Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Carlos Alberto Canesin / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões especiais de transformadores, principalmente nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e da reduzida potência aparente processada pelo núcleo dos autotransformadores. As conexões Y-diferenciais e Delta-diferenciais de 12 e de 18 pulsos são generalizadas através de expressões algébricas únicas que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Delta-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 dois protótipos, um de 1 kW e outro de 6 kW. As saídas das estruturas retificadoras são ligadas em paralelo com o uso de transformadores de interfase que absorvem as diferenças instantâneas de tensão entre as saídas dos retificadores, possibilitando assim a operação do conversor com carga única. Desta forma, a proposta principal deste trabalho é gerar múltiplos pulsos de tensão na carga e, como conseqüência, obter conversores que apresentem múltiplos pulsos na forma de onda da corrente na rede de alimentação. Os resultados experimentais dos protótipos implementados são então comparados com a análise matemática desenvolvida e com os resultados de simulação. / Abstract: This work presents a comparative study of several multiple pulse AC-DC three-phase converter topologies, based on the special connections of transformers and differential connections of autotransformers. This three-phase technique presents the advantages of low harmonic current in the mains and the reduced power rated to the magnetic system of the autotransformer. The 12 and 18-pulse differential Y-connections and differential delta-connections are generalized by one algebraic expression. This expression describes the family of these converters for any value of input and output voltages. Among these converters, the 18-pulse delta-connected topology is chosen for a detailed study on the line current harmonic distortion, and two prototypes are designed and experimented on, one with 1 kW and another one with 6 kW. The outputs of the rectifiers structures are connected in parallel with the use of the interphase transformers, reducing this way, the current efforts in each rectifier and making possible the connection from DC outputs of the three rectifiers. In this way, the proposal aim of this work is to generate a multipulse voltage on the load, so that, it has as important result, the multipulse current, with reduced harmonics, in the mains. The experimental results of the prototypes are compared to the simulated circuits and the analytical results. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-02Bitstream added on 2014-06-13T19:38:59Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_va_me_ilha.pdf: 2872091 bytes, checksum: 81ed1113b369e242f34f8801629c4f82 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões especiais de transformadores, principalmente nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e da reduzida potência aparente processada pelo núcleo dos autotransformadores. As conexões Y-diferenciais e Delta-diferenciais de 12 e de 18 pulsos são generalizadas através de expressões algébricas únicas que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Delta-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 dois protótipos, um de 1 kW e outro de 6 kW. As saídas das estruturas retificadoras são ligadas em paralelo com o uso de transformadores de interfase que absorvem as diferenças instantâneas de tensão entre as saídas dos retificadores, possibilitando assim a operação do conversor com carga única. Desta forma, a proposta principal deste trabalho é gerar múltiplos pulsos de tensão na carga e, como conseqüência, obter conversores que apresentem múltiplos pulsos na forma de onda da corrente na rede de alimentação. Os resultados experimentais dos protótipos implementados são então comparados com a análise matemática desenvolvida e com os resultados de simulação. / This work presents a comparative study of several multiple pulse AC-DC three-phase converter topologies, based on the special connections of transformers and differential connections of autotransformers. This three-phase technique presents the advantages of low harmonic current in the mains and the reduced power rated to the magnetic system of the autotransformer. The 12 and 18-pulse differential Y-connections and differential delta-connections are generalized by one algebraic expression. This expression describes the family of these converters for any value of input and output voltages. Among these converters, the 18-pulse delta-connected topology is chosen for a detailed study on the line current harmonic distortion, and two prototypes are designed and experimented on, one with 1 kW and another one with 6 kW. The outputs of the rectifiers structures are connected in parallel with the use of the interphase transformers, reducing this way, the current efforts in each rectifier and making possible the connection from DC outputs of the three rectifiers. In this way, the proposal aim of this work is to generate a multipulse voltage on the load, so that, it has as important result, the multipulse current, with reduced harmonics, in the mains. The experimental results of the prototypes are compared to the simulated circuits and the analytical results.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper presents the development of an electronic ballast for high intensity discharge lamps, using the differential connection technique applied to Flyback converters. The power factor correction stage was implemented by a Buck-Boost converter operating in discontinuous conduction mode. Subsequently, the integrating converters technique was used to simplify the power circuit, making the power factor correction stage and Flyback converters share the same active switches. The proposed circuit was dynamically modeled, in order to obtain the mathematical parameters that govern the behavior of the ballast, obtaining the differential equations relating the voltage and current in the lamp, due to the variation of both the input voltage as the duty cycle. Digital control of the output current provided the use of a low cost microcontroller, the compensating system was designed in discrete time from the use of an integrator and a low frequency bandwidth. For effective control of lamp power, an external loop that regulates the circuit current reference was implemented. The practical implementation of the electronic ballast was performed, in order to verify the proposed control performance. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um reator eletrônico para alimentar lâmpadas de descarga em alta pressão, utilizando a técnica de conexão diferencial aplicada aos conversores Flyback. A etapa de correção de fator de potencia foi implementada através de um conversor Buck-Boost operando em modo de condução descontinuo. Posteriormente, foi utilizada a técnica de integração de conversores para simplificar o circuito de potência, fazendo com que a etapa de correção do fator de potencia e os conversores Flyback compartilhassem os mesmos interruptores ativos. O circuito proposto foi modelado dinamicamente a fim de obter os parâmetros matemáticos que regem o comportamento do reator, obtendo as equações diferenciais referentes à tensão e corrente na lâmpada, em função da variação, tanto da tensão de entrada como da razão cíclica. O controle digital da corrente de saída proporcionou a utilização de um dispositivo microcontrolado de baixo custo, sendo o compensador do sistema projetado em tempo discreto a partir da utilização de um integrador e uma banda passante de baixa frequência. Para o efetivo controle da potência na lâmpada foi adicionada uma malha externa que regula a referência de corrente do circuito. Foi realizada a implementação prática do reator eletrônico a fim de verificar a performance do controle proposto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents and analyzes a new family of electronic ballasts to supply metal halide lamps applied to interior lighting systems. These lamps present the best light quality among the high intensity discharge lamps, and its compactness results a good choice for interior lighting systems application. The electrical characteristics of the high intensity discharge lamps are evaluated, and it is presented an alternative for supplying these lamps in a safe and reliable way. This alternative consists of using high frequency DC/DC converters in order to supply the lamp with a low frequency, symmetrical square waveform. A family of electronic ballasts is presented, which all the topologies are obtained from the differential connection of DC/DC converters. The analysis of these proposed and designed systems brings the main advantages and disadvantages of using each topology, related both to the components design and to the restrictions implied by each topology. / Esse trabalho apresenta e analisa uma nova família de reatores eletrônicos capazes de acionar lâmpadas de multivapor metálico com tubo de descarga cerâmico. Essas lâmpadas apresentam, dentre as lâmpadas de descarga em alta pressão, a melhor qualidade do fluxo luminoso, além de se tratar de lâmpadas compactas, caracterizando-as como uma ótima alternativa a ser aplicada em sistemas de iluminação de ambientes interiores. As características das lâmpadas de descarga em alta pressão, com relação ao acionamento e controle, são avaliadas, e uma alternativa é apresentada para se alimentar tais lâmpadas de forma segura e confiável, através da utilização de conversores CC/CC operando em alta freqüência para alimentar a lâmpada com uma tensão quadrada, simétrica e em baixa freqüência. Dessa forma, uma família de reatores eletrônicos é apresentada, sendo que todas as topologias são derivadas da técnica de conexão diferencial de conversores CC/CC bidirecionais. O estudo de todos os sistemas propostos e implementados tem por finalidade caracterizar as principais vantagens e desvantagens do emprego de cada topologia apresentada, com relação ao dimensionamento de componentes e limitações impostas por cada topologia.