Este trabalho apresenta o estudo, projeto e análise de um conversor monofásico-trifásico com compensação ativa de potência série-paralela, o qual é denominado de UPQC-Mono-Tri e indicado para aplicações em sistemas de eletrificação rurais monofásicos. O UPQC-Mono-Tri é composto por dois inversores PWM, um monofásico operando como filtro ativo de potência série (FAPS) e outro trifásico, no qual um dos braços inversores é conectado à carga e opera como filtro ativo de potência paralelo (FAPP). É adotada a estratégia de compensação dual para a topologia do UPQC proposta, na qual as malhas de controle de tensão e corrente operam com referências de controle senoidais. Desta forma, o FAPS opera como fonte de corrente senoidal, sincronizada com a tensão da rede elétrica monofásica, enquanto o FAPP opera como fonte de tensão senoidal equilibrada e regulada. São realizadas simulações computacionais com o objetivo de avaliar o desempenho da topologia proposta, bem como um protótipo experimental é construído a fim de confirmar o desenvolvimento teórico e validar a proposta deste trabalho. / This work presents a study, design and analysis of a single-phase to three-phase converter with series-parallel active power line compensation, which in this work is called UPQC-Mono-Tri. The proposed topology is indicated for application in rural areas, where only single-phase electric power distribution system is available. The UPQC is composed of two PWM converters, where the first operates as series active power filter (SAPF), while the second is composed of a three-phase inverter, which is implemented by means of three half-bridge inverters. One of the half-bridge inverters is connected to the load and also operates as parallel active power filter (PAPF). The dual compensation strategy is adopted for the proposed UPQC topology, in which both series and parallel controllers handle only sinusoidal references. The SAPF operates as sinusoidal current source synchronized with the utility grid voltage, while the PAPF operates as sinusoidal voltage source providing sinusoidal, balanced and regulated voltages to single or three-phase loads. Simulations are performed in order to evaluate the proposed topology performance, as well as an experimental prototype is built to confirm the theoretical development, and validate the proposed work.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Many control techniques applied to converters with power factor correction (PFC) use cascaded control to compensate the output voltage and the input current. These techniques usually employ linear time-invariant (LTI) models and ignore the periodic output voltage oscillation by using compensator with low-pass characteristic. To ensure correlation between the rectifier and its LTI model, as well as power factor correction, these techniques reduce the crossing frequency, which result in a closed-loop voltage with poor dynamic response. Aiming to reduce the time-response designers have associated notch filters into the controller to increase the bandwidth. These filters increase the attenuation in ripple frequencies making possible to enlarge system bandwidth without compromising power factor correction. However, increasing the crossing frequency enhances the interaction between ac output components and the feedback system. In these cases, linear time-invariant (LTI) approach can not adequately represent the closed loop dynamics. As a result, LTI stability analysis based on LTI approach is no longer valid. On the other hand, a better dynamic representation can be achieved by using linear time-periodic models (LTP). These models include the modulation effects inherent in the output voltage dynamics. This work presents an alternative systematic methodology to perform the stability analysis for continuous-time closed-loop control systems using linear time-periodic (LTP) models. This methodology use an LTP representation in frequency domain called harmonic transfer function (HTF). This method extends the multi-variable LTI techniques for LTP approach. Finally is detailed the stability analysis of full-bridge and half-bridge single-phase PFC rectifiers. Theoretical, simulation and experimental results are presented to validate the proposed technique. / Muitas técnicas de controle aplicadas a retificadores monofásicos com correção do fator de potência (PFC) utilizam controladores em cascata para compensação da tensão de saída e da corrente de entrada. Essas técnicas, em geral, empregam modelos lineares e invariantes no tempo (LTI) e desconsideram as oscilações periódicas presentes nas tensões de saída, fazendo uso de leis de controle com características passa-baixa. Para garantir a correlação entre o modelo LTI e o retificador, bem como a correção do fator de potência, estas estratégias utilizam banda-passante reduzida, o que limita consideravelmente a resposta dinâmica da compensação da tensão. No intuito de reduzir o tempo de resposta da malha de tensão, sem comprometer a correção do fator de potência, projetistas têm associado filtros rejeita-banda à malha de controle. Esses filtros acentuam a atenuação nas frequências de interesse e, assim, possibilitam elevar a banda-passante sem comprometer a correção do fator de potência na entrada. Porém, a elevação da banda-passante aumenta a interação das componentes alternadas da tensão do lado cc com o sistema de compensação. Nestes casos, a abordagem LTI pode não representar adequadamente as dinâmicas de malha fechada e, consequentemente, não é válida para a análise da estabilidade. Por outro lado, uma melhor representação dinâmica da malha de compensação da tensão de retificadores PFC monofásicos pode ser obtida com a utilização de modelos lineares periódicos no tempo (LTP). Esses modelos dinâmicos incluem os efeitos de modulação inerentes da dinâmica da tensão de saída. Este trabalho apresenta uma metodologia sistemática alternativa para a análise da estabilidade de malha fechada de retificadores PFC monofásicos empregando-se modelos LTP em tempo contínuo. A metodologia de análise da estabilidade utiliza uma representação dos modelos LTP no domínio da frequência, denominado função de transferência harmônica (HTF). Esta representação estende as técnicas clássicas de análise da estabilidade de sistemas LTI multivariáveis para a abordagem LTP. Por fim, são detalhadas as análise de estabilidade dos retificadores monofásicos em ponte completa e meia ponte, considerando-se a operação com correção do fator de potência de entrada. Resultados teóricos, de simulação e experimentais são apresentados para validar a técnica de análise da estabilidade.

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 2016-12-12T17:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabiano Luz Cardoso.pdf: 2892905 bytes, checksum: 5f11a63d8cdd157141d50f8a7f87f406 (MD5) Previous issue date: 2006-05-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work deals a methodology to follow during the development of a bidirectional three-phase rectifier with high power factor s control system using a digital controller carry out on a DSP by the instantaneous average values technique. Starts with a study about the converter peration, going on by the main design characteristics of the DSP controller, the system simulation and tests on the prototype assembled with the detailed techniques. Tests results was get on a prototype with 2500W of output power, 400V on the output voltage and 20kHz of the switching frequency, for a three-phase source on 127V. / Este estudo aborda a metodologia a ser seguida para o desenvolvimento do sistema de controle de um retificador trifásico bidirecional com alto fator de potência com controle digital implementado em DSP utilizando as técnicas de projeto por valores médios instantâneos. Parte-se de um estudo sobre o funcionamento do conversor, passando pelas principais características necessárias ao projeto do controlador no DSP, chegando às etapas de simulação e implementação do conversor a partir das técnicas propostas. Os resultados experimentais são derivados de um protótipo com potência de saída de 2500W, tensão de saída de 400V e freqüência de comutação de 20kHz; para uma entrada trifásica de 127V.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Claudio Bruning.pdf: 22335027 bytes, checksum: fe824200f322a8e500ff651ebdad0fcd (MD5) Previous issue date: 2015-09-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In 2017 the standards organization(s) in the North American and European markets are reducing the allowable limits for harmonic distortion which may increase the need for PFC circuits; therefore, this paper presents study on a rectifier design with high power factor applied in a home appliance refrigerator that meets the requirements of North American and European markets. The electronic board must drive a refrigerator compressor that uses a linear technology. A comparison between different solutions is presented from which two were selected for implementation. These solutions, known as bridgeless PFC, integrate the rectification and the CC-CC conversion in the same stage reducing the conduction losses. The One Cycle Control (OCC) technique was selected due to its simpler auxiliary circuit requirements. Dynamic modeling and quantitative analysis of the converter was performed and a design methodology was derived. This methodology was used to design and build a 300𝑊 prototype with a bus voltage of 390𝑉 and input voltage with two different ranges, 97𝑉 up to 140𝑉 and 180𝑉 up to 264𝑉 . The results include steady state and transient analyses, efficiency, thermal performance and harmonics standards analyses. / Este trabalho apresenta o estudo de um retificador com elevado fator de potência no controle eletrônico de um refrigerador destinado aos mercados norte-americano e europeu, o qual faz uso de um compressor com tecnologia linear. A demanda decorre dos requisitos normativos exigidos por estes mercados, os quais possivelmente a partir de 2017 só poderão ser atendidos com a utilização de circuitos retificadores com elevado fator de potência. Apresenta-se uma comparação entre diferentes soluções, dentre as quais duas foram selecionadas mantendo-se a mesma plataforma. Estas soluções são conhecidas como bridgeless e integram as etapas de retificação e conversão CC-CC em um único estágio, possibilitando a diminuição das perdas por condução. Foi selecionada a técnica conhecida como One Cycle Control (OCC) devido a simplificação dos circuitos auxiliares necessários. Para a implementação do protótipo, é realizada a modelagem dinâmica e a análise quantitativa dos conversores, bem como a definição de todos os componentes necessários. Os conversores são desenvolvidos para atuar até 300 𝑊 com tensão de barramento de 390 𝑉 e tensão eficaz de entrada entre 97 𝑉 140 𝑉 e 180 𝑉 −264 𝑉 . O protótipo é avaliado em condições de regime permanente, transitória, verificação da eficiência, avaliação térmica e atendimento das normas necessárias.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaderson Duarte.pdf: 16345795 bytes, checksum: 324da9f3b8513a7f0417e793e02b68fa (MD5) Previous issue date: 2009-02-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents the study and implementation of a Full Bridge - Flyback isolated current rectifier with high input power factor and digital control implemented in a DSP. The proposed converter can operate as a step-up or step-down converter, so that it can be used as a variable DC voltage source. Qualitative and quantitative analysis of the proposed converter, a methodology to design the power stage and a design example are presented in this dissertation. Moreover, the plant models to design the voltage and current controllers as well as a methodology to design these controllers, based on the frequency response, are included in this work. The prototype was developed to a nominal output power of 3500 W, switching frequency of 75 kHz, variable voltage output of 0 to 400 V and RMS input voltage of 220 V. Simulations and experimental results are presented to validate the proposed converter and digital control structure. / Este trabalho apresenta o estudo e a implementação de um retificador de corrente ado, Ponte Completa Flyback, com elevado fator de potência de entrada e controle tal implementado em um DSP. O conversor proposto pode operar como elevador ou Lxador da tensão de entrada, podendo ser utilizado como uma fonte de tensão CC variável. As análises qualitativa e quantitativa do conversor, uma metodologia de projeto do circuito de potência e o projeto de um protótipo são apresentados nesta dissertação. Além disso, os delos necessários para o projeto dos controladores assim como uma metodologia de projeto dos controladores, baseado na resposta em freqüência, são incluídas no trabalho, O tótipo foi desenvolvido para uma potência nominal de saida de 3500 W, freqüência de operação de 75 kHz, tensão de saída variável de O a 400 V e tensão eficaz de entrada de 220 Resultados de simulação e expenmentais são apresentados para validar o conversor e o ema de controle propostos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é apresentado a análise de um conversor CA-CC Bridgeless monofásico de estágio único com correção de Fator de Potência, baseado no conversor SEPIC isolado com os interruptores do lado CA. Para que o conversor exerça a técnica de correção de fator de potência, pelo fato de estar operando no modo de condução contínuo (MCC), é necessário controlar a corrente de entrada. Sendo assim, o sistema de controle, comparado caso o conversor operasse no modo de condução descontínuo (MCD), fica mais complexo, resultando em uma desvantagem para operação em MCC. Porém, quando se trata de rendimento, como os níveis de pico de corrente são menores operando em MCC, se espera obter um rendimento mais elevado. Além disso, com os interruptores do lado CA o conversor apresenta um número menor de semicondutores no caminho da corrente durante um período de comutação, comparado com a topologia convencional, sendo mais um ponto positivo se tratando do rendimento do conversor. São apresentadas as etapas de operação do conversor, as formas de onda ideais, tanto em alta frequência quanto em baixa frequência, a análise matemática contendo as principais equações que regem o funcionamento do conversor e a simulação numérica comprovando a análise desenvolvida. O conversor foi projetado para uma tensão de entrada de 127V com tensão de saída igual a 200V, operando com uma frequência de comutação igual a 50kHz e uma potência entregue a carga igual a 300W. / In this paper is presented the analysis of a single-phase bridgeless AC-DC converter with a single-stage of power factor correction, based on an isolated SEPIC converter with AC-side switches. Wherefore the converter carry out the power factor correction technic, by the act of operating in the continuous conduction mode (CCM), it’s essential to control the input current. Therefore, the control system, compared to the converter operating in the discontinuous conduction mode (DCM), become more complex, resulting on a disadvantage for the CCM. Nevertheless, when it’s come to efficiency, how the levels of peak current are smaller operating in CCM, it is expected to obtain a higher efficiency. Besides that, with the AC-side switches the converter presents a smaller number of semiconductors on the current path during a switching period, compared with the conventional topology, become one more positive advantage for the converter efficiency. Are presented the operation stages of the converter, waveforms, for high frequency as well as mains frequency, the numeric analysis possessing the leading equations for the converter operations and the numeric simulation proving the developed analysis. The converter was designed for a 127V input voltage, with a 200V output voltage, operating with a switching frequency of 50kHz, and a 300W rated output power.

O aquecimento indutivo e uma técnica utilizada na indústria para obter resultados de fundição, brasagem, forjaria e também tratamento térmico, aplicação foco deste trabalho. O aquecimento indutivo dá-se através de campos eletromagnéticos induzidos a uma peca metálica, a qual se deseja aquecer. Isso faz com que haja um aumento de temperatura sobre a peca devido ao efeito joule, corrente de foucault e histerese, entre outros efeitos. Para gerar os efeitos acima relatados, são necessários conversores de alta potência e frequência. Tais conversores são compostos em muitos casos de: um retificador, um capacitor filtro de barramento, um inversor e um circuito ressonante. Neste trabalho e proposto a topologia de um circuito ressonante LLC sendo chaveado por um inversor ponte completa. Como todo circuito ressonante, em operação a frequências próximas da ressonância, as correntes são elevadas e consegue-se operar com chaveamento em comutação suave. Entre algumas vantagens da topologia LLC frente a topologias como a série-ressonante, por exemplo, podem-se citar: proteção contra curto-circuito e fácil casamento de impedância entre o circuito ressonante e o inversor. No entanto, conversores com retificadores comuns possuem baixo fator de potência, FP=0,5. Para resolver este problema, propõe-se a utilização de um retificador de alto fator de potência integrado ao conversor através do inversor, formando um sistema de aquecimento indutivo integrado a um retificador com alto fator de potência. Através de um dos braços de comutação do inversor, dá-se o controle do retificador e do conversor ao mesmo tempo. A técnica apresentada resulta em um projeto de custo reduzido e baixo nível de complexidade de implantação. Para controlar a potência do sistema e utilizada uma modulação PWM assimétrica com razão cíclica variável que controla os dois conversores simultaneamente. / Induction heating is a technique used in industry to get results like casting, brazing, forging and heat treatment also, application focus of this work. Induction heating occurs through electromagnetic fields induced in a metal part, which it wants to warm up. This means that there is an increase in temperature on the piece it wants to heat up due to the Joule effect, eddy current and hysteresis, among other effects. To generate the effects reported above, high power converters and frequency are required. These converters are composed in many cases by: a rectifier, filter capacitor DC Link, an inverter and a resonant circuit. This paper proposes the topology of LLC resonant circuit being switched by a full bridge inverter. Like any resonant circuit operating at near of the resonance frequencies, the currents are high and it is possible to operate with soft switching. Among some advantages of the LLC topology against other topologies such as series resonant, for example, can be mention: protection against short-circuit and easy impedance matching between the resonant circuit and the inverter. However, converters with common rectifiers have low power factor. To solve this problem, the use of a rectifier high power factor built into the converter is proposed. This rectifier is integrated into the converter through the inverter, forming a single stage high power factor induction heating system. Through an arm of the inverter is given the control of the rectifier and the converter at the same time. The technique presented results in low cost and low complexity implementation. An asymmetric PWM modulation is used with variable duty cycle to control the power system, which controls both converters at the same time.

O aquecimento indutivo e uma técnica utilizada na indústria para obter resultados de fundição, brasagem, forjaria e também tratamento térmico, aplicação foco deste trabalho. O aquecimento indutivo dá-se através de campos eletromagnéticos induzidos a uma peca metálica, a qual se deseja aquecer. Isso faz com que haja um aumento de temperatura sobre a peca devido ao efeito joule, corrente de foucault e histerese, entre outros efeitos. Para gerar os efeitos acima relatados, são necessários conversores de alta potência e frequência. Tais conversores são compostos em muitos casos de: um retificador, um capacitor filtro de barramento, um inversor e um circuito ressonante. Neste trabalho e proposto a topologia de um circuito ressonante LLC sendo chaveado por um inversor ponte completa. Como todo circuito ressonante, em operação a frequências próximas da ressonância, as correntes são elevadas e consegue-se operar com chaveamento em comutação suave. Entre algumas vantagens da topologia LLC frente a topologias como a série-ressonante, por exemplo, podem-se citar: proteção contra curto-circuito e fácil casamento de impedância entre o circuito ressonante e o inversor. No entanto, conversores com retificadores comuns possuem baixo fator de potência, FP=0,5. Para resolver este problema, propõe-se a utilização de um retificador de alto fator de potência integrado ao conversor através do inversor, formando um sistema de aquecimento indutivo integrado a um retificador com alto fator de potência. Através de um dos braços de comutação do inversor, dá-se o controle do retificador e do conversor ao mesmo tempo. A técnica apresentada resulta em um projeto de custo reduzido e baixo nível de complexidade de implantação. Para controlar a potência do sistema e utilizada uma modulação PWM assimétrica com razão cíclica variável que controla os dois conversores simultaneamente. / Induction heating is a technique used in industry to get results like casting, brazing, forging and heat treatment also, application focus of this work. Induction heating occurs through electromagnetic fields induced in a metal part, which it wants to warm up. This means that there is an increase in temperature on the piece it wants to heat up due to the Joule effect, eddy current and hysteresis, among other effects. To generate the effects reported above, high power converters and frequency are required. These converters are composed in many cases by: a rectifier, filter capacitor DC Link, an inverter and a resonant circuit. This paper proposes the topology of LLC resonant circuit being switched by a full bridge inverter. Like any resonant circuit operating at near of the resonance frequencies, the currents are high and it is possible to operate with soft switching. Among some advantages of the LLC topology against other topologies such as series resonant, for example, can be mention: protection against short-circuit and easy impedance matching between the resonant circuit and the inverter. However, converters with common rectifiers have low power factor. To solve this problem, the use of a rectifier high power factor built into the converter is proposed. This rectifier is integrated into the converter through the inverter, forming a single stage high power factor induction heating system. Through an arm of the inverter is given the control of the rectifier and the converter at the same time. The technique presented results in low cost and low complexity implementation. An asymmetric PWM modulation is used with variable duty cycle to control the power system, which controls both converters at the same time.

The main objective of this work is to perform a comparative study between a three phase induction motor squirrel cage traditional and asymmetrical three-phase induction motor. Were used two motors of the same power, the motor being powered by an asymmetrical voltage source phase. In the studies we investigated the behavior of various quantities such as yield, starting current, voltage sags, power factor, and the power supplied by each machine. With the results obtained from practical experiments, it was found that the asymmetric motor features a number of advantages over traditional engines, which makes it an excellent choice when the application requires the drive loads of high power and not has a three-phase supply. / O objetivo principal deste trabalho é realizar um estudo comparativo entre um motor de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo tradicional e um motor de indução trifásico assimétrico. Foram empregados dois motores com a mesma potência, sendo o motor assimétrico alimentado por uma fonte de tensão monofásica. Nos estudos foi investigado o comportamento de várias grandezas como rendimento, corrente de partida, afundamentos de tensão, fator de potência, bem como as potências fornecidas por cada máquina. De posse dos resultados obtidos através de experimentos práticos, pôde-se constatar que o motor assimétrico apresenta uma série de vantagens em relação aos motores tradicionais, o que o torna uma excelente opção quando a aplicação exige o acionamento de cargas de potências elevadas e não se dispõe de um sistema trifásico de alimentação. / Mestre em Ciências