APOLINÁRIO, M. F. Nobreak dupla conversão monofásico isolado em alta frequência com tensão de entrada bivolt e potência de 1kVA, baseado no conceito de circuito multi-portas. 2017. 184 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-06-21T12:20:44Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_hmlflima.pdf: 6605435 bytes, checksum: a5df59cade665115c9dac90f1ec584b0 (MD5) / Rejected by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com), reason: on 2017-06-21T12:36:59Z (GMT) / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2017-06-21T12:37:34Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_mfapolinário.pdf: 4850859 bytes, checksum: 4f7e96473c01ab5687eb8509a5513316 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-06-21T16:47:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_mfapolinário.pdf: 4850859 bytes, checksum: 4f7e96473c01ab5687eb8509a5513316 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-21T16:47:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_mfapolinário.pdf: 4850859 bytes, checksum: 4f7e96473c01ab5687eb8509a5513316 (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / This research presents a single-phase double conversion Uninterruptible Power Supply (UPS) designed with two alternating voltage levels, alternating output voltage 110V, 24V battery-set, and apparent output power of 1kVA. The UPS topology proposed is based on multi-port circuit concept, which uses an isolated High Frequency Transformer (HFT) that interconnected different power sources. The mentioned multi-port circuit consists in two input ports, and two output ports dedicated to feed the Full-Bridge voltage source inverter, and battery-charger derived from Buck topology. The primary power is connected to the input port through a Full-Bridge converter, and the standby power is connected to another input port through a voltage-feed Push-Pull converter. Some particularities of proposed system are indicated: two conversion stages for each operation mode, and the three levels square voltage waveform at the output inverter. It is also observed the practicality in the way that different sources of energy can be interconnected to the proposed UPS, which is not seen in other works. A prototype from proposed UPS was assembled, it was achieved an efficiency superior to 80% in grid mode for 1kVA, and an efficiency of 74% in battery mode for 860VA. Thus, the proposed uninterrupted system is considered an alternative to applications with power less than or equal to 2kVA. / Este trabalho apresenta o projeto de um sistema ininterrupto de energia (nobreak) dupla conversão monofásico com tensão na entrada alternada bivolt, tensão na saída alternada de 110V, tensão no banco de baterias de 24V, e potência aparente na saída de 1kVA. A topologia do nobreak proposta está baseada no conceito de circuito multi-portas, a qual faz uso de um transformador isolador de alta frequência que permite a interconexão entre diferentes fontes de energia. O referido circuito multi-portas apresenta duas portas de entrada, e duas portas de saída dedicadas a alimentar o inversor de tensão em ponte-completa, e o carregador de baterias derivado da topologia Buck. A rede elétrica é conectada à porta de entrada através de um conversor ponte-completa, e o banco de baterias é conectado a outra porta de entrada através de um conversor Push-Pull alimentado em tensão. Algumas particularidades do sistema proposto são indicadas: dois estágios de conversão para cada modo de operação, e a forma de onda de tensão quadrada com três níveis na saída do inversor. Observa-se também a praticidade na forma como diferentes fontes de energia podem ser interligadas ao nobreak proposto, que até então é dificilmente visto em outros trabalhos. Um protótipo do nobreak proposto foi montado, sendo obtido uma eficiência superior a 80% em modo rede para 1kVA, e uma eficiência de 74% em modo bateria para 860VA. Sendo assim, o sistema ininterrupto proposto é considerado uma alternativa às aplicações com potência menor ou igual a 2kVA.

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.

fator de potÃncia e recurso para operar com dois valores de tensÃo de entrada. O mesmo à aplicÃvel a sistemas ininterruptos de energia do tipo dupla conversÃo ou on-line com caracterÃsticas de tensÃo de entrada bivolt (110 Vca e 220 Vca) e desta maneira à descartada a utilizaÃÃo de um autotransformador com seletor de tensÃo. O conversor em estudo à composto por dois conversores CA-CC boost clÃssicos, em que, para uma tensÃo de entrada de 110 Vca as entradas sÃo conectadas em paralelo e para uma tensÃo de entrada de 220 Vca as entradas sÃo conectadas em sÃrie. A ideia à fazer com que se tenha uma divisÃo equilibrada na entrada de cada conversor quando a tensÃo da rede elÃtrica for 220 Vca. Assim cada conversor boost clÃssico recebe metade da tensÃo total de alimentaÃÃo do conversor proposto. A estratÃgia de controle à baseada no controle por modo corrente mÃdia aplicada a ambos os conversores para proporcionar a correÃÃo do fator de potÃncia e a regulaÃÃo da tensÃo de saÃda. Para verificar o estudo teÃrico foi desenvolvido o projeto do circuito de potÃncia e controle validando atravÃs de resultados de simulaÃÃo e experimentais para um protÃtipo de 2,4 kW. Para a conexÃo paralelo e sÃrie das entradas, os resultados obtidos foram satisfatÃrios e o conversor operou adequadamente. / This work presents a study of a Double Boost AC-DC Converter with power factor correction and dual input voltage operation capability via a selector switch. Such converter can be applied to on-line uninterruptible power supplies with dual voltage input characteristics, this way avoiding the usage of a low frequency autotransformer. The studied structure is composed by two AC-DC classical boost converters, in which for input voltage of 110 Vac both its inputs are connected in parallel, and, for 220 Vac, they are connected in series. The control strategy is based in the average current mode control applied to both converters, in order to provide the power factor correction and output voltage regulation. Simulation and experimental results for 2.4 kW are presented, and so are validate the theoretical study and design. Connecting the inputs in parallel and series, the results were satisfactory and the converter operated properly.