Este trabalho trata sobre a utilização de técnicas de comutação suave aplicadas `a conversores estáticos de potência. A técnica analisada em particular consiste em proporcionar comutação em zero de tensão aos interruptores controlados, sendo referenciada na literatura como Zero Voltage Switching (ZVS). Dentre as diversas topologias de circuitos que implementam a técnica ZVS, neste trabalho é utilizada uma célula de comutação Zero Voltage Transition (ZVT), no qual utiliza interruptores controlados e elementos em paralelo com o circuito principal. O foco do trabalho é a aplicação desta célula ZVT a um conversor CC-CA PWM monofásico com saída senoidal. Nesse sentido inicialmente é feita uma revisão das topologias básicas dos inversores, é das técnicas PWM utilizadas para obtenção de saída senoidal. São apresentados os circuitos ZVT convencional e aprimorado descritos na literatura, no qual o ZVT aprimorado é empregado ao conversor CC-CA ponte completa. São apresentadas as etapas de funcionamento e análise matemática. É descrita uma metodologia de projeto para a determinação dos componentes do circuito auxiliar, com base em restrições definidas para o correto funcionamento da célula e das características dos semicondutores utilizados como chave. Um protótipo do conversor é implementado em laboratório para a validação do projeto, verificação das formas de onda nos interruptores e análise do rendimento. Outros dois circuitos de auxílio à comutação são implementados para efeitos de comparação, sendo o circuito ZVT convencional e o dissipativo snubber de Undeland. Os resultados experimentais comprovam a obtenção da comutação suave nos interruptores e o conversor apresentou rendimento de no mínimo 1% superior ao ZVT convencional e 2% ao snubber de Undeland, valores estes para toda a faixa de carga. / This paper discusses above the application of soft-switching techniques to static power conver-ters. The technique discussed in particular consists in provide zero voltage switching (ZVS) to controlled switches. Among the various circuit topologies to implement the ZVS technique, in this work is used a cell Zero-Voltage Transition (ZVT), in which uses controlled switches and elements in parallel with the main circuit. The main objective of the work is the application of this cell ZVT to a single-phase PWM inverter with sinusoidal output. In this sense initially is made a review of the basic topologies of inverters , and of the PWM techniques used to obtain sinusoidal output. Are presented the circuits ZVT conventional and improved described in the literature, in which the improved ZVT is employed on DC-AC full bridge converter. Steps of operation and mathematical analysis are presented. A design methodology is described for the determination of the components of the auxiliary circuit, based on constraints set for the correct functioning of the cell and of the characteristics of semiconductor. A prototype of the converter is implemented in the laboratory for the validation of the project, verification of waveforms the switches and analysis of efficiency. This converter is compared with other two circuits, ZVT conventional and the Undeland snubber. Experimental results show the achievement of soft switching the switches and the converter presenting an efficiency of at least 1% over for the ZVT conventional and 2% to the undeland snubber, these values for all load range.

CAPES / Este trabalho apresenta um estudo voltado ao projeto e desenvolvimento de um emulador de painéis fotovoltaicos. O emulador é composto por uma fonte de alimentação de 4 kW capaz de fornecer tensões e correntes cujo comportamento se assemelha ao comportamento de um arranjo de painéis fotovoltaicos. A estrutura de potência da fonte de alimentação é constituída por um conversor CC-CC Full-Bridge trifásico. Este conversor, isolado em alta frequência, garante menor volume e segurança para um equipamento de laboratório. Estima-se que este trabalho possa ser aplicado no teste de inversores fotovoltaicos com métodos de MPPT com respostas dinâmicas de até 300Hz. A estratégia de controle se baseia na solução numérica do modelo matemático de uma célula fotovoltaica de onde se extrai uma referência de corrente que, a partir de adequações, é imposta à carga ligada ao emulador. Desta forma, é apresentada uma metodologia de projeto da fonte de alimentação proposta. Por fim, são apresentados os resultados práticos que comprovam a funcionalidade do emulador. / This work presents a study, design, and development of a 4 kW photovoltaic array emulator. The emulator is composed of a power supply capable of delivering voltages and currents whose behavior resembles the behavior of a photovoltaic array. The structure of this power supply consists of a three-phase full-bridge DC-DC converter. This high frequency isolated converter provides a smaller volume and ensures safety for laboratory equipment. This work can be applied to test photovoltaic inverters with MPPT methods and dynamic responses up to 300Hz. The control strategy is based on the numerical solution of the mathematical model of a photovoltaic cell from which is extracted a reference current to the control of the emulator. The methodology applied to design the proposed power supply is also presented. Finally, the design, simulation, and practical results of the emulator are shown to prove its operation.

CAPES / Este trabalho aborda a aplicação de uma célula de comutação suave para um conversor matricial. No início do trabalho são apresentadas as características do conversor, apontando suas vantagens e desvantagens. Na sequência, é realizado o estudo da técnica de comutação suave, conhecida como ZVT, que caracteriza-se por não apresentar elementos em série com o circuito matricial. Essa técnica permite que as comutações do conversor matricial ocorram em zero de tensão (ZVS). Para que isso seja possível é utilizado um circuito auxiliar de comutação (CAC). Este circuito tem por finalidade desviar parte do fluxo de potência, permitir a comutação entre as fases do conversor matricial e, na sequência devolver essa energia para a carga. Ainda, esse mesmo circuito realiza as suas comutações, também com condições nulas, isto é, em zero de corrente (ZCS). Todas as etapas necessárias durante as comutações são analisadas; através dos planos de fase, circuitos e das expressões que determinam o tempo de duração de cada etapa. Algumas modificações na atuação do circuito auxiliar são propostas, com a finalidade de reduzir a energia necessária envolvida no processo de comutação. Por fim, para validar o estudo realizado foi implementada uma plataforma de estudos. Nessa plataforma, optou-se pela implementação de um conversor matricial com entrada trifásica e saída monofásica e um circuito auxiliar de comutação. Os resultados obtidos mostram que o circuito auxiliar permitiu que ocorressem as comutações das chaves semicondutoras do circuito matricial em zero de tensão. As modificações propostas possibilitaram que as comutações ocorressem de forma segura, além de garantir a condição nula nos semicondutores, com a redução da quantidade de energia envolvida no processo de comutação. / This paper discusses the application of a switching cell to a soft switching converter matrix. At the beginning of the work are presented the characteristics of the converter, pointing out their advantages and disadvantages. In the sequence, is performed the study on the soft switching technique, known as ZVT, which is characterized by not present the elements in series with the circuit matrix. This technique allows the converter switching matrix occur at zero voltage (ZVS). In order to make this possible is used an auxiliary switching circuit (cac). This circuit has the purpose to divert part of the ow of power, enabling switching between the phases of the matrix converter and, following return this energy to the load. Also, this same circuit performs its switching also with null conditions, i.e. at zero current (ZCS). All steps required during the commutations are analyzed; through phase circuits plans and expressions that determine the duration of each stage. Some changes in the performance of the auxiliary circuit are proposed in order to reduce the energy required in the process of switching. Finally, to validate the study was implemented a platform for studies. On this platform, we chose to implement a converter matrix with three-phase input and single phase output and a switching auxiliary circuit. The results show that the auxiliary circuit allowed to occur semiconductor switches of the switching matrix circuit at zero voltage. The proposed modifications have enabled the commutations occur in safe form, besides ensuring null condition in the semiconductor by reducing the amount of energy involved in the switching process.

CAPES / Este trabalho apresenta um estudo comparativo de perdas em semicondutores empregados em diferentes técnicas de comutação suave aplicadas a inversores alimentados em tensão para aplicações industriais. As técnicas a serem avaliadas são as de transição sob corrente e tensão nulas simultaneamente, conhecida como ZCZVT (Zero-Current and Zero-Voltage Transition). Para que possa ser realizada uma comparação de forma justa, é proposta uma metodologia de projeto do circuito auxiliar para os inversores ZCZVT com circuito auxiliar ressonante e ZCZVT com circuito auxiliar não ressonante, de tal forma que todos os Transistores Bipolares de Porta Isolada (Insulated Gate Bipolar Transistors – IGBTs) assistidos por estes circuitos de auxílio à comutação tenham condições de comutação semelhantes, i.e., comutem sob taxas de variação de tensão e corrente semelhantes. Para tanto, esta metodologia baseia-se nas restrições dinâmicas apresentadas pelos IGBTs em condições de comutação sob corrente e tensão nulas. A partir desta metodologia, tendo sido asseguradas as condições ideais de comutação para todos os IGBTs da ponte monofásica, desenvolveu-se um estudo comparativo dos esforços, perdas e limitações de cada um dos circuitos auxiliares (ressonante e não ressonante). As simulações dos inversores com a tecnologia de transistores IGBTs disponíveis no mercado serviu de base para a montagem de protótipos. Os protótipos são implementados através de um circuito de teste onde a estratégia de chaveamento dos dispositivos semicondutores é elaborada por meio de dispositivos lógicos programáveis de FPGA. Após a aquisição de dados experimentais, os mesmos são comparados com as simulações realizadas a fim de se determinar os reais benefícios e limitações de um inversor em relação ao outro. / This work presents a comparative study of semiconductor losses applied to Voltage Source Inverter - VSI for industrial drives applications with different soft-switching techniques. The evaluated techniques are Zero Current Zero Voltage Transition Inverters, known as ZCZVT. In order to make a fair comparison of them, it is proposed a unified design methodology for the auxiliary circuit of both ZCZVT inverters, with on-resonant auxiliary circuit, in such a way that all the IGBTs transistors assisted by theses auxiliary circuits have similar switching conditions, i.e., similar dv/dt and di/dt during transitions between the switches on and off states. Therefore, this methodology is based on the main physical constrains showed by IGBTs operating under switching conditions. By means of this methodology, the ideal conditions of switching for all IGBTs of the single phase bridge have being assured. Additionally, it was developed a comparative study of the stresses, losses and limitations of each one of the auxiliary circuits (resonant and non-resonant). The simulations of the inverters with some important IGBT technologies available on the market served as the basis to assembly the laboratory prototypes. The prototypes are implemented by a circuit under test with the switching strategy is developed using Field Programmable Gate Array - FPGA. After the experimental data acquisition, the results are compared with the simulations carried out in order to determine actual benefits and limitations of each inverter.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:53:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000423831-Texto+Completo-0.pdf: 7361377 bytes, checksum: efe75f73ad733990c4a7abe99efa1fdc (MD5) Previous issue date: 2010 / This work presents a methodology to design Repetitive Controllers applied to uninterruptible power supplies subject to large load variations. The Repetitive Controller structure is based on the internal model principle, since infinite imaginary poles are included in the control loop by adding a time delay in a positive feedback loop for the frequencies which are integer multiple of the fundamental frequency component. In this way, a zero tracking error and harmonic rejection is obtained in steady state. The main objective of this Master’s thesis is to devise design conditions of a state feedback control law in terms of linear matrix inequalities (LMIs). The stabilization conditions are based on Lyapunov-Krasovskii functionals and they include a constraint to ensure a given exponential decay rate of the error signal with the minimum control effort. The obtained state feedback gains guarantee the closed loop stability for all admissible load variation, where the load is modeled as an uncertain (time-varying) parameter with known limits. The controller is designed in continuous time domain considering two different control structures. For these two implementations, the state space representations of the augmented system (including plant and controller) are obtained aiming the state feedback synthesis which is numerically obtained via standard LMI solvers available in the control literature. Experimental results are obtained considering a single phase DC-AC inverter submitted to linear and nonlinear load variations. The continuous time controller, which is numerically obtained, is discretized and implemented in a real-time digital system based on a dSPACE® DS1104 acquisition board operating simultaneously to the real time toolbox of Matlab/Simulink®.The practical experiments have demonstrated the good dynamic and steady state behavior of the control system with a large rejection of harmonic components of periodic loads. / Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto para controladores Repetitivos aplicados a sistemas ininterruptos de energia sujeitos a grandes variações de carga. A estrutura do controlador Repetitivo se baseia no princípio do modelo interno, pois, através da inclusão de um elemento de atraso temporal na malha de controle, incruem-se infinitos pólos no eixo imaginário em freqüências múltiplas inteiras da freqüência fundamental. Desta forma, é possível seguir sinais senoídais e também rejeitar harmônicos em regime permanente. o objetivo principal desta dissertação é a obtenção de condições de projeto de uma realimentação de estados (da planta e do controlador) na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs). As condições de estabilização são baseadas em funcionais de Lyapunov-Krasovskii e inclui uma restrição para garantir uma taxa de decaimento exponencial do Sinal erro com um mínimo esforço de controle. Os ganhos obtidos garantem a estabilidade do sistema para toda a faixa de variação de carga que é considerada como um parâmetro incerto com valores máximo e mínimo conhecidos. o controlador Repetitivo é projetado no domínio contínuo utilizando duas realizações distintas. Em ambas as realizações são obtidas as representações por espaço de estados do sistema aumentado (incluindo estados da planta e do controlador) visando a síntese dos ganhos da realimentação de estados. Nas duas abordagens esses ganhos são obtidos através da formulação LMI a qual é determinada numericamente utilizando programas (solvers) disponíveis na literatura. Resultados experimentais são obtidos considerando um inversor de tensão CC-CA monofásico comerciai o qual é submetido a cargas do tipo linear e não linear.O controlador contínuo, obtido numericamente, é discretizado e implementado em uma plataforma de tempo real baseada na placa de aquisição de dados dSPACE® DS1104 operando em conjunto com a plataforma Matlab/Simulink®. Os ensaios realizados em tempo real demonstram o bom comportamento dinâmico e estático do sistema de controle, demostrando a sua capacidade de rejeitar distúrbios periódicos na carga.

Orientador: José Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:53:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bonaldo_JaksonPaulo_M.pdf: 2972818 bytes, checksum: d23d65d56a50edebdb72fdfa13beb6b6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação aborda conversores eletrônicos de potência utilizados em processos de produção de ozônio por descarga eletrostática em alta freqüência, propondo técnicas para melhorar o desempenho do sistema, bem como aumentar a confiabilidade do mesmo. Uma das técnicas propostas é utilizada para evitar a saturação dos transformadores de alta tensão, por meio da introdução de um controle rápido de corrente. Um controle lento da tensão também é introduzido, visando eliminar níveis médios que possam existir nas tensões, evitando assim a atuação prolongada do controle de corrente. Com intuito de aumentar a potência do sistema e, conseqüentemente, a geração de ozônio, são realizados estudos baseados em uma topologia de conversores polifásicos. É proposta uma nova técnica de controle para equalizar as potências nas fases do conversor. Discrepâncias nas potências ocorrem devido às diferenças entre os valores dos parâmetros das células geradoras de ozônio e dos transformadores, levando a um desbalanceamento da carga polifásica conectada ao conversor. A técnica de equalização consiste basicamente em aplicar tensões desbalanceadas à carga para compensar o desequilíbrio. Para tanto, é necessário realizar a realimentação de tensões e correntes no primário dos transformadores. São apresentados estudos, simulações e resultados experimentais para validar as técnicas e topologia propostas. Os resultados obtidos a partir da implementação prática convergem para os resultados obtidos por simulação, indicando que os métodos estudados são viáveis para a aplicação / Abstract: This work discusses power electronic converters used in ozone generation by highfrequency electrostatic discharge, suggesting techniques to improve the system performance and increase its reliability. One of the techniques is used to avoid saturation of the high voltage transformer through the introduction of a fast current control. A slow voltage control is introduced too. This control eliminates average levels that may exist under the voltage, thus avoiding the actuation of the current control for long time. A poly-phase topology is studied in order to increase the power delivered to the load and, consequently, the generation of ozone. A new control technique is proposed to equalize the power among the phases of the converter. Discrepancies in power values, among converter phases, are due to the dispersion of the parameters of the ozone generating cells and transformers, leading to a load imbalance. The equalization technique consists basically on applying unbalanced voltages to the load, in order to compensate the load unbalance. Therefore, it is necessary to perform the feedback voltage and currents on the primary side of transformers. It is presented studies, as well as, simulations and experimental results to validate the topology and the proposed techniques. The results obtained from the implementation converge to the simulated ones, indicating that the studied methods are feasible for implementation / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T05:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sperandio_GiulianoSalomao_M.pdf: 1492429 bytes, checksum: f30c57d63ec881417a2d7f6ebaf926c2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O ozônio se apresenta como um excelente produto químico para ser usado em substituição ou em conjunto com o cloro para o tratamento de água. O ozônio é um potente bactericida e viricida e não deixa resíduos no meio ambiente. A produção deve ser local e requer apenas ar e eletricidade. Um método simples e eficaz para a produção de ozônio é através de microdescargas em barreiras dielétricas em oxigênio. A produção da microdescarga é feita numa célula onde é aplicada uma alta tensão, da ordem de quilovolts. A alta tensão é gerada através de um circuito eletrônico de alto rendimento e interage com a carga para produzir a alta tensão desejada. A fonte de alta tensão foi projetada para fazer o uso das não idealidades do conjunto formado pelo transformador de alta tensão associado a célula ozonizadora. O comportamento da carga permite que a potência de saída seja ajustada pela freqüência de trabalho. A potência de saída é uma variável que está associada com a produção de ozônio a qual pode ser ajustada. O controle da potência foi realizado por um microcontrolador que também incorpora funções de proteção e comando remoto. Os resultados obtidos pela implementação prática do circuito eletrônico corroboram o modelo e as simulações feitas. O circuito foi desenvolvido por uma demanda da indÚstria. A etapa de desenvolvimento do circuito em laboratório atingiu uma maturidade satisfatória para industrialização / Abstract: The ozone gas is a powerful oxidizing substance and it can be used for the treatment of water. It is known to be a potent bactericide and viricide and leaves no harmful residues to the environment. Ozone has to be produced on-site and requires only air and eletricity. An efficient way to produce ozone is through diclectric-barrier discharge in oxigen. An electronic high-efficiency circuit is used to generate the necessary high- voltage to make the electric discharge. The circuit was designed to use the resonance of the transformer plus the silent-discharge ozone-generator tube. The transformer non-idealities are usefull for allowing the converter operation in the resonance region, minimizing the commutation losses. The output power can be adjusted setting the switching frequency. The circuit works properly and the practical results match to the simulations. This converter was developed according to the specification of an industry and it is now going into commercial production / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomílio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_DiegoTardivo_M.pdf: 3096616 bytes, checksum: 2d3b90e8f78bbfc91209e0e523c0f21b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O trabalho tem como aplicação a geração de ozônio, que se dá em uma célula ozonizadora a partir de descargas eletrostáticas resultantes da aplicação de alta tensão por um transformador. Uma ressonância série essencialmente determinada pela indutância de dispersão e a capacitância equivalente do sistema surge, para este caso, em frequências na ordem de kHz. A operação do inversor de alimentação com uma frequência de chaveamento pouco maior do que a frequência de ressonância série tem como vantagens a comutação suave das chaves do inversor, um alto ganho de tensão e a possibilidade da construção de transformadores menores comparado à operação em 60 Hz. Visando o aumento da potência total do sistema e, consequentemente, aumento na capacidade de geração de ozônio, como alternativa para tal é feita a conexão em paralelo de diversos conjuntos formados por transformadora e respectiva célula, com potência da ordem de centenas de Watts, sendo estes alimentados por um único inversor. No entanto, a dispersão de parâmetros dos transformadores e células, leva a diferentes valores de potência por conjunto, estando alguns com potência acima da nominal e outros abaixo. A fim de se obter uma distribuição igual de potência entre as cargas, é apresentada uma estratégia para a equalização de potência em uma associação em paralelo de circuitos ressonantes com dispersão de parâmetros. O ajuste da sintonia é feito por meio de compensação série utilizando a técnica de síntese direta de reatâncias. Um modelo baseado no método médio generalizado foi obtido para que os parâmetros do controlador utilizado na equalização de potência fossem determinados. O uso de transformadores geralmente traz a necessidade de se precaver a um processo de saturação, todavia, é apresentada uma estratégia de controle capaz de impedir a saturação, por meio da síntese de capacitância variável série. Resultados de simulação e experimentais mostram o comportamento dos circuitos e das estratégias de controle propostas / Abstract: The work is applied to ozone generator, which occurs in an ozone generator cell through electrostatic discharges produced by high voltage transformer. A series resonance essentially determined by the leakage inductance and equivalent capacitance of the system arises in this case, at frequencies on the order of kHz. The operation of the inverter which feeds the load with switching frequency above the series resonance frequency has the advantages of soft switching at the inverter switches, a high voltage gain and the possibility of construct smaller transformers compared to operation at 60 Hz. Seeking to increase the total power system and, consequently, the capacity of ozone generation as an alternative is placed in parallel several loads formed by the transformer and respective cell, with a power of hundreds of Watts, fed by a single inverter. However, due to electrical parameters dispersion, there is not an equal distribution of power among the loads, with some being above the nominal power and other below. Order to obtain an equal distribution of power, a strategy is presented for balancing the power among paralleled loads. The balance is achieved through series compensation using the Direct Reactance Synthesis. A model based on the generalized average method is obtained for the controller parameters used in the equalization of power were found. Transformers usually need attention to avoid saturation; therefore, this work presents a control strategy to prevent the saturation, by synthesis of series variable capacitance. Simulation and experimental results show the behavior of circuits and proposed control strategies / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-01T09:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_EduardodaSilva_M.pdf: 2672040 bytes, checksum: 556122abdbcc4a8aebbc625741a327e2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Mestrado

Orientadores : Jose Antenor Pomilio, Paulo Augusto Valente Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T03:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ValmirMachado_D.pdf: 3522020 bytes, checksum: 84dc1243f65c6392fa74b4777330c17d (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado