Orientador: Ana Cristina Cavalcanti Lyra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NeriJunior_AlmirLaranjeira_M.pdf: 2063024 bytes, checksum: 66bf0807a15396d41cfa7b41d39c5a12 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O presente texto visa a introduzir um novo método de acionamento do motor de indução bifásico de alimentação monofásica, prescindindo da chave centrífuga e reduzindo a corrente de partida da máquina sem incrementar sobremaneira os custos. Analisa-se seu comportamento de maneira bidirecional, tanto como carga elétrica para uma rede de distribuição quanto como acionador mecânico. Serão apresentadas as características convencionais desta máquina elétrica, com uma avaliação do comportamento de fluxos e a explanação das equações matemáticas que modelam o sistema simulado. Os métodos de partida mais comuns são avaliados, bem como diversos métodos de eletrônica de potência desenvolvidos em algumas referências bibliográficas. Gráficos e tabelas subsidiam as comparações entre métodos, de forma a concluir com as vantagens introduzidas pelo método proposto / Abstract: This text introduces a new topology supply for the single-phase induction motor using power electronics. The proposed method does not use centrifugal switch and reduces starting current with a cheap circuitry. The analysis will be based on drive behavior, analyzing mechanical values, and as load behavior ¿ electrical values ¿ for a distribution network. Main characteristics of the electrical machine will be presented, regarding flux interactions and model equations used to simulate. Commonly used starting method and references starting methods are simulated to offer a reliable comparison for the new topology. Graphs and tables show the whole results, and it can be concluded that the proposed starting method presents advantages for this machine / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Ph.D. Thesis proposes a comparison of modulation techniques, semiconductors devices technologies and topologies for multilevel inverters, in order to point out the multilevel drive system that presents the best performance for a given application. Initially, a comparison methodology is proposed which is based on selecting the switching frequency where all systems present 99% efficiency. The performance indeces included in this analysis are: semiconductor devices power losses, heat-sink volume, THD, DF1, DF2, common mode voltage and harmonic spectrum. For each topology of multilevel inverter it is made a comparison among the modulation techniques and semiconductor devices to obtain the set (modulation + semiconductor) that presents better overall performance. After, the comparisons for each topology, a comparison among the sets that present better results is made, leading to the choice of the best system for a given specific application. The modulation techniques that present the best performance for each multilevel inverter are implemented on an FPGA. Experimental results, such as inverters efficiency and output voltage waveform, are presented for a reduced scale prototype, with the intention of validating the models employed in this Phd Thesis. / Esta Tese de Doutorado propõe a comparação de técnicas de modulação, tecnologias de dispositivos semicondutores e topologias de inversores multiníveis, para realizar o apontamento do sistema de acionamento de média tensão que apresenta melhor desempenho para uma dada aplicação. Inicialmente é proposta uma metodologia de comparação, que tem como objetivo encontrar a frequência de comutação na qual cada sistema apresenta 99% de rendimento. Os índices de desempenho propostos para análise são: perdas nos dispositivos semicondutores, volume do dissipador, THD, DF1, DF2, tensão de modo comum e espectro harmônico. Para cada topologia de inversor multinível é efetuada uma comparação entre as técnicas de modulação e os dispositivos semicondutores selecionados, para determinar o conjunto (modulação + semicondutor) que apresentam os melhores resultados nos índices de desemplenho supracitados. Após as comparações para cada topologia, é realizada uma comparação entre os conjuntos que apresentaram melhor resultado, levando ao apontamento do sistema mais adequado para uma dada aplicação. As técnicas de modulação que apresentaram melhor desempenho para cada inversor multinível são implementadas em FPGA. Os resultados experimentais como rendimento dos inversores e formas de onda das tensões de saída são apresentados para protótipos de escala reduzida, objetivando validar alguns dos modelos empregados na Tese.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Ph.D. Dissertation focuses on the proposal of a novel converter topology applied to the connection of an energy storage system, composed of a supercapacitor bank and a battery bank, to the dc bus of a residential microgrid. The proposed full-bridge-forward integrated dc-dc converter presents high voltage gain between the input and output, a fundamental requirement for the desired application, bidirectional power flow, galvanic isolation, among other features. The integration process, operation stages (including converter waveforms and equations), design methodology, dc modeling, among others, are presented. Three different clamping circuits structures are studied and applied to the proposed converter. Moreover, a comparison including several parameters with the dual active bridge converter, which is one of the most used topologies for similar applications is performed, highlighting the lesser number of active switches. Experimental results of the proposed converter in different operation modes are presented, validating the theoretical analysis. Experimental results of the dual active bridge converter are also presented and its performance is compared to the proposed converter, where it can be seen that the efficiency of the proposed converter is higher. The topology application is directed to microgrid systems, which attract high attention nowadays due to the possibility of renewable electric energy generation through distributed energy resources and with high reliability. / Esta Tese de Doutorado tem como foco a proposta de uma nova topologia de conversor aplicado para conexão de um sistema de armazenamento de energia, composto de um banco de supercapacitores e um banco de baterias, ao barramento CC de uma microrrede residencial. O conversor CC-CC integrado full-bridge-forward proposto apresenta alto ganho de tensão entre a entrada e saída, requisito fundamental para a aplicação desejada, fluxo de potência bidirecional, isolação galvânica, entre outras características. O processo de integração, etapas de operação (incluindo formas de onda e equações do conversor), metodologia de projeto, modelagem CC, entre outros, são apresentados. Três diferentes estruturas de circuitos grampeadores são estudadas e aplicadas ao conversor proposto. Além disso, uma comparação de diversos parâmetros com o conversor dual active bridge, que é uma das topologias mais utilizadas para aplicações semelhantes é realizada, destacando o menor número de interruptores. Resultados experimentais do conversor proposto em diferentes modos de operação são apresentados, validando as análises teóricas. Resultados experimentais do conversor dual active bridge também são apresentados e o seu desempenho é comparado ao do conversor proposto, onde se observa que o rendimento do conversor proposto é superior. A aplicação da topologia é voltada para sistemas de microrrede, os quais atraem grande atenção atualmente devido à possibilidade de geração de energia elétrica de maneira renovável através de fontes distribuídas e com elevada confiabilidade.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-16T14:59:25Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Análisesupraharmônicosequipamentos.pdf: 6997766 bytes, checksum: c986065c4af63643d869b704982eb088 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-10-16T14:59:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Análisesupraharmônicosequipamentos.pdf: 6997766 bytes, checksum: c986065c4af63643d869b704982eb088 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T14:59:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Análisesupraharmônicosequipamentos.pdf: 6997766 bytes, checksum: c986065c4af63643d869b704982eb088 (MD5) Previous issue date: 2018-09-10 / Esta dissertação objetiva analisar a emissão, a propagação e a interação entre equipamentos envolvendo componentes harmônicas que possuem frequência na faixa entre 2 kHz e 150 kHz, denominadas supraharmônicos. A literatura especializada já reportou a emissão de supraharmônicos por equipamentos eletrônicos como lâmpadas fluorescentes, lâmpadas LED, inversores de frequência e nobreaks, além de impactos relacionados ao aquecimento de cabos e terminações, ruído acústico e interferência em sistemas PLC (Power Line Communication). No presente trabalho, foram realizadas campanhas de medição, em ambiente laboratorial, em inversores de frequência e um conjunto de lâmpadas LED. As medições se dividiram em dois grupos distintos: com os equipamentos conectados à rede elétrica e a uma fonte eletrônica trifásica, com o objetivo de verificar as ordens e os níveis, tanto das emissões provenientes dos equipamentos, quanto da distorção emitida pela própria fonte eletrônica, além da interação entre a fonte e os equipamentos alimentados. Foram empregadas a Transformada de Fourier e a Transformada Wavelet Packet para efetuar a análise e caracterização das distorções observadas. As medições mostraram uma contribuição significativa dos equipamentos observados e da fonte eletrônica para a emissão de supraharmônicos, além da amplificação da distorção quando os equipamentos são por ela alimentados. / Esta dissertação objetiva analisar a emissão, a propagação e a interação entre equipamentos envolvendo componentes harmônicas que possuem frequência na faixa entre 2 kHz e 150 kHz, denominadas supraharmônicos. A literatura especializada já reportou a emissão de supraharmônicos por equipamentos eletrônicos como lâmpadas fluorescentes, lâmpadas LED, inversores de frequência e nobreaks, além de impactos relacionados ao aquecimento de cabos e terminações, ruído acústico e interferência em sistemas PLC (Power Line Communication). No presente trabalho, foram realizadas campanhas de medição, em ambiente laboratorial, em inversores de frequência e um conjunto de lâmpadas LED. As medições se dividiram em dois grupos distintos: com os equipamentos conectados à rede elétrica e a uma fonte eletrônica trifásica, com o objetivo de verificar as ordens e os níveis, tanto das emissões provenientes dos equipamentos, quanto da distorção emitida pela própria fonte eletrônica, além da interação entre a fonte e os equipamentos alimentados. Foram empregadas a Transformada de Fourier e a Transformada Wavelet Packet para efetuar a análise e caracterização das distorções observadas. As medições mostraram uma contribuição significativa dos equipamentos observados e da fonte eletrônica para a emissão de supraharmônicos, além da amplificação da distorção quando os equipamentos são por ela alimentados.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissert Final Marcel Araujo.pdf: 10392408 bytes, checksum: 3344b21a2f98d64347dd0aea895a4444 (MD5) Previous issue date: 2013-03-01 / The use of piezoelectric devices to harvest vibration energy has found applications in several areas, especially in structural health monitoring, either to recharge batteries or to directly feed sensors and also electronic devices. In general, the practical use of the energy converted by these devices requires, first, converting the alternating current (AC) produced to direct current (DC). This is normally done by using rectifier circuits. However, modeling the harvesting system, usually a PZT sensor bonded on a cantilever micro-beam and coupled to a rectifier circuit, using the same software package is pointed out by some authors as a drawback to overcome, due to its multidisciplinary requirements, involving topics of both mechanical and electrical engineering. In this sense, the main goal of this dissertation is to describe a comprehensive and simple modeling strategy, which considers a single computational platform and, simultaneously, account for both the electromechanical model of a clamped piezoelectric beam and the practical energy harvesting circuit, seeking ways to facilitate the analysis and design of energy harvesting systems. Numerical simulations and experimental tests are performed to illustrate the proposed approach, considering a full-wave diode bridge as the non-controlled rectifier circuit and a resistive load, which are directly connected to the cantilevered piezoelectric beam. Additionally, experimental tests carried out with a commercial harvesting system are presented, aiming to characterize and compare its performance with a full-wave diode bridge and a resistive circuit, both developed by the author. A single degree of freedom model of this system is also presented. The results showed that the model is suitable to perform simulations of systemshaving the characteristics described in this dissertation and confirmed the need of using active circuits to better use the produced energy. / A utilização de dispositivos piezelétricos para reaproveitamento de energia vibratória tem en- contrado aplicações em várias áreas, sobretudo em monitoramento de integridade estrutural, seja para recarregar baterias ou alimentar diretamente sensores e outros dispositivos eletrôni- cos. Em geral, o uso prático da energia convertida por estes transdutores requer, primeiramente, a transformação da corrente alternada (CA) produzida em corrente contínua (CC). Isto é fre- quentemente obtido por meio da utilização de circuitos retificadores. Entretanto, utilizar o mesmo pacote de software para modelar sistemas de energy harvesting, geralmente compostos por um sensor piezelétrico acoplado em uma microviga e conectados a um circuito retificador, é apontado por alguns autores como um grande desafio a ser superado, pois necessita de requisi- tos multidisciplinares que incluem tópicos de engenharia elétrica e mecânica. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho é apresentar uma estratégia de modelagem simples, que utilize apenas uma plataforma computacional e considere, simultaneamente, os modelos de uma viga piezelétrica e um circuito prático de extração/armazenamento de energia, buscando meios de facilitar a análise e o projeto de sistemas de energy harvesting. Simulações numéricas e testes experimentais são realizados para ilustrar a abordagem proposta, considerando um circuito retificador de onda completa e uma carga resistiva conectados diretamente a uma viga piezelétrica sob condição engastada-livre. Além disso, são apresentados testes experimentais realizados com um sistema comercial de energy harvesting visando caracterizar e comparar seu desempenho frente aos circuitos retificadores de onda completa e resistivo, ambos confeccionados pelo autor. Um modelo de um grau de liberdade deste sistema também é apresentado. Os resultados mostraram que o modelo é adequado para realizar simulações de sistemas que possuam as características descritas neste trabalho e comprovaram a necessidade de se utilizar um circuito ativo para se ter um melhor reaproveitamento da energia gerada.

This Master's Dissertation aims to compare two topologies of AC Module converters, applied in photovoltaic systems. The principles of operation, the characteristic equations, the parameters found are detailed for both topologies, while their transfer functions are analyzed in order to present optimized controllers. Commercial components are determined for the real system simulation, based on the same criteria for both AC Modules. The analysis of the energy injected in the grid by each topology and their respective cost with active components provides a quality index that allows a fair comparison between them and determining which topology provides superior performance on the conditions of this study. Through this index is observed that the efficiency of the converter Full-Bridge ZVS Phase Shift AC Module is superior. Experimental results of the converter are presented validating the theoretical analysis and the operation of the topology. The application of this topology is on photovoltaic systems and enables the use of these systems at small scales and with great potential for expansion. The use of photovoltaic energy is of utmost importance in the global scenario, where the search for renewable energy grows exponentially. / Esta Dissertação de Mestrado tem como objetivo a comparação entre duas topologias de conversores Módulo CA, aplicados em sistemas fotovoltaicos. Os princípios de funcionamento, as equações características e os parâmetros encontrados são detalhados para as duas topologias. São especificados componentes comerciais para a simulação do sistema, baseando-se no critério apresentado para ambos os Módulos CA. A análise da energia injetada na rede para cada topologia e o levantamento do custo com componentes ativos proporciona a criação de um índice de qualidade. Este índice permite a comparação entre elas e a determinação de qual topologia apresenta maior injeção de energia na rede com o menor investimento em componentes ativos. Através desse índice se observa que em simulação o rendimento do conversor Full-Bridge ZVS Phase Shift Módulo CA é superior. Resultados experimentais do conversor são apresentados para validar as análises teóricas e o funcionamento da topologia. A aplicação da topologia é voltada para sistemas fotovoltaicos de baixa potência e possibilita a utilização destes sistemas em pequena escala e com grande possibilidade de expansão.

MENEZES, L. M. Projeto inversol - desenvolvimento de uma fonte ininterrupta de energia com possibilidade de uso em sistema fotovoltaico. 216 f. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-17T13:37:00Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_lcmenezes.pdf: 6838994 bytes, checksum: 0618e26e05217675047a41cff761ba75 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-18T17:43:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_lcmenezes.pdf: 6838994 bytes, checksum: 0618e26e05217675047a41cff761ba75 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-18T17:43:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_lcmenezes.pdf: 6838994 bytes, checksum: 0618e26e05217675047a41cff761ba75 (MD5) Previous issue date: 2007-07-06 / The study of the development of initerruptible power supply to be used in a photovoltaic system has as motivation that the wide UPS production scale can reduce the cost of power electronics converters associated with a photovoltaic system. The project proposes a topology of an on-line UPS, with 220 Volts, 60 Hz input/output voltage, 715 VA power, 88% efficiency, High frequency isolation and Power factor correction. The Project consists on a rectifier, it is responsible for providing the input power factor correction and the high frequency isolation. An inverter, it supply the load with a output sinusoidal voltage and a high gain boost converter that increase the voltage from the battery pack up to the inverter. When the project is used in a photovoltaic system, it is only used the inverter and the high gain boost converter. / O estudo para o desenvolvimento de uma fonte ininterrupta de energia com possibilidade de uso em sistema fotovoltaico, tem como motivação que a larga escala da produção desse tipo de equipamento possa reduzir o custo dos conversores de eletrônica de potência associados a uma instalação fotovoltaica. O projeto proporem a união de topologias de conversores, resultando em uma UPS do tipo on-line com tensão de entrada e de saída de 220 Volts 60 Hz, potência total de 715VA, rendimento de 88%, isolada em alta freqüência e com correção do fator de potência na entrada. Sendo composta por um retificador na entrada com topologia de um conversor em ponte completa alimentado em corrente, esse conversor é responsável por prover a correção do fator de potência na entrada e da isolação galvânica em alta freqüência. Um inversor em ponte completa com filtro LC e modulação PWM unipolar, que é capaz de entregar uma tensão senoidal para a carga e um conversor boost de alto ganho que cumpre o papel de elevar a tensão de 24 Volts do banco de baterias para a tensão de 400 Volts do barramento de entrada do inversor. Cada conversor tem seu estudo teórico desenvolvido e ao final após as especificações e dimensionamentos são mostrados os resultados experimentais do protótipo do projeto. Quando o sistema for aproveitado em uma instalação fotovoltaica somente o inversor e o conversor boost de alto ganho são utilizados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents a methodology to compare different topologies and configurations of multilevel systems applied to drive medium voltage induction motors. Initially, it presents the input and output parameters that must be supplied by the power drivesystems manufacturer. Then, the mathematical models of the performance indexes used are presented, being, the total harmonic distortion, first order distortion factor and the power losses of the main semiconductors devices. After, it is presented a methodology that allows the amplitude selection of DC sources for the inverter with a specific number of cascaded Hbridge cells. A study regarding the hybrid multilevel modulation strategies and the impact of their variations on the semiconductors devices power losses of the output inverter is developed. Based on this study, it is proposed a new hybrid multilevel modulation technique, it minimizes the semiconductors power losses and allow the use of front-end uncontrolled rectifiers without modifying the total harmonic distortion of the output voltage inverter. After, it is developed a comparative study between the asymmetrical hybrid multilevel inverter and the symmetrical multilevel inverter, which enables the determination of the switching frequency for the one determined performance and the maximum switching frequency of each converter. This Master Thesis presents complementary methods of design of the hybrid multilevel inverter and a methodology that will make possible to choose the drive system that presents high efficiency and reduced cost, neither penalizing the energy quality of the utility grid nor the induction motor constraints. / Esta Dissertação de Mestrado apresenta uma metodologia para comparar diferentes topologias e configurações de sistemas multiníveis aplicados ao acionamento de motores de indução de média tensão. Inicialmente são apresentados os parâmetros de entrada e saída que devem ser fornecidos pelos fabricantes de sistemas de acionamento de alta potência. Então, são apresentados os modelos matemáticos dos índices de desempenho utilizados, sendo eles, distorção harmônica total, fator de distorção de primeira ordem e perdas nos dispositivos semicondutores principais. Posteriormente, é apresentada uma metodologia que permite selecionar a amplitude das fontes CC para um inversor com um número específico de células H-bridge conectadas em série. Um estudo a respeito das estratégias de modulação multinível híbrida e o impacto de suas variações sobre as perdas dos dispositivos semicondutores do inversor de saída é apresentado. Fundamentado neste estudo, é proposta uma nova técnica de modulação multinível hibrida, que minimiza as perdas nos semicondutores e permite o uso de retificadores não controlados no estágio de entrada sem modificar a distorção harmônica total da tensão de saída do inversor. Depois, é desenvolvido um estudo comparativo entre o inversor multinível híbrido assimétrico e o inversor multinível simétrico, que permite a determinação da freqüência de comutação para um rendimento específico e a máxima freqüência de comutação de cada conversor. Esta Dissertação de Mestrado apresenta métodos complementares de projeto de inversores multiníveis híbridos e uma metodologia que possibilitará escolher sistemas de acionamento que apresentem alta eficiência e custo reduzido, sem por isso prejudicar a qualidade da energia drenada da rede pública e fornecida ao motor de indução.