Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / Actualmente existe un gran interés y compromiso en aumentar la generación eléctrica proveniente de fuentes ERNC (Energías Renovables No Convencionales) a nivel mundial dado el actual escenario energético. Para maximizar la transferencia energética y asegurar una operación óptima desde un punto de vista técnico y económico se han propuesto distintas topologías de inversores junto con sus estrategias de control. Por otro lado, el control predictivo se perfila como una estrategia prometedora para controlar algunas topologías de inversores de potencia, en particular el control FS-MPC (Finite Set - Model Predictive Control) se ha implementado en un gran número de configuraciones debido a sus ventajas como: rápida respuesta transitoria; fácil inclusión de no linealidades y restricciones en el controlador; y ausencia de modulador. Sin embargo las tensiones sintetizadas por esta estrategia poseen una frecuencia de conmutación variable lo que complica el diseño de filtros de conexión a la red y aumenta la distorsión armónica en las señales inyectadas. En esta tesis se implementa de forma experimental un control predictivo modulado (M2PC, Modulated Model Predictive Control) en un inversor NPC (Neutral Point Clamped) trifásico de 3 niveles en configuración front-end, esta estrategia genera una tensión con frecuencia de conmutación fija y además mantiene las ventajas del control FS-MPC ya mencionadas. El controlador se programa en una plataforma dSPACE dS1103, para esto fue necesario diseñar y construir una tarjeta de desarrollo para una FPGA (Field-Programmable Gate Array) Spartan 3 y una tarjeta transmisora de fibra óptica, la función de la primera tarjeta es gestionar el envío de vectores al conversor NPC y habilitar un sistema de protección que apague el inversor en caso de falla, mientras que la segunda tarjeta se utiliza para enviar los pulsos de disparo a los IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) del inversor. En el desarrollo de esta tesis se proponen 2 estrategias de control M2PC, en la primera se utiliza una función multiobjetivo para regular la corriente inyectada a la red y el balance de los condensadores del DC-Link, mientras que en la segunda el control M2PC sólo se encarga del error de corriente y en una etapa posterior se regula las tensiones del DC-Link. Inicialmente la estrategia se simula mediante el software Plecs y posteriormente se implementa en el sistema experimental. Se concluye que ambas estrategias presentan un buen desempeño en régimen permanente y transitorio, en ambos casos el THD (Total Harmonic Distortion) es menor al 2% y los condensadores se encuentran balanceados.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz Ricardo Lima.pdf: 7933900 bytes, checksum: 225fa96a5d447127d12b2a23f0483893 (MD5) Previous issue date: 2011-08-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study about the NPC (Neutral Point Clamped) three-level inverter with a modified Undeland snubber and using a Buck-Boost converter to regenerate the energy processed by the snubber. Initially, qualitative and quantitative analysis of this inverter with the presence of the snubber are presented and a project methodology is proposed. The same analysis and project are presented for the Buck-Boost converter and it is shown that this converter can operate under ZVS (Zero Voltage Switching). Next, mathematical models of all circuitry necessary for the realization of the digital control of the inverter are presented and a controller is projected. Using data of the projected NPC inverter, Buck-Boost converter and digital controller, simulation results are presented. These simulations were done using software s Orcad Pspice and Simulink. Finally, implementation details and experimental results of a 1.5 kW, 800 V input voltage, 127 V output voltage and 200 kHz switching frequency prototype are presented. / Este trabalho apresenta um estudo do inversor NPC (Neutral Point Clamped) a três níveis com snubber de Undeland modificado, utilizando um conversor Buck-Boost para regeneração da energia processada pelo snubber. Inicialmente são feitas analises qualitativa e quantitativa desse inversor com a presença do snubber e é apresentada uma metodologia de projeto. As mesmas analises e projeto são feitos para o conversor Buck-Boost e é mostrado como ele pode operar com comutação ZVS (Zero Voltage Switching). A seguir são mostrados os modelos matemáticos de todos os circuitos necessários para se realizar o controle digital do inversor e é apresentado um projeto de controlador digital. Utilizando os dados de projeto do inversor NPC, do conversor Buck-Boost e do controle são apresentados os resultados de simulações feitas nos programas Orcad Pspice e Simulink. Por ultimo, são apresentados detalhes de implementação e resultados experimentais de um protótipo de 1,5 kW, 800 V de tensão de barramento, 127 V de tensão de saída e 200 kHz de freqüência de comutação.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDUARDO MALDAUN BARRETO.pdf: 3234972 bytes, checksum: 1d2d2b79d8a4946c00677b6193158089 (MD5) Previous issue date: 2011-12-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work present a study of a three level NPC (Neutral Point Clamped), with ZVS (Zero Voltage Switching) and PWM (Pulse Width Modulation) control strategy, using a FPGA (Field Programmable Gate Array) for digital control and switches activation. First, a theoretical study is done, where the main waveforms and operation stages are presented. After, a quantitative study is done in order to implement the NPC inverter. Based on the calculations, the mathematical models for each inverter section are extracted to implement the digital control. The project data is then compiled and simulated on Orcad Pspice and Simulink software. Finally, an 1.5 kW, 800 V input voltage, 127 V or 220 V output voltage, and 200 kHz switching frequency is implemented and the experimental results are compared with theoretical and simulated results / Este trabalho apresenta o estudo de um inversor NPC (Neutral Point Clamped) a três níveis com comutação suave ZVS (Zero Voltage Switching) e controle PWM (Pulse Width Modulation), fazendo o uso de uma lógica programável do tipo FPGA (Field Programmable Gate Array) para controle e acionamento das chaves. Inicialmente é feito um estudo qualitativo do inversor, onde as principais formas de onda e etapas de operação são apresentadas, a seguir são estudados os aspectos quantitativos para, desta forma, efetuar o projeto do inversor. Com o inversor definido, todos os modelos matemáticos de todos os circuitos necessários para se realizar o controle digital do inversor são apresentados, assim como o projeto de um controlador digital. Utilizando os dados de projeto do inversor NPC ZVS PWM e controle, os resultados de simulações feitas nos programas Orcad Pspice e Simulink são obtidos. Por fim, um protótipo de 1,5 kW, 800 V de tensão de entrada, 127 V ou 220 V de tensão de saída e 200 kHz de frequência de comutação é montado e os resultados experimentais são avaliados e comparados com os previamente obtidos numericamente e por simulação.