Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: The digital control of UPS systems has been difficult in the past due to a lack of DSP technology. It was for this reason not possible to establishing the necessary control to regulate the voltages and currents of the UPS systems. Recent advances in DSP technology have however provided the means of establishing central control of the UPS system as well as incorporating more complex closed-loop control algorithms by utilising a single floating-point DSP. Closed-loop control strategies are investigated and the central control of a line-interactive UPS is established in this study. Both the status of the physical system as well as various system parameters are controlled. The system both regulates and charges the storage batteries when the main utility supply is maintained. In the event that the utility fails, the converter instantaneously changes power flow towards the load with the aim of maintaining an uninterrupted voltage supply. Several closed-loop deadbeat based control strategies are investigated for the regulation of the inductor current. A solution for the regulation of the DC-link is also developed and implemented. Furthermore, an intensive study is done on the regulation of the voltage supplied to the load in the event that the utility supply fails. The investigation is initially approached by considering classical control theory. Although these control strategies provided sufficient results, a predictive strategy that is based on the physical conditions of the switching converter is finally investigated to establish closed loop control of the output voltage. This resulted in a high-bandwidth voltage controller capable of maintaining control under a wide-array of load conditions. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die digitale beheer van UPS stelsels was moeilik in the verlede as gevolg van 'n gebrek aan DSP tegnologie. Dit was vir hierdie rede nie moontlik om beheer te kon bewerkstelling ten einde die spannings and strome in the UPS stelsels te kon reguleer nie. Onlangse vordering in DSP tegnologie het egter dit moontlik gemaak om sentrale beheer van die UPS stelsel te bewerkstellig sowel as om meer komplekse geslote lus beheer algoritmes te inkorporeer met behulp van 'n enkele DSP. Geslote lus beheer strategiëe word ondersoek en die sentrale beheer van die line-interaktiewe UPS word bewerkstellig in hierdie studie. Beide die huidige toestand van die fisiese stelsel sowel as die verskeie parameters word beheer. Die stelsel beide laai en reguleer die batterye terwyl die hooftoevoer onderhou word. In die geval dat die hooftoevoer faal, word die omsetter se rigting van drywingsvloei verander om die las te voorsien van 'n ononderbroke spannings toevoer. Verskeie geslote-lus “deadbeat” beheer strategiëe word ondersoek vir die regulasie van die induktor stroom. 'n Oplossing vir die regulasie van die GS-koppervlak word ook ontwikkel en geïmplementeer. Verder word 'n intensiewe studie gedoen op regulasie van die spanning wat aan die las gevoer word in die geval dat die hooftoevoer faal. Hierdie ondersoek word aanvanklik benader deur klassieke beheer teorie te bestudeer. Alhoewel hierdie beheer strategiëe voldoene resultate gebied het, was 'n voorspel beheerstrategie gebaseer op die fisiese toestand van die omsetter finaal ondersoek. Die resultaat is 'n hoë-bandwydte spannings beheerder wat daartoe instaat is om beheer te handhaaf onder 'n verskeidenheid van lastoestande.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-12-15Bitstream added on 2014-06-13T19:40:17Z : No. of bitstreams: 1 soares_jo_dr_ilha.pdf: 2703269 bytes, checksum: f51d4821a6cb2c9c52cf4d25420d0c39 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O objetivo deste trabalho é a concepção de uma lógica de controle digital com modulação por histerese variável usando um dispositivo programável FPGA (Field Programmable Gate Array) e linguagem de descrição de hardware VHDL (Hardware Description Language), aplicada em um retificador trifásico híbrido para a obtenção do Fator de Potência (FP) de entrada quase unitário. O Retificador Trifásico Híbrido (RTH) é uma estrutura composta por um retificador a diodos de 6 pulsos e por três retificadores monofásicos SEPIC conectados em paralelo. O controle digital proposto é capaz de impor a forma de onda das correntes de entrada, obtendose Distorção Harmônica Total (DHT) reduzida e fator de potência (FP) quase unitário, sendo que nesta condição, os retificadores monofásicos SEPIC conduzirão no máximo 33% da potência ativa total. Além disso, o uso de FPGAs dará ao Retificador Híbrido Trifásico uma flexibilidade adicional na operação, podendo substituir vários sistemas de múltiplos pulsos convencionais e reduzir custos para o sistema de controle por eliminar a confecção de circuitos complexos de controle analógico, para os conversores chaveados. Neste trabalho, apresenta-se uma análise detalhada e metodologia de projeto para o Retificador Híbrido Trifásico (RTH) que possibilita relacionar o valor da DHT das correntes de entrada com os valores das potências média e aparente processadas pelas estruturas controlada e não-controlada, podendo-se prever o desempenho global do sistema. Serão apresentados detalhes sobre o funcionamento do código VHDL e da modulação por histerese variável empregada e, por fim, os resultados experimentais de um protótipo implementado para 3,0 kW. O código VHDL desenvolvido, associado à lógica de controle digital proposta, foi implementado através de um dispositivo FPGA da Xilinx – Spartan XC2S200E, módulo digilab-D2E... / The objective of this work is the development of a digital control logic with variable hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier in order to obtain an almost unitary input power factor (PF). The hybrid three-phase rectifier is a structure composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The proposed digital control is capable to impose input current waveforms, resulting in a reduced THD (Total Harmonic Distortion) and almost unitary input power factor, being that in this operation condition the parallel SEPIC single-phase rectifiers will process only 33.0 % of total active power. Moreover, the use of FPGA will provide to hybrid three-phase rectifier an additional flexbility in its operation, making possible the replacement of same conventional systems of multiple pulses and reducing costs for the control system, through the elimination of complex analogical circuitry used in the controlled converters. In this work is presented a detailed analysis and design methodology to hybrid threephase rectifier that establishes a relationship between the THD imposed to line input currents, with the average and apparent powers processed through controlled and uncontrolled structures, making possible to know previously the global system performance. It will be presented details about the operation of the VHDL code and variable hysteresis modulation proposed, and finally the experimental results from an implemented 3.0 kW prototype. The developed VHDL code, considering the proposed digital control logic, was implemented through a Xilinx’s FPGA device – Spartan XC2S200E, digilab-D2E module, whose generated control signals resulted in input currents with practically sinusoidal waveforms... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aldo Zanella Junior.pdf: 3746857 bytes, checksum: 7ff548689a89fd8090402ad4891a23c1 (MD5) Previous issue date: 2015-07-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work introduces the report of performed studies in order to evaluate the applicability of generalized predictive control (GPC) to several plants. The main goal is to analyze the GPC performance in processes with different features, analyzing the influence of its tuning parameters. The study is justified by the fact that GPC presents itself as a generalized solution for several classes of processes, which are becoming increasingly complex and demanding for traditional controllers to handle. For the purpose to prove this proposal of GPC, it was performed several tests with plants of different orders and response characteristics, real and simulated, varying controller tuning parameters and measuring some quality indices. It was evaluated the influence of tuning parameters and it was made a report of conclusions that was reached. Through obtained results, it is shown that GPC satisfies the proposal and presents favorable results. / Esta dissertação traz o relato do estudo realizado a fim de avaliar a aplicabilidade do controlador preditivo generalizado (GPC) em plantas diversas. O objetivo principal é analisar o desempenho do GPC em processos com diferentes características, analisando a influência dos seus parâmetros de sintonia. O estudo se justifica pelo fato de que o GPC apresenta-se como uma solução generalizada para diversos tipos de processos, os quais estão se tornando cada vez mais complexos e com maiores exigências para o controlador. A fim de comprovar essa proposta do GPC, realizou-se inúmeros ensaios com plantas com respostas e ordem diferentes, reais e simuladas, variando-se os parâmetros de sintonia do controlador e medindo-se alguns parâmetros de qualidade. Avaliou-se a influência dos parâmetros de sintonia e fez-se um relato das conclusões a que se chegou. Através dos resultados obtidos, mostra-se que o GPC corresponde ao que se propõe para as plantas testadas e apresenta resultados favoráveis.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents as contributions a design procedure for controllers applied to single-phase uninterruptible power supplies and the certification of the closed-loop stability and performance using linear matrix inequalities. The design procedure takes into account the IEC62040-3 standard to select the components of an internal model principle based controller that guarantees tracking of sinusoidal reference and rejection of disturbances from typical nonlinear loads. It also takes into account the suitability of the controller for implementation in fixed point digital signal processors, including constraints on data representation and transport delay. A discrete linear quadratic regulator is used to ensure to the closed-loop system satisfactory transient responses and steady-state performance. The proposed design procedure is applied to a prototype of the output stage of an uninterruptible power supply, with simulation and experimental results that totally comply with the requirements of the IEC62040-3 standard. Finally, the performance of closed-loop system is certified by means of linear matrix inequalities that allow to determine the capacity of rejection of disturbances under time-varying or time invariant parametric uncertainties, providing new information on limits of performance for this class of systems. / Este trabalho apresenta como contribuições um procedimento de projeto para controladores aplicados a fontes ininterruptas de energia monofásicas e a certificação da estabilidade e do desempenho em malha fechada utilizando desigualdades matriciais lineares. O procedimento de projeto leva em conta a norma IEC62040-3 para a escolha das componentes de um controlador baseado no princípio do modelo interno, que garante rastreamento da referência senoidal e rejeição de distúrbios provenientes de cargas não lineares típicas. Também leva em conta a adequação do controlador à implementação em processadores digitais de ponto fixo, incluindo restrições na representação dos dados e de atraso de transporte. Um regulador linear quadrático discreto é utilizado para garantir ao sistema em malha fechada respostas transitórias e desempenho em regime permanente satisfatórios. O procedimento de projeto proposto é aplicado a um protótipo de estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia, com resultados de simulação e experimentais que atendem completamente às exigências da norma IEC62040-3. Finalmente, o desempenho do sistema em malha fechada é certificado por meio de desigualdades matriciais lineares que permitem determinar a capacidade de rejeição de distúrbios sob incertezas paramétricas variantes no tempo ou invariantes no tempo, fornecendo novas informações sobre limites de desempenho para essa classe de sistemas.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This master s thesis proposes a three-phase transformerless double-conversion UPS with digital control system and reduced overall cost. The topology is composed of an input stage, a battery bank, an inverter, an auxiliary circuit and transfer switches. The input stage assumes the three-phase rectifier function with LCL filter in normal operation mode and is responsible for discharge the battery bank in backup mode. This configuration reduces the system cost since an available circuit is used to discharge the battery bank. In conventional double-conversion UPS topologies the input stage remains inactive during the backup mode and an additional circuit is employed for this purpose. The auxiliary circuit is formed by an inductor and a switching leg and is used as a battery charger during normal operation mode and is additionally used to balance the bus capacitors voltages in backup mode. In this configuration, the auxiliary circuit can be designed for only a fraction of the UPS rated power, also providing lower total system cost. Transfer switches change the configuration of the input stage and the auxiliary circuit according to the UPS operating mode. The detailed operation of the topology, modelling, digital control structure, and the results obtained by simulation are showed. Finally a 20 kVA prototype is implemented and experimental results are acquired for the validation of the employed design methodology as well as the proposed circuit functionality. / Esta dissertação de mestrado propõem uma topologia de fonte ininterrupta de energia (UPS - Uninterruptible Power Supplies) trifásica de dupla conversão sem transformador com custo reduzido e sistema de controle digital. A UPS proposta é composta por um estágio de entrada, um banco de baterias, um inversor, um circuito auxiliar e chaves de transferência. O estágio de entrada assume a função de retificador trifásico com filtro LCL em modo normal de operação da UPS e é responsável pela descarga do banco de baterias em modo bateria de operação. Esta configuração reduz o custo do sistema, pois permite que seja aproveitado um circuito disponível e dimensionado para a potência nominal da UPS para a descarga do banco de baterias. Em topologias convencionais de UPSs de dupla conversão o estágio de entrada permanece ocioso durante este modo de operação e um circuito adicional é empregado para este fim. O circuito auxiliar é formado por um indutor e um braço de interruptores e é utilizado como carregador de baterias em modo normal de operação e adicionalmente é utilizado para realizar o equilíbrio das tensões dos capacitores de barramento em modo bateria. Com esta configuração, o circuito auxiliar pode ser dimensionado para apenas uma fração da potência nominal da UPS, propiciando também a redução do custo total do sistema. As chaves de transferência alteram as configurações do estágio de entrada e do circuito auxiliar de acordo com o modo de operação da UPS. É apresentada a operação detalhada da topologia, a modelagem, a estrutura de controle digital utilizada e os resultados obtidos via simulação. Por fim, um protótipo de 20 kVA é implementado e resultados experimentais são adquiridos para a validação da metodologia de projeto empregada bem como da funcionalidade do circuito proposto.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: João Batista Vieira Junior / Resumo: O objetivo deste trabalho é a concepção de uma lógica de controle digital com modulação por histerese variável usando um dispositivo programável FPGA (Field Programmable Gate Array) e linguagem de descrição de hardware VHDL (Hardware Description Language), aplicada em um retificador trifásico híbrido para a obtenção do Fator de Potência (FP) de entrada quase unitário. O Retificador Trifásico Híbrido (RTH) é uma estrutura composta por um retificador a diodos de 6 pulsos e por três retificadores monofásicos SEPIC conectados em paralelo. O controle digital proposto é capaz de impor a forma de onda das correntes de entrada, obtendose Distorção Harmônica Total (DHT) reduzida e fator de potência (FP) quase unitário, sendo que nesta condição, os retificadores monofásicos SEPIC conduzirão no máximo 33% da potência ativa total. Além disso, o uso de FPGAs dará ao Retificador Híbrido Trifásico uma flexibilidade adicional na operação, podendo substituir vários sistemas de múltiplos pulsos convencionais e reduzir custos para o sistema de controle por eliminar a confecção de circuitos complexos de controle analógico, para os conversores chaveados. Neste trabalho, apresenta-se uma análise detalhada e metodologia de projeto para o Retificador Híbrido Trifásico (RTH) que possibilita relacionar o valor da DHT das correntes de entrada com os valores das potências média e aparente processadas pelas estruturas controlada e não-controlada, podendo-se prever o desempenho global do sistema. Serão apresentados detalhes sobre o funcionamento do código VHDL e da modulação por histerese variável empregada e, por fim, os resultados experimentais de um protótipo implementado para 3,0 kW. O código VHDL desenvolvido, associado à lógica de controle digital proposta, foi implementado através de um dispositivo FPGA da Xilinx - Spartan XC2S200E, módulo digilab-D2E... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this work is the development of a digital control logic with variable hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier in order to obtain an almost unitary input power factor (PF). The hybrid three-phase rectifier is a structure composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The proposed digital control is capable to impose input current waveforms, resulting in a reduced THD (Total Harmonic Distortion) and almost unitary input power factor, being that in this operation condition the parallel SEPIC single-phase rectifiers will process only 33.0 % of total active power. Moreover, the use of FPGA will provide to hybrid three-phase rectifier an additional flexbility in its operation, making possible the replacement of same conventional systems of multiple pulses and reducing costs for the control system, through the elimination of complex analogical circuitry used in the controlled converters. In this work is presented a detailed analysis and design methodology to hybrid threephase rectifier that establishes a relationship between the THD imposed to line input currents, with the average and apparent powers processed through controlled and uncontrolled structures, making possible to know previously the global system performance. It will be presented details about the operation of the VHDL code and variable hysteresis modulation proposed, and finally the experimental results from an implemented 3.0 kW prototype. The developed VHDL code, considering the proposed digital control logic, was implemented through a Xilinx's FPGA device - Spartan XC2S200E, digilab-D2E module, whose generated control signals resulted in input currents with practically sinusoidal waveforms... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

In this master thesis, the development of an electronic ballast with variable luminous flux for a T5 fluorescent lamp is presented. Several technics for the control of the power variation have already been discussed in the literature. Therefore, this work presents a method that blends two of the most traditional technics: the control done by altering the bus voltage and the control done through the changing of the switching frequency. To achieve this, the electronic circuit is composed by a power factor pre-regulator, which is a SEPIC converter with digitally controlled output voltage, a half-bridge inverter and a LCC resonant filter. For the pre-regulation stage, a proportional-integral compensator is used as the control method, which provides different levels of output voltage with an almost zero error when compared to the reference voltage and a satisfactory response to line disturbances. The half-bridge inverter control is done with the IR21592 IC, which keeps the phase angle fixed for the system’s entire operation band through a phase control loop. In order to validate the efficiency of this method, the electronic circuit is also evaluated when operating with the classical approach, by using a constant bus voltage and controlling the phase angle of the resonant filter to change the lamp’s luminous flux. Furthermore, the pre-heating of the lamp ’s filaments is analyzed and its temperatures are controlled by a Flyback converter, according to the power variation. / Essa dissertação apresenta o desenvolvimento de um pré-regulador de fator de potência aplicado a um reator eletrônico com variação de fluxo luminoso para uma lâmpada fluorescente modelo T5. Diversas técnicas para o controle da variação da potência em lâmpadas fluorescentes já foram discutidas na literatura, sendo que nesse trabalho será abordado um método que mescla duas das principais técnicas, que são: o controle feito pela variação da tensão de barramento e o controle feito através da variação da frequência de comutação do inversor ressonante. Para isso, o reator é composto de um estágio pré-regulador de fator de potência, formado por um conversor SEPIC com tensão de saída variável e controlada digitalmente, um inversor half-bridge e um filtro LCC ressonante. No estágio pré-regulador é utilizado um compensador proporcional integral para os diversos níveis de tensão de saída, o qual proporciona uma tensão de barramento com erro praticamente nulo em relação a referência e uma satisfatória resposta quando submetido a distúrbios da rede elétrica. O controle do inversor half-bridge é feito pelo CI IR21592, o qual, através de uma malha PLL, mantém o ângulo de fase da corrente do filtro ressonante fixo para toda faixa de operação do reator. Para a validação do desempenho do método proposto, é também avaliado o rendimento do circuito operando de forma clássica, utilizado uma tensão de barramento fixa e controlando o ângulo de fase da corrente do filtro ressonante para se obter a variação do fluxo luminoso da lâmpada. Também é avaliado o preaquecimento e o aquecimento dos filamentos da lâmpada durante a variação da potência, realizado por um conversor Flyback.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-10-14Bitstream added on 2014-06-13T20:27:55Z : No. of bitstreams: 1 ferreira_cs_me_ilha.pdf: 2485161 bytes, checksum: 08f725b1be1ea7769c8c4f79b5fa8d98 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho trata do desenvolvimento e implementação de um sistema de iluminação fluorescente com gerenciamento automático baseado em reatores eletrônicos aplicados a múltiplas lâmpadas fluorescentes. O foco desta pesquisa é direcionado ao desenvolvimento de uma plataforma automática de gerenciamento e supervisão, propiciando o controle de luminosidade, acionamento remoto e também acionamentos programáveis de acordo com o expediente de trabalho do local e condições de iluminação natural do ambiente, além de prover aumento de vida útil das lâmpadas fluorescentes, em função de protocolo proposto para préaquecimento e ignição. Foram acoplados ao sistema sensores de luminosidade e de presença, permitindo a obtenção dos dados necessários para a atuação automática. O controle por calha das lâmpadas fluorescentes é feito por um microcontrolador AtMega8 da ATMEL, o qual é responsável pela automação do sistema. A plataforma de gerenciamento e monitoração utiliza um microcomputador para que seja executado o aplicativo desenvolvido, o qual provê uma interface amigável ao usuário. Assim, um protocolo de comunicação foi desenvolvido para que haja uma comunicação de dados confiável, oferecendo robustez e alta confiabilidade ao controle do sistema de iluminação. Para o processamento dos dados, foi utilizado o barramento serial de comunicação full duplex com padrão RS232 e RS485 com transmissão assíncrona. Adicionalmente, o sistema funciona no sistema mestre-escravo, sendo o microcomputador responsável por enviar endereçamentos e ordens de ação aos microcontroladores, os quais identificam os endereçamentos e dados, executam a ação programada e envia dado de monitoramento ao microcomputador, quando requisitado pelo usuário. / In this work, the development and implementation of an illumination fluorescent system with automatic management based on electronic ballast applied to multiple fluorescent lamps are presented. This research is directed in the development of the management and supervision of an automatic platform, allowing the control of luminosity, the remote actuation and also the programmable actuation according with the local business work and conditions of natural light of the environment. In addition, the ballast will provide the increase in the average lifetime for fluorescent lamps, considering a proposed protocol to pre-heating and ignition. The automatic actuation of the system is allowed by the coupling, of the luminosity and presence sensors. The control of fluorescent lamps by channel is executed by an ATMEL’s AtMega8 microcontroller, which is responsible for the system automation. The management and monitoring platform uses a microcomputer with purpose to execute the implemented application, which will provide a friendly interface to the user. Thus, a protocol of communication was developed to allow a reliable communication of data, providing robustness and high reliability to the control of lighting system. Considering the processing of data acquired, was used a Serial Bus of communication with full duplex standard RS232 and RS485, with asynchronous transmission. Additionally, the system works in the master-slave mode, and the microcomputer is responsible for sending addresses and orders of action to microcontrollers, which identify and address data, in order to perform the programmed action to it, and in order to send data to the microcomputer, when requested by the user.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:36Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-05-14Bitstream added on 2014-06-13T18:08:35Z : No. of bitstreams: 1 brito_mag_me_ilha.pdf: 1676298 bytes, checksum: 52c7782c077571e9aa0d479e44fb3971 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho trata da análise, desenvolvimento e implementação de um estágio Pré- Regulador Retificador Boost de alto fator de potência, para servir como fonte de alimentação para sistemas de iluminação fluorescente multi-lâmpadas, com potência de até 1.200 watts e com índices de qualidade tanto para a fonte de alimentação em corrente alternada quanto para o sistema de iluminação. Este conversor será controlado de forma digital, através da técnica dos valores médios instantâneos da corrente de entrada, desenvolvido através da linguagem de descrição de hardware VHDL (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) e implementado em um dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array) Spartan 3. Neste trabalho são apresentadas análises matemáticas, para a obtenção das funções de transferência pertinentes ao projeto dos compensadores, onde será aplicada uma metodologia de projeto capaz de projetar estes compensadores utilizando os diagramas de Bode, de módulo e de fase, e ainda contemplar as influencias dos dispositivos A/D, D/A e do processador digital de sinais. Isto eliminará os erros presentes nos projetos via aproximação e permitirá a diminuição das taxas de aquisição necessárias. O projeto é simulado e validado através da plataforma MatLab/Simulink, onde são apresentados resultados para o regime permanente e para transitórios de carga e da tensão de alimentação. Além disso, o controle do conversor através da linguagem VHDL, usando o modelo comportamental num estilo de projeto topdown, é apresentado e também validado através de simulação. Ademais, um sucinto estudo dos reatores eletrônicos convencionais é apresentado, com o intuito de sevir como base para o desenvolvimento de um filtro capaz de barrar as componentes em ca da corrente que circula entre o capacitor de saída... / This work presents the analysis, development and implementation of a single-phase power factor correction (PFC) pre-regulator rectifier, based on boost circuit, to act as a power supply for 1.200 watts multi-lamp fluorescent systems. The converter’s digital control will be implemented using the average current mode control, based on VHDL language (VHSIC HDL – Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) and using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device. In this work, the mathematical analyses of the converter´s model are developed in order to obtain the proper transfer functions to design voltage and current digital compensators. The methodology applied at the digital design is capable to deal with the Bode diagrams and incorporate the analog to digital converter, the digital to analog converter and the digital signal processor, eliminating the uncertainties involving approximation methodologies and minimizing the necessity of high level of acquisition rates. This project is evaluated through MatLab/Simulink, showing results for steady-state operation and dynamics in order to analyze the converter’s response. Moreover, the converter’s digital control is based on VHDL language, using the behavioral modeling in a top-down project style, which is presented and validated through simulation results. In addition, the behavior of the conventional electronic ballasts are presented in order to help in the development of a filter, capable to impede the circulation of the AC components of the ballast current throught the feeding link, guaranteeing the continuous current conduction, among the boost capacitor and the electronic ballasts. Finally, this work presents the laboratorial development of this PFC with digital control, where the prototype was evaluated through experimental results.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIO KENDI NISHIOKA.pdf: 8294340 bytes, checksum: 28a4178bb0ec559b2db43a1aa6676188 (MD5) Previous issue date: 2011-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation proposes a digital control system for a three-phase four-wire high input power factor PWM rectifier with LCL filter. The proposed control system includes an inner control loop for active damping of the LCL filter peak resonance, which uses a lead-lag compensator. In addition, the control system presents an independent current loop for each rectifier phase, which employs resonant compensators tuned at the fundamental frequency of the utility grid voltage. Finally, other two outer loops are used to maintain the voltages across the dc bus capacitors regulated and balanced. This work also proposes a design methodology to obtain the parameter of the LCL filter, which is based on maximum harmonic currents allowed by technical standards and on the minimization of the reactive energy of the LCL filter capacitors. Simulation and experimental results are presented to validate the developed analysis and demonstrate the performance of the proposed controllers. / Esta Dissertação de Mestrado propõe um sistema de controle digital para um retificador PWM trifásico a quatro fios com filtro LCL e elevado fator de potência de entrada. O sistema de controle proposto inclui uma malha interna de amortecimento ativo do pico de ressonância do filtro LCL, fazendo uso de um compensador em avanço. Além da malha de amortecimento ativo, o sistema de controle apresenta uma malha de corrente independente para cada fase do retificador, as quais empregam compensadores ressonantes sintonizados na frequência fundamental da tensão de entrada. Por fim, outras duas malhas externas são utilizadas para manter as tensões dos capacitores que compõem o barramento CC reguladas e equilibradas. Este trabalho também propõe uma metodologia de projeto para os parâmetros do filtro LCL, a qual é baseada nos limites máximos de harmônicos de corrente permitidos pelas normas e na minimização da energia reativa do capacitor do filtro LCL. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar as análises desenvolvidas e demonstrar o desempenho dos controladores propostos.