e baixa ondulação na tensão de saída. Neste contexto apresenta-se um abrangente levantamento bibliográfico, com o intuito de classificar as inúmeras topologias CA-CC trifásicas. As topologias retificadoras CA-CC estudadas nesta tese utilizam transformadores não-isolados, ou autotransformadores, cujas conexões são denominadas de Estrela e Delta-diferenciais, que resultam em retificadores multipulsos. Como atrativo essas topologias apresentam baixas taxas kVA (parcela de potência processada pelos núcleos), o que leva a reduzidos peso e volume. São estruturas confiáveis e robustas, apresentam baixa complexidade de construção e produzem pequena interferência eletromagnética. Outra grande vantagem destas estruturas é a possibilidade de obter qualquer valor de tensão de saída para qualquer nível de tensão de entrada. Como contribuição deste trabalho, análises matemáticas e fasoriais foram realizadas para cada uma das configurações com topologias Delta e Estrela, obtendo expressões generalizadas com relação ao número de pulsos do retificador para cada uma delas. A partir deste equacionamento foi possível obter expressões unificadas para duas das configurações de diferentes topologias (denominadas de A e C). A análise unificada foi realizada tanto para tensão como para corrente, resultando no equacionamento utilizado no desenvolvimento de uma nova ferramenta de simulação e projeto para os retificadores com essas duas configurações. A partir da análise matemática de cada configuração foi possível desenvolver uma nova metodologia... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nowadays the theme of Power Quality has been one of the most discussed topics. Several techniques for power factor correction are presented in the literature. The multipulse converters or rectifiers resurge as a passive technique to improve the power quality in the mains. They provide low Total Harmonic Distortion of current (THDi), high Power Factor (PF) and low ripple on the output voltage. This thesis shows a comprehensive bibliographic research with the purpose of classifying the several AC-DC three-phase topologies that improve the power quality in the mains. The topologies studied in this thesis use non-isolated transformers and are called as generalized Wye and Delta-differential connections. These connections show an advantage of low kVA-rating (power processed by the core), reducing weight and volume of these rectifier structures. The multipulse rectifiers are reliable and robust, they show low complexity construction and low electromagnetic interference. Another advantage for these connections is the possibility to choose any value of the output voltage for any level of input voltage. Several configurations for Wye and Delta topologies are presented. One of the contributions of this thesis were the mathematical and fasorial analysis made for all configurations in order to obtain generalized expressions related to the pulse numbers for each configuration. From this equation was possible to obtain unified expressions for two configurations of different topologies (denominated A and C). The analysis was realized for voltage and current, result in an equation used in the development of a new simulation tool and designed for the rectifiers with this two configurations. Through the mathematical analysis it was possible to realize a study connecting the rectifier average output voltage and... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Adriano Peres. / Co-orientador: Sérgio Vidal Garcia Oliveira. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Orientador: Sérgio Vidal Garcia Oliveira. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Orientador: Sérgio Vidal Garcia Oliveira. / Coorientador: Leandro Michels. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

REIS, F. E. U. Conversor CC/CC com dois estágios para aplicação em sistemas fotovoltaicos autônomos de energia. 2012. 153 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2012-10-04T18:40:54Z No. of bitstreams: 1 2012_dis_feureis.pdf: 4832651 bytes, checksum: 08b7a75e86a87409d1e5d5824addfbe1 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2012-10-10T14:33:56Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_dis_feureis.pdf: 4832651 bytes, checksum: 08b7a75e86a87409d1e5d5824addfbe1 (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-10T14:33:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_dis_feureis.pdf: 4832651 bytes, checksum: 08b7a75e86a87409d1e5d5824addfbe1 (MD5) Previous issue date: 2012-02 / This work presents a study of a DC/DC converter with two stages for implementation of a stand-alone photovoltaic power system. The converter under study consists of two DC/DC converters, in which between them is inserted a battery bank to give continuity to the energy supply in periods when there isn’t solar radiation. All converters used for the composition of the system are of type boost based on the three-state switching cell (TSSC). The first converter has function of to send energy from photovoltaic panels to a battery bank of 48 V formed by four batteries of 12V connected in series, and its function is to allow the photovoltaic panels operation at the maximum power point (MPP). The second stage consists of a converter of high voltage gain, whose role is to raise the 48 V battery bank voltage to 400V DC output bus voltage. To ensure the regulation of voltage at 400 V DC, was implemented the control LQR (Linear Quadratic Regulator). To design the controller LQR, a simplified methodology to obtain a model of the high-gain voltage converter is used. For each stage is presented its theoretical study, analysis and the components were designed and specified. To verify the theoretical analysis, was developed a prototype for each stage and the experimental results are presented in this work. / O presente trabalho apresenta o estudo de um conversor CC/CC com dois estágios para aplicação no desenvolvimento de sistemas autônomos de energia elétrica. O conversor sob estudo consiste basicamente da associação de dois conversores CC/CC, em que entre eles é inserido um banco de baterias para dar continuidade ao fornecimento de energia em períodos em que não há radiação solar. Todos os conversores utilizados para a composição do sistema são do tipo boost utilizando a célula de comutação de três estados (CCTE). O primeiro conversor tem a função enviar energia desde os painéis fotovoltaicos a um banco de baterias de 48 V e permitir a operação dos painéis fotovoltaicos no ponto de máxima potência (MPP- Maximum Power Point). O segundo estágio é constituído por um conversor de alto ganho de tensão, cujo papel é elevar a tensão do banco de baterias de 48 V para uma tensão de 400 Vcc, formando assim o barramento de saída do sistema em tensão contínua. Para garantir a regulação da tensão em 400 Vcc, foi implementada a técnica de controle LQR (Linear Quadratic Regulator). Para o projeto do controle LQR é utilizado uma metodologia simplificada para a obtenção de um modelo reduzido do conversor de alto ganho de tensão. Para cada estágio é apresentado seu estudo teórico, análise de perdas e dimensionamento dos componentes para o atendimento das especificações de projeto. Para verificar a análise teórica foi montado um protótipo para cada estágio e os resultados experimentais são apresentados neste trabalho.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-02-09T03:11:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 337441.pdf: 2213867 bytes, checksum: 5f9d958b11e71e847d64f3cc6e2160db (MD5) Previous issue date: 2015 / O estágio de entrada da grande maioria dos equipamentos eletrônicos modernos consiste em um conversor CA-CC com baixo fator de potência e elevado conteúdo harmônico, o que é indesejável do ponto de vista da rede elétrica. Os conversores Boost com correção do fator de potência (CFP) são, atualmente, soluções consolidadas para atender as especificações de qualidade da rede elétrica. No entanto, o projeto de controladores para esses dispositivos é bastante complexo devido às não linearidades do modelo e também da lei de controle para garantir um fator de potência unitário. Neste contexto, a técnica do autocontrole da corrente se destaca dentre as demais estratégias de controle para conversores Boost com CFP pela sua simplicidade, por dispensar o sensoriamento da tensão de entrada e pelo baixo custo. Nesta dissertação, abordam-se os problemas de análise de estabilidade e desempenho, e síntese de controle para conversores Boost com CFP autocontrolado pela corrente utilizando uma formulação matemática baseada em desigualdades matriciais lineares (LMIs). Com este objetivo, utiliza-se a técnica do modelo médio para o conversor em malha aberta além de uma representação algébrico-diferencial do sistema em malha fechada para manipular mais facilmente a não linearidade inerente à lei de controle. Para o sistema em malha fechada, realiza-se uma análise de estabilidade local considerando uma incerteza na carga e obtendo estimativas da região de atração. Esta metodologia de análise é estendida para a síntese de controle (sintonia dos parâmetros do controlador) considerando incertezas na carga (variante no tempo) e uma perturbação na tensão de entrada levando em consideração robustez e critérios de desempenho baseados no ganho e na taxa de decaimento exponencial.<br> / Abstract : The input stage of most modern electronic equipments consists of an AC-DC converter with low power factor and high harmonic contents, which is undesirable from the point of view of the grid power line. The Boost converters with power factor correction (PFC-Boost) are currently consolidated solutions to comply with the quality specifications of the power grid. However, the control design for PFC-Boost converters is very complex because of the nonlinearities of the model and of the control law (needed to ensure a unity power factor). In this context, the self-current control technique stands out among other control strategies because of its circuit simplicity, no input voltage sensing and low cost. In this master thesis, the stability and performance analysis, and control synthesis problems are addressed for current self-controlled PFC-Boost converters considering the linear matrix inequality (LMI) framework. To this end, the average modeling technique is applied to represent the open-loop dynamics while a differential-algebraic state-space representation is applied to deal with the nonlinear closed-loop dynamics. Moreover, a local stability analysis of the closed-loop system is assessed assuming load uncertainty while estimating the system domain of attraction. Then, the analysis results are extended for control design (i.e., controller tuning) considering a time-varying (and bounded) load and vanishing input voltage disturbances as well as performance specifications in terms of the system -gain and of an exponential decay rate.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343092.pdf: 7684269 bytes, checksum: d93efe1c257ebf97e292261e0304b96f (MD5) Previous issue date: 2016 / Nesta dissertação apresenta-se uma proposta de arquitetura de interligação de conversores DAB visando à aplicação em transformadores de estado sólido. O sistema é concebido de maneira a propiciar funcionalidades desejadas a tais sistemas como: ajuste dos níveis de tensão; isolamento galvânico; controle ativo do fluxo de potência e redundância. Além das características já citadas, o sistema realiza a divisão da potência processada entre os módulos constituintes, reduzindo os esforços de tensão e de corrente nos elementos semicondutores. Como bloco de construção para o arranjo proposto escolheu-se o conversor DAB, uma vez que ele apresenta elevada densidade de potência, opera em alta frequência e é capaz de realizar comutações suaves. Os princípios de operação da estrutura e seus mecanismos de divisão da potência processada são descritos e, por fim, resultados experimentais são apresentados como forma de validar os conceitos.<br> / Abstract : This work proposes an interconnection of DAB converters for Solid-State Transformer applications. The system is conceived as to provide the required functionalities to SSTs e.g.: voltage level adaptation; galvanic isolation; active control of the power flow and redundancy. Besides, the system share the power processed between the modules, therefore it reduces the current and voltage stresses on the switches. The DAB converter is employed as a construction block, since it presents a high power-density, operates in high-frequency and is capable of soft switching. The operation principles and the sharing mechanisms are depicted and experimental results are presented to validate the concepts.