Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Ernane Antônio Alves Coelho / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Resumo: Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas ("interleaving"), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de "interleaving", as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do "ripple" da corrente de entrada, a redução da amplitude do "ripple" de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively. / Doutor

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Co-orientador: Marcos Amorielle Furini / Banca: Maria Lúcia Martins Lopes / Banca: Ricardo Frangiosi de Moura / Resumo: Este trabalho apresenta estudos comparativos entre o Modelo de Sensibilidade de Potência, o Modelo de Sensibilidade de Corrente (proposta deste trabalho) e o Modelo de Heffron e Phillips, todos os três modelos no ambiente multimáquinas. O objetivo principal do trabalho é analisar o Modelo de Sensibilidade de Corrente e comparar quantitativamente e qualitativamente seus resultados com os obtidos pelo Modelo de Sensibilidade de Potência e Modelo de Heffron e Phillips. Estes modelos serão utilizados no estudo da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência. Os três modelos foram implementados computacionalmente utilizando-se o software Mat- Labr e foram realizadas simulações em quatro sistemas teste muito conhecidos na literatura. Os resultados obtidos permitiram concluir a respeito da utilização dos modelos e sua validade na análise da estabilidade a pequenas perturbações de sistemas elétricos de potência / Abstract: This paper presents comparative studies with the Power Sensitivity Model and the Current Sen- sitivity Model (which is a proposal of this work) and the Heffron and Phillips Model, all of them for multimachine systems. The main objective of this work is to analyze the Current Sen- sitivity model and compare quantitatively and qualitatively the results with those obtained with the Power Sensitivity Model and the Heffron and Phillips Model. These models will be used to study the small-signal stability of the electric power systems. The three models are computationally implemented using MATLAB software and simula- tions were executed for four test systems very known in the literature. The results obtained are important to validate the use in analyzing of the small-signal stability in electric power systems / Mestre

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Fábio Bertequini Leão / Banca: José Carlos de Melo Vieira Junior / Resumo: Neste trabalho apresenta-se um algoritmo numérico de proteção diferencial de transformadores de potência. Neste algoritmo tem-se como principal objetivo a busca por uma eficiente discriminação entre correntes de faltas e correntes de magnetização, também conhecidas como correntes de inrush, que podem provocar a atuação indevida do relé diferencial. A transformada wavelet é utilizada para discriminar correntes de faltas de correntes de inrush utilizando o princípio de conservação de energia presente na análise multirresolução para esse tipo de transformada. O algoritmo numérico foi desenvolvido no MATLAB e a simulação do circuito elétrico usado como teste é realizada em software ATP/EMTP pela sua já consolidada utilização e confiabilidade de resultados quando se dispõe de dados técnicos reais de sistemas elétricos de potência. As simulações e resultados apresentados indicam que a técnica desenvolvida mostra-se eficiente de acordo com os comportamentos esperados de relés de proteção típicos / Abstract: In this work it is presented a numerical algorithm for transformer differential protection. The principal objective of this algorithm is the search of an efficient distinction between fault currents and magnetization currents, also known by inrush currents that can induce false tripping of differential relays. The wavelet transform is used to discern fault currents from inrush currents, using the energy conservation principle that is available in this kind of transform. The numerical algorithm was developed in the software MATLAB and the electric circuit, used as a test, is simulated in software ATP/EMTP due to its already consolidated use and reliability of results when real technical data from power electric systems are available. The presented simulations and results indicates that the developed technique is shown efficient according to typical protection relay behaviours / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-25Bitstream added on 2014-06-13T19:00:50Z : No. of bitstreams: 1 penuelameneses_ca_dr_ilha.pdf: 2755491 bytes, checksum: 7b0b3d27768710060c1d3240c7611ff4 (MD5) / Neste trabalho é proposto um modelo matemático para determinar o impacto da penetração de fontes de geração distribuída nos estudos de planejamento da expansão e de operação de sistemas elétricos de distribuição. A geração distribuída é usada para expandir a capacidade de fornecimento de energia da rede, melhorar a sua eficiência e ainda melhorar os índices de continuidade no fornecimento de energia elétrica aos usuários. O modelo proposto busca minimizar os custos na operação da rede, mantendo a regulação da tensão e obedecendo as restrições de capacidade de fluxo de corrente nos alimentadores e transformadores das subestações, e, por outro lado, maximizar os índices de confiabilidade do sistema. Os índices de confiabilidade da rede estão relacionados com o cálculo do custo da energia não fornecida devido à resposta do sistema de proteção na eliminação de faltas temporárias, assim como do isolamento de faltas permanentes. Neste cálculo é levado em consideração o tipo de cliente que é afetado pela operação normal do sistema de proteção, assim como o funcionamento próprio de cada dispositivo de proteção, sendo, no caso, considerada a instalação de elos-fusíveis, religadores e relés de sobrecorrente. Adicionalmente, considera-se a possibilidade da operação ilhada das fontes de geração distribuída a partir da instalação adequada de relés de sobrecorrente com característica direcional e capacidade de religamento sincronizado. Isto, com vistas à criação de um sistema restaurativo que minimize o custo da energia não fornecida aos usuários conectados à zona ilhada. Para mostrar as vantagens do modelo matemático e da técnica de solução propostos são apresentados e discutidos os resultados obtidos de simulações em um alimentador real de 135 barras / This work proposes a mathematical model to analyze the impact of installing distributed generation sources in expansion planning studies and electrical operation of distribution systems. The main focus is to determine the trade-off between the reliability and operational costs of distribution networks when the operation of isolated areas is allowed. The model searches to minimize the network costs by mean of optimal settings of the active power delivered from the power sources connected to the grid. Meanwhile the voltage regulation and the overload condition at the substation transformer and the grid lines are guaranteed. Simultaneously, the type and location of the protective devices initially installed on the protection system are reconfigured in order to minimize the interruption cost, as well as the expenditure for adjusting the protection system to the conditions imposed by the operation of dispersed units. In addition, in order to increase the system reliability, the model attempts to minimize the cost of the energy not supplied to customers due to normal tripping of the protection system in the elimination of temporary faults, as well as the isolation of permanent faults. This calculation takes into account the type of customer being affected by such normal tripping. The isolated operation of dispersed generation is allowed by installing directional overcurrent relays with synchronized reclose capability. The results for a 135-bus real-life power system are presented in order to evidence the advantage of the proposed model

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-27Bitstream added on 2014-06-13T19:40:21Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_fas_dr_ilha.pdf: 8475996 bytes, checksum: 3f15a590474f620a763dcc65faf6248f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas (interleaving), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de interleaving, as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do ripple da corrente de entrada, a redução da amplitude do ripple de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos... / This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively.

Orientador: Paulo José Amaral Serni / Banca: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: José Antenor Pomílio / Resumo: Esta dissertação apresenta o projeto, simulação e ensaio dos protótipos da etapa de saída de uma Fonte de Alimentação Ininterrupta (UPS - Uninterruptible Power Supply) monofásica de tensão igual a 127V e trifásica com tensões 220/127V a 4 fios, ambas de frequência 60Hz e potência nominal igual a 1kVA para uso em operação ilhada. validação da metodologia de projeto foi realizada primeiramente em simulação, e depois, experimentalmente utilizando-se diferentes tipos de cargas tipicamente encontradas em instalações elétricas e diferentes tipos de controladores clássicos: PI (Controlador Proporcional Integral), Ressonante e composição dos dois. Os ensaios experimentais consistiram em duas etapas, regime e transitório, na primeira sendo avaliado o comportamento estático do conversor com parâmetros como valor eficaz (RMS - Root Mean Square) e a Distorção Harmônica Total (THD - Total Harmonic Ditortion) da tensão de saída e, na segunda, o comportamento frente à entrada e saída de cargas, evidenciando a estabilidade do controle. Nas duas etapas foram aplicados procedimentos normatizados de ensaios e os resultados foram comparados com os requisitos das normas aplicáveis a esse tipo de conversor. Como dispositivo de controle utilizou-se um Processador Digital de Sinais (DSP - Digital Signal Processing) de ponto fixo, responsável pelo cálculo do algoritmo de controle e leitura dos sinais de tensões e correntes do inversor; sendo avaliada sua capacidade de processamento frente à manutenção da qualidade e da frequencia do sinal de saída. O projeto aponta a necessidade do controle multimalhas, ou seja, controle da tensão mais corrente, devido à instabilidade criada em sua função de transferência ao alimentar as cargas não resistivas. Também é mostrada, em simulação, a possibilidade de trabalho da interface de potência do protótipo em outros propósitos: Retificar com Alto Fator de Potência (para recarga... / Abstract: This dissertation presents the design, simulation and testing of the prototype os the stage of output of a UPS (Uninterruptible Power Supply) single-phase with voltage equal to 127V and three-phase with voltage equal to 127V and three-phase with voltage equal to 220/127V four-wired, both with 60Hz and nominal power of 1kVA to use in inslanded mode. The validation of the methodology of the project was realized first in simulation, and subsequently, experimentally using different kinds different kinds of loads typically found in electrical installations and, different kinds of classical controllers: PI (Proportional Integrative Controller), Resonant and composition of both. The testing has consisted of 2 stages: steady state and transitory state, in the first stage, it has been measured the RMS (Root Mean Square) value and THD (Total Harmonic Distortion) of the voltage of the output and, in the second stage, the behavior in relation to the loads step in and step out, highlighting the stability of the control. The standardized procedures of the test have been applied in the two stage and the results were compared to the requirements of the applicable standards to this kind of power converter. It has been used a fixed point DSP (Digital Signal Processing) as a device of control, which was responsible for the calculation of the control algorithm and for the signal sampling of voltages and currents of the inverter; being measured its processing capacity in relation to the conservation of power quality and the signal frequency of output. The project has indicated the necessary of the multi-loop control, i.e, voltage plus current controller, due to the instability generated in its transfer function when supplying non-resistive loads. It has been also demonstrated in simulation, the possibility of the power interface works in others functionalities: Rectifier with Power Factor Correction (to battery recharge), Current Source Inverter... / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:36:12Z : No. of bitstreams: 1 177366.pdf: 37793551 bytes, checksum: 9f0862e7ee8d49b767e450bc3422cbf8 (MD5) / Neste trabalho apresenta-se o conversor CA-CC elevador/abaixador monofásico reversí-vel. Trata-se de um sistema de quinta ordem que permite a transferência de energia de uma fonte CA para uma fonte CC e vice-versa, qualquer que seja a razão entre os níveis das tensões alternada e contínua, fazendo circular no lado CA uma corrente senoidal de alta qualidade. O circuito utiliza para tanto um único estágio de processamento de energia. Aborda-se inicialmente a operação CC-CA; posteriormente, mediante a simples inversão do sinal de referência para a corrente CA, o sistema passa a operar como um retificador com elevado fator de potência. Os conceitos empregados são então estendidos a um circuito trifásico com características seme-lhantes, quais sejam, operação com elevado fator de potência, ausência de restrição à razão entre as tensões CA e CC e possibilidade de rever-são do fluxo de energia. Os sistemas são analisados como conexões de subsistemas de ordens inferiores independentes entre si, controla-dos por regime (ou modo) de desliza-mento com esquema de comutação descentra-lizado. Na parte inicial do trabalho, faz-se uma aborda-gem dessa importante técnica de controle no contexto da eletrônica de potên-cia, mos-trando-se aplicações a um conversor abaixador de tensão e a um conversor eleva-dor de tensão. A fim de corroborar as análises matemáticas realizadas, apresentam-se resultados de simulações numéricas dos diversos conversores estudados, bem como resultados de ensaios com um protótipo monofásico de 100W operando nos dois sentidos, como inversor e como retificador.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:42:06Z : No. of bitstreams: 1 142851.pdf: 56350805 bytes, checksum: d8ad50da65692c12a5e9882d61d9410c (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T12:18:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275840.pdf: 3971644 bytes, checksum: a0f9273b20e86ad49987f992f99daade (MD5) / Este trabalho apresenta duas novas topologias de retificadores trifásicos com fator de potência unitário e bidirecionalidade no fluxo de potência. Os retificadores foram denominados de retificadores híbridos por serem originados pela conexão em paralelo de dois retificadores trifásicos com topologias distintas. Uma das topologias propostas é escolhida e analisada qualitativamente e quantitativamente. Na análise teórica qualitativa, estudaram-se as características de entrada e de saída do retificador, revelando-se os modos de operação de melhor desempenho. Na análise teórica quantitativa estudou-se o equacionamento do retificador e apresentaram-se todas as equações de projeto dos elementos passivos e dos semicondutores. Os modelos para o controle das correntes de entrada e da tensão de saída são apresentados em conjunto com a estratégia de controle. Os estudos teóricos foram comprovados com o projeto e a implementação prática de um protótipo trifásico alimentado em 380 V, possuindo tensão de saída igual a 700 V e potência de saída igual a 20 kW. / This work presents two new three-phase rectifier topologies with unity power factor and bidirectional power flow capability. The rectifiers were named Hybrid Rectifiers because they are generated by the parallel connection of two different topologies of three-phase rectifiers. The proposed three-phase hybrid rectifier with output voltage control was chosen and studied in its details. In this work, theoretical analyses of the hybrid rectifier presented the main input and output characteristics, the energy distribution processing, the operation modes with improved performance, the design equations, the modeling and the control strategy. The theoretical studies were validated by the implementation of a prototype with 380 V input voltage, 700 V output voltage, 10 kHz switching frequency and 20 kW rated output power.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:16:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295250.pdf: 4524611 bytes, checksum: 9bce1ab46936cf94dd570d00b4e46b6e (MD5) / Este trabalho apresenta dois novos conversores empregando a célula de acoplamento indutivo de 4 estados. Inicialmente apresenta-se uma revisão bibliográfica onde são trazidas as publicações mais relevantes na área de estudo. Na seqüência apresentam-se a motivação para o trabalho e a contribuição desta Tese. O trabalho conta com um estudo detalhado do indutor trifásico acoplado, que é parte integrante da célula de acoplamento indutivo. Também descreve o comportamento do indutor, quando submetido às tensões com componentes de seqüência zero e seqüência positiva. A célula de acoplamento indutivo de 4 estados é aplicada a dois conversores clássicos, gerando dois novos conversores: o conversor VSI em ponte completa empregando a célula de acoplamento indutivo e o conversor NPC de 3 níveis com célula de acoplamento indutivo. As análises compreendem o estudo do modulador, principais formas de onda, distorção harmônica da tensão na carga, interpretação vetorial da tensão na carga e resultados experimentais.