The present doctoral thesis concentrate efforts in the consolidation of the benefits introduced by the plug-in repetitive action in the performance of pulse-width modulated voltage source inverters. The work is focused in the application of these inverters in double conversion uninterruptible power systems to comply the most demanding requirements of the international standards. The use of the plug-in repetitive action, in this application, is suitable because the inverter demands the advantageous characteristics of cyclic disturbance rejection by it introduced. In this scenario, this thesis is divided in two parts. The first one comprise the proposition of algorithms to solve some disadvantageous characteristics of the repetitive actions, such as the reduced stability margin and the unsuitable performance under reference signals with variable frequency. The second one, by the other hand, comprise the questions related to the design of these repetitive action controllers. It is included the proposition of a methodology that link the design of these controllers with the output filter of a double conversion UPS. Finally, it is worth to emphasize that are presented simulation and experimental results, obtained on a 1kVA laboratory prototype, that validate the proposes carried out. / A presente tese de doutorado concentra esforços na consolidação dos benefícios introduzidos pela ação de controle repetitiva auxiliar no desempenho de inversores de tensão modulados por largura de pulso. O trabalho está focado na aplicação destes inversores em fontes ininterruptas de energia (UPS) de dupla conversão, com o intuito de atender aos mais exigentes requisitos de desempenho das normas internacionais. A utilização da ação de controle repetitiva auxiliar, nesta aplicação, é adequada porque o inversor demanda as características vantajosas de rejeição de distúrbios cíclicos por ela introduzida. Neste contexto, esta tese se divide em duas partes. A primeira parte compreende na proposição de algoritmos para solucionar algumas das características desvantajosas dos controladores de ação repetitiva, tal como a reduzida margem de estabilidade e o desempenho não satisfatório para sinais de referências de freqüência variável. A segunda parte, por outro lado, trata das questões relacionadas ao projeto destes controladores de ação repetitiva, sendo proposta uma metodologia que integra o projeto destes controladores ao filtro de saída de uma UPS de dupla conversão. Por fim, destaca-se que são apresentados resultados de simulação e experimentais, obtidos em um protótipo de 1kVA, para validar as propostas deste trabalho.

[ES] En este trabajo se proponen técnicas de control específicas para la paralelización de inversores sin transformador conectados a red, en aplicaciones de interconexión de buses de microrredes híbridas e instalaciones fotovoltaicas de gran potencia. La paralelización de inversores presenta múltiples ventajas como la modularidad, la redundancia o la flexibilidad para ampliar la potencia de un sistema o de una instalación. En el caso de inversores fotovoltaicos centralizados, también permite la conexión/desconexión de módulos inversores conectados en paralelo permitiendo una mayor eficiencia global cuando se trabaja a bajas potencias. Sin embargo, la paralelización de inversores provoca la aparición de corrientes de circulación que pueden provocar efectos indeseables en el sistema o en la instalación. Las contribuciones que se llevan a cabo en esta tesis están todas ellas orientadas a la mejora de la operación de inversores en paralelo en las aplicaciones descritas y son las siguientes: 1) Se presenta un modelo preciso en pequeña señal de n inversores conectados en paralelo con filtro de conexión a red LCL, en el cual se tienen en consideración los términos de acoplamiento entre fases de los inductores trifásicos. 2) Se propone una técnica de control en la que se emplean n-1 lazos de regulación que controlan la componente homopolar de las corrientes e imponen un valor nulo en régimen permanente, a fin de eliminar las corrientes de circulación. 3) Se propone el uso de moduladores en espacio vectorial de tres dimensiones (3D-SVM) para implementar el control de la componente homopolar de las corrientes. 4) Se muestran resultados analíticos, de simulación y experimentales que validan el esquema de control propuesto considerando la aparición de corrientes de circulación debido a distintos factores: desbalanceo de inductancias entre las fases de un inversor y de distintos inversores, desbalanceo de potencia entre inversores y empleo de modulaciones distintas en los inversores conectados en paralelo. Los ensayos experimentales se realizan sobre un convertidor trifásico de 10 kW formado por la conexión en paralelo de dos módulos de 5 kW cada uno. 5) Se muestran resultados de simulación y experimentales de la aplicación de las técnicas de reducción de corrientes de circulación a convertidores de interconexión entre los buses de alterna y continua de microrredes híbridas. Los ensayos experimentales se particularizan a un convertidor trifásico de 7.5 kW formado por un módulo de 5 kW y otro de 2.5 kW conectados en paralelo, emulando una eventual ampliación de potencia del 50%. 6) Se lleva a cabo el estudio por simulación de un sistema fotovoltaico de 2 MW compuesto por cuatro inversores de 500 kW conectados en paralelo, demostrando que el control de las componentes homopolares de las corrientes reduce en gran medida el valor de las corrientes de circulación y mejora el desempeño de la instalación. 7) Por último, se propone una técnica de control para mejorar la eficiencia global de inversores fotovoltaicos centralizados de potencia elevada, el cual se basa en la utilización de modelos funcionales bidimensionales de eficiencia para activar/desactivar los módulos de potencia en función del punto de operación del campo fotovoltaico. / [CA] En aquest treball es proposen tècniques de control específiques per a la paral·lelització d'inversors sense transformador connectats a la xarxa, en aplicacions d'interconnexió de busos de micro-xarxes híbrides i instal·lacions fotovoltaiques de gran potència. La paral·lelització d'inversors presenta múltiples avantatges com ara són la modularitat, la redundància o la flexibilitat per ampliar la potència d'un sistema o d'una instal·lació. En el cas d'inversors fotovoltaics centralitzats, també es permet la connexió/desconnexió de mòduls inversors connectats en paral·lel permetent una major eficiència global quan es treballa a potències baixes. En canvi, la paral·lelització d'inversors provoca l'aparició de corrents de circulació que poden provocar efectes indesitjables en el sistema o en la instal·lació. Totes les contribucions que es porten a terme en aquesta tesi estan orientades a la millora de la operació de inversors en paral·lel en les aplicacions descrites i son les següents: 1)Es presenta un model precís en xicoteta senyal de n inversors connectats en paral·lel amb filtre LCL de connexió a xarxa, en el qual es tenen en consideració els termes d'acoblament entre fases dels inductors trifàsics. 2) Es proposa una tècnica de control en la que s'usen n-1 llaços de regulació que controlen la component homopolar de les corrents i imposen un valor nul en règim permanent, a la fi d'eliminar les corrents de circulació. 3) Es proposa l'ús de moduladors en espai vectorial de tres dimensions (3D SVM) per implementar el control de la component homopolar de les corrents. 4) Es mostren resultats analítics, de simulació i experimentals els quals validen l'esquema de control proposat considerant l'aparició de corrents de circulació degut a diversos factors: desbalanceig d'inductàncies entre les fases d'un inversor i de distints inversors, desbalanceig de potència entre inversors i ús de modulacions distintes en els inversors connectats en paral·lel. Els assajos experimentals es realitzen sobre un inversor trifàsic de 10 kW format per la connexió en paral·lel de dos mòduls de 5 kW cadascun. 5) Es mostren resultats de simulació i experimentals de l'aplicació de les tècniques de reducció de corrents de circulació a convertidors d'interconnexió entre els busos d'alterna i contínua de micro-xarxes híbrides. Els assajos experimentals es particularitzen a un convertidor trifàsic de 7.5 kW format per un mòdul de 5 kW i altre de 2.5 kW connectats en paral·lel, emulant una eventual ampliació de potència del 50 %. 6) Es duu a terme l'estudi per simulació d'un sistema fotovoltaic de 2 MW format per quatre inversors de 500 kW connectats en paral·lel demostrant que el control de les components homopolars de les corrents redueixen en gran mesura el valor de les corrents de circulació i millora l'acompliment de la instal·lació. 7) Per últim, es proposa una tècnica de control per a la millora de l'eficiència global d'inversors fotovoltaics centralitzats de potència elevada, el qual es basa en la utilització de models funcionals bidimensionals d'eficiència per activar/desactivar els mòduls de potència en funció del punt d'operació del camp fotovoltaic. / [EN] In this work they have been proposed specific control techniques for the parallelization of transformerless inverters connected to the grid in two specific applications: i) the interlinking converter between ac and dc bus of hybrid microgrids and ii) high power photovoltaic farms. Paralleling of inverters presents some advantages as modularity, redundancy or flexibility for increasing the power of a system or of a plant. In photovoltaic centralized inverters, the parallel inverters can be connected and disconnected in order to improve the global efficiency when the system works at low power. However, the inverters paralleling causes the appearance of circulating currents which can produce undesirable effects in the system or in the plant. The contributions that are carried out in this thesis are all of them aimed at improving the operation of parallel inverters in the described applications and they are as follows: 1) It has been presented an accurate small signal model of n parallel inverters with an LCL grid filter, in which the mutual coupling terms of the three-phase inductors has been considered. 2) It has been proposed a control technique with n-1 control loops that control the zero-sequence current component by setting a zero value in steady state, looking for eliminating the circulating currents. 3) It has been proposed the use of three-dimension space vector modulator (3D SVM) to implement the zero-sequence currents control. 4) The analytical results have been validated by means of simulation and experimental results, showing the performance of the proposed control scheme considering the appearance of circulating currents due to different factors: i) inductor imbalances between the phases of an inverter or ii) between different inverters, iii) power imbalances between inverters and iv) the use of different modulation techniques in the parallel inverters. The experimental tests have been carried out on a 10 kW three-phase converter composed by the parallel connection of two 5 kW modules. 5) They have been shown both simulation and experimental results of the application of circulating current reduction techniques to interlinking converters between the DC and the AC buses of hybrid microgrids. The experimental tests have been particularized to a 7.5 kW three-phase converter composed by a 5 kW and a 2.5 kW module connected in parallel, emulating an eventual 50 % power expansion. 6) Is has been carried out the simulation study of a 2 MW photovoltaic system composed by four 500 kW inverters connected in parallel, showing that the control of the zero-sequence currents greatly reduces the value of the circulating currents and improve the system performance. 7) Finally, it has been proposed a control technique for the improvement of the global efficiency of high power photovoltaic centralized inverters, which is based in the use of bidimensional functional efficiency models to activate/deactivate the power modules according to the operation point of the photovoltaic farm. / Liberos Mascarell, MA. (2021). Técnicas de control para la conexión en paralelo de inversores aplicadas a convertidores de interconexión entre los buses de CC y CA de microrredes híbridas e inversores fotovoltaicos centralizados de alta potencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/168190

Esta tese tem por objetivo o desenvolvimento de metodologias eficientes e de baixo custo para ajustar as propriedades elétricas de OFETs de canal p e de canal n, a fim de possibilitar a fabricação do circuito complementar orgânico, semelhante a uma estrutura CMOS. O desempenho do circuito complementar fabricado foi otimizado, e também foi confeccionado por impressão um OFETs de canal operando em baixas tensões. Para a fabricação do CMOS orgânico foi proposto um método baseado na seleção adequada do solvente da camada dielétrica para ajustar o desempenho elétrico dos OFETs de canal p e de canal n. Os solventes, MEK, nBA e DMSO foram selecionados para a dissolução do PMMA por apresentarem diferenças nos valores de momento de dipolo, de ponto de ebulição e de graus de ortogonalidade em relação as camadas semicondutoras de P3HT e de P(NDI2OD-T2) dos OFETs. A análise dos resultados dos OFETs de canal p e de canal n demonstrou que a metodologia proposta é adequada tanto para o ajuste das propriedades elétricas destes dispositivos quanto para a otimização do desempenho dos mesmos. Os melhores desempenhos elétricos para os OFETs de canal p e de canal n foram obtidos quando utilizados o DMSO e o MEK como solventes do PMMA, respectivamente, devido à perfeita ortogonalidade destes solventes em relação às camadas semicondutoras. Os OFETs de canal p que utilizaram o DMSO e os OFETs de canal n que utilizaram o nBA foram os que apresentaram desempenhos elétricos semelhantes, sendo portanto aplicados na fabricação do CMOS. Valores de ganho entre 6,8 e 7,8 e de margem de ruído entre 28,3 V e 34,5 V foram obtidos para inversores complementares fabricados nesta etapa do trabalho. OFETs de canal p utilizando uma blenda de PTAA: diF TES ADT como camada semicondutora, o PEDOT:PSS como eletrodos dreno/fonte e o P(VDF-TrFE-CFE) como camada dielétrica também foram fabricados neste trabalho. A técnica de blade-coating foi utilizada para a deposição dos eletrodos dreno/fonte e da camada semicondutora, ao passo que a técnica de spray-coating foi utilizada para a deposição da camada dielétrica. Da análise dos resultados foi possível inferir que a utilização de um dielétrico com elevada constante dielétrica (K), como o P(VDF-TrFE-CFE), possibilita o funcionamento dos transistores a baixas tensões (≤ 8 V), porém com valores de mobilidade reduzidos devido à elevada desordem dipolar na interface provocada por este dielétrico. Para minimizar esses efeitos, uma fina camada de um polímero fluorado foi depositada entre a camada semicondutora e a dielétrica pela técnica de blade-coating, constituindo assim uma bicamada dielétrica nos OFETs. Dos resultados das medidas elétricas dos OFETs constituídos pela bicamada dielétrica foi observada permanência do funcionamento destes dispositivos a tensões inferiores a 8 V com desempenho elétricos superiores a resultados já publicados na literatura. Por fim, inversores lógicos unipolares com transistores de carga foram fabricados com os OFETs que utilizaram a bicamada dielétrica, sendo obtidos valores de ganho entre 1,2 e 1,6 e de margem de ruído entre 56% e 68,5% de ½ VDD. / This thesis aimed to develop an efficient and low cost method to adjust the electrical properties of p- and n-channel OFETs to allow us to build an organic CMOS and the optimization of printed p-channel OFETs to work at low voltages. We proposed a method to fabricate the organic CMOS, based on the careful selection of dielectric solvent, which was adjusted to obtain the best performance of p- and n-channel OFETs. The dielectric solvents as MEK, nBA and DMSO were selected to dissolve the PMMA dielectric polymer due their different physical properties as dipole moment and boiling point and because they showed slightly different degrees of orthogonality to the P3HT and P(NDI2OD-T2) semiconductor layers of the OFETs. The results showed that the careful selection of the dielectric solvent not only allows to tune the electrical characteristics of the p- and n-channel OFETs, but also to improve the performance of these devices. The best performances were achieved when DMSO and MEK were used as dielectric solvents of the p and n-channel OFETs, respectively, as result of the perfectly orthogonality of these solvents to the semiconductor layers. P-channel OFETs using DMSO and n-channel OFETs using nBA showed similar electrical characteristics and thus, they were used to construct the organic CMOS. The organic complementary inverters showed high gain and noise margin values in the range of 6,8 to 7,8 and 28,3 V to 34,5 V, respectively. Printed p-channel OFETs were also fabricated, in which the blend PTAA:diF TES ADT was used as semiconductor channel, PEDOT:PSS as the drain/source electrodes and P(VDF-TrFE-CFE) as the dielectric layer. The blade-coating technique was used to deposit the source/drain electrodes and the semiconductor layer, while the spray-coating technique was used to deposit the dielectric layer. It was observed that using high-k dielectric as P(VDF-TrFE-CFE) enable to reduce the operating voltage of the OFETs (≤8 V), however, this high-k dielectric also reduced the field effect mobility due the dipolar disorder at the semiconductor/dielectric interface. To minimize the dipolar issue at the interface, we inserted a thin fluoropolymer dielectric layer by blade-coating between the semiconductor and the high-k dielectric layers, thus constituting a dielectric bilayer on the OFETs. From the electrical measurements of the OFETs with the dielectric bilayer, it was observed that the devices were still working at 8 V and they also showed better performance in comparison to results already published. Finally, organic unipolar inverters with load transistors were fabricated using the p-channel OFETs with the dielectric bilayer and they showed reasonable performance, with gain and noise margin in the range of 1,2 to 1,6 and 56% e 68,5% of ½ VDD, respectively.

Submitted by Gilvanedja Silva (gilvanedja@biblioteca.ufpb.br) on 2018-03-22T20:42:08Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 11929036 bytes, checksum: e796f3e04cbf0cf6da3fa9648d4f9270 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-22T20:42:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 11929036 bytes, checksum: e796f3e04cbf0cf6da3fa9648d4f9270 (MD5) Previous issue date: 2017-05-25 / This work presents a technique using carrier-based pulse width modulation (PWM) applied to single-phase asymmetrical multilevel inverters with diodes clamped, aiming to increase the amount of output voltage levels to improve signal quality, reducing the total harmonic distortion rate (THD). The technique was used in inverters of three, four and five levels per arm, providing an output signal with seven, thirteen and nineteen levels respectively, presenting two, six and ten levels higher than the equivalent symmetrical multilevel inverters. The technique was described with a set of equations and procedures that can be generalized for inverters of any number of levels. To verify the operation, simulations were performed using the PSIM program and an experimental assembly of an asymmetrical multilevel inverter of three levels was performed, using a field programmable gate array device (FPGA) in the implementation of the PWM modulator. Finally, the simulation and experimental results that prove the effectiveness of the modulation strategy employed in this work are presented and compared / Este trabalho apresenta uma técnica utilizando a modulação por largura de pulso (PWM) baseada em portadora, aplicada aos inversores multiníveis monofásicos assimétricos com diodos de grampeamento, com o objetivo de elevar a quantidade de níveis na tensão de saída, para melhorar a qualidade do sinal, reduzindo a taxa de distorção harmônica total (THD). A técnica foi empregada em inversores de três, quatro e cinco níveis por braço, fornecendo um sinal de saída com sete, treze e dezenove níveis respectivamente, apresentando dois, seis e dez níveis a mais que os inversores multiníveis simétricos equivalentes. A técnica foi descrita com um conjunto de equações e procedimentos que pode ser generalizada para inversores de qualquer número de níveis. Para comprovar o funcionamento, foram realizadas simulações utilizando o programa PSIM e efetuada montagem experimental de uma inversor multinível assimétrico de três níveis, utilizando na implementação do modulador PWM um dispositivo em matriz de porta programável em campo (FPGA). Por fim, são apresentados e comparados os resultados de simulações e experimentais que comprovam a eficácia da estratégia de modulação empregada neste trabalho

Esta tese tem por objetivo o desenvolvimento de metodologias eficientes e de baixo custo para ajustar as propriedades elétricas de OFETs de canal p e de canal n, a fim de possibilitar a fabricação do circuito complementar orgânico, semelhante a uma estrutura CMOS. O desempenho do circuito complementar fabricado foi otimizado, e também foi confeccionado por impressão um OFETs de canal operando em baixas tensões. Para a fabricação do CMOS orgânico foi proposto um método baseado na seleção adequada do solvente da camada dielétrica para ajustar o desempenho elétrico dos OFETs de canal p e de canal n. Os solventes, MEK, nBA e DMSO foram selecionados para a dissolução do PMMA por apresentarem diferenças nos valores de momento de dipolo, de ponto de ebulição e de graus de ortogonalidade em relação as camadas semicondutoras de P3HT e de P(NDI2OD-T2) dos OFETs. A análise dos resultados dos OFETs de canal p e de canal n demonstrou que a metodologia proposta é adequada tanto para o ajuste das propriedades elétricas destes dispositivos quanto para a otimização do desempenho dos mesmos. Os melhores desempenhos elétricos para os OFETs de canal p e de canal n foram obtidos quando utilizados o DMSO e o MEK como solventes do PMMA, respectivamente, devido à perfeita ortogonalidade destes solventes em relação às camadas semicondutoras. Os OFETs de canal p que utilizaram o DMSO e os OFETs de canal n que utilizaram o nBA foram os que apresentaram desempenhos elétricos semelhantes, sendo portanto aplicados na fabricação do CMOS. Valores de ganho entre 6,8 e 7,8 e de margem de ruído entre 28,3 V e 34,5 V foram obtidos para inversores complementares fabricados nesta etapa do trabalho. OFETs de canal p utilizando uma blenda de PTAA: diF TES ADT como camada semicondutora, o PEDOT:PSS como eletrodos dreno/fonte e o P(VDF-TrFE-CFE) como camada dielétrica também foram fabricados neste trabalho. A técnica de blade-coating foi utilizada para a deposição dos eletrodos dreno/fonte e da camada semicondutora, ao passo que a técnica de spray-coating foi utilizada para a deposição da camada dielétrica. Da análise dos resultados foi possível inferir que a utilização de um dielétrico com elevada constante dielétrica (K), como o P(VDF-TrFE-CFE), possibilita o funcionamento dos transistores a baixas tensões (≤ 8 V), porém com valores de mobilidade reduzidos devido à elevada desordem dipolar na interface provocada por este dielétrico. Para minimizar esses efeitos, uma fina camada de um polímero fluorado foi depositada entre a camada semicondutora e a dielétrica pela técnica de blade-coating, constituindo assim uma bicamada dielétrica nos OFETs. Dos resultados das medidas elétricas dos OFETs constituídos pela bicamada dielétrica foi observada permanência do funcionamento destes dispositivos a tensões inferiores a 8 V com desempenho elétricos superiores a resultados já publicados na literatura. Por fim, inversores lógicos unipolares com transistores de carga foram fabricados com os OFETs que utilizaram a bicamada dielétrica, sendo obtidos valores de ganho entre 1,2 e 1,6 e de margem de ruído entre 56% e 68,5% de ½ VDD. / This thesis aimed to develop an efficient and low cost method to adjust the electrical properties of p- and n-channel OFETs to allow us to build an organic CMOS and the optimization of printed p-channel OFETs to work at low voltages. We proposed a method to fabricate the organic CMOS, based on the careful selection of dielectric solvent, which was adjusted to obtain the best performance of p- and n-channel OFETs. The dielectric solvents as MEK, nBA and DMSO were selected to dissolve the PMMA dielectric polymer due their different physical properties as dipole moment and boiling point and because they showed slightly different degrees of orthogonality to the P3HT and P(NDI2OD-T2) semiconductor layers of the OFETs. The results showed that the careful selection of the dielectric solvent not only allows to tune the electrical characteristics of the p- and n-channel OFETs, but also to improve the performance of these devices. The best performances were achieved when DMSO and MEK were used as dielectric solvents of the p and n-channel OFETs, respectively, as result of the perfectly orthogonality of these solvents to the semiconductor layers. P-channel OFETs using DMSO and n-channel OFETs using nBA showed similar electrical characteristics and thus, they were used to construct the organic CMOS. The organic complementary inverters showed high gain and noise margin values in the range of 6,8 to 7,8 and 28,3 V to 34,5 V, respectively. Printed p-channel OFETs were also fabricated, in which the blend PTAA:diF TES ADT was used as semiconductor channel, PEDOT:PSS as the drain/source electrodes and P(VDF-TrFE-CFE) as the dielectric layer. The blade-coating technique was used to deposit the source/drain electrodes and the semiconductor layer, while the spray-coating technique was used to deposit the dielectric layer. It was observed that using high-k dielectric as P(VDF-TrFE-CFE) enable to reduce the operating voltage of the OFETs (≤8 V), however, this high-k dielectric also reduced the field effect mobility due the dipolar disorder at the semiconductor/dielectric interface. To minimize the dipolar issue at the interface, we inserted a thin fluoropolymer dielectric layer by blade-coating between the semiconductor and the high-k dielectric layers, thus constituting a dielectric bilayer on the OFETs. From the electrical measurements of the OFETs with the dielectric bilayer, it was observed that the devices were still working at 8 V and they also showed better performance in comparison to results already published. Finally, organic unipolar inverters with load transistors were fabricated using the p-channel OFETs with the dielectric bilayer and they showed reasonable performance, with gain and noise margin in the range of 1,2 to 1,6 and 56% e 68,5% of ½ VDD, respectively.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-27Bitstream added on 2014-06-13T19:28:00Z : No. of bitstreams: 1 sampaio_lp_me_ilha.pdf: 1553174 bytes, checksum: 4a7ad1f1c4400135903509fd327b3112 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho propõe uma nova abordagem na metodologia de operação para o inversor Boost monofásico, como estrutura base para o aproveitamento de fontes alternativas e renováveis de energia elétrica. Considerando-se que equipamentos eletro/eletrônicos convencionais em CA (corrente alternada) necessitam, normalmente, de níveis e formato de tensão diferentes daqueles fornecidos por essas fontes de energia, o inversor proposto é uma estrutura integrada que tem a capacidade de operar como conversor elevador de tensão e inversor, apresentando um número reduzido de componentes e rendimento maior, quando comparado às formas tradicionais de se associar em cascata o conversor elevador com o inversor. O projeto convencional do inversor fonte de corrente (CSI) exige uma indutância elevada de entrada, além disso, o modelo a pequeno sinais do CSI é semelhante ao do conversor Boost no modo de condução contínua, apresentando um zero no semi-plano direito na função de transferência para o controle da tensão de saída, sendo que este zero causa o conhecido efeito de fase não-mínima. Desta forma, uma metodologia especial de projeto é apresentada resultando numa indutância Boost reduzida e numa técnica de controle utilizando um sistema multi-malhas, com alimentação direta, devidamente projetada de forma a possibilitar elevadas dinâmicas de transferência de energia. Adicionalmente, o inversor apresenta tensão de saída com reduzidas distorções harmônicas (DHT), número reduzido de componentes de potência e, consequentemente, elevada densidade de potência. Neste trabalho são apresentadas as análises qualitativa e quantitativa do inversor, a modelagem e técnica de controle proposta, metodologia de projeto, os principais resultados de simulação e experimentais com a finalidade de demonstrar a viabilidade de aplicação da proposta. / This work presents a new methodology for the operation and control of a single-phase current-source Boost Inverter, it is used as base structure for alternative and renewable electric energy sources. The electro/electronics devices normally require eletrical source in AC (alternate current) in different voltage levels and shapes those provided by the alternative and renewable electrical sources. The proposed inverter is an integrated structure able to operate as step-up DC-DC converter and inverter, it presents a reduced number of components, high efficiency when compared with the traditional technique of step-up and inverter for cascade association. The conventional design of current source inverter (CSI) require a large boost inductance, therefore, the small-signal model is similar to continuous-current-mode (CCM) Boost converter, which has a right-half-plane (RHP) zero in its control-to-output transfer function, and this RHP zero causes the well-known non-minimum-phase effects. In this context, a special design with small boost inductance and a multi-loop control is proposed in order to assure stability and very fast dynamics. Furthermore, the inverter presents output voltage with very low total harmonic distortion (THD), reduced number of components and high power density. In addition, this work presents the Boost CSI operation, the proposed control technique, the main simulation and experimental results in order to demonstrate the feasibility of the proposal.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T22:15:13Z No. of bitstreams: 1 ADI NEVES ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4213060 bytes, checksum: 41dbc9ec6203a02fc678bc1c878970dc (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T22:15:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ADI NEVES ROCHA - DISSERTAÇÃO PPGEE 2014..pdf: 4213060 bytes, checksum: 41dbc9ec6203a02fc678bc1c878970dc (MD5) Previous issue date: 2014-08-08 / O objetivo do estudo apresentado nessa dissertação é analisar e comparar dois inversores fonte de tensão acionando uma máquina de indução hexafásica. as estruturas analisadas são: o conversor composto de seis braços possuindo dois dispositivos semicondutores por braço (12 chaves) e um conversor composto de três braços e nove dispositivos semicondutores (9 chaves). A estrutura composta por 12 chaves é a configuração padrão para acionamento de cargas hexafásicas . Analisando quanto ao aspecto da quantidade de chaves o conversor de 9 chaves apresenta uma evidente redução do número de componentes. Neste trabalho busca-se uma comparação mais fundamentada a partir da análise destas topologias com relação a outras características, tais como: (i) estrutura ou modo de conexão dos dispositivos com a descrição das limitações de cada estrutura; (ii) diferenças nas técnicas de modulação empregadas; (iii) níveis de corrente e tenção em cada um dos dispositivos que compõem a estrutura; (iv) análise do desempenho segundo a quantidade de perdas por condução e por chaveamento; (v) análise de desempenho quanto aos níveis de dispersão harmônica. Apesar da análise estar voltada para a comparação dos conversores, há uma descrição da máquina hexafásica modelada por decomposição vetorial e a aplicação de uma estratégia de controle no acionamento da máquina, utilzando a técnica de controle por fluxo rotórico. / The goal of the study presented in this thesis is to analyze and compare towo voltage source inverters driving a six-phase induction machine. The types of structures analyzed are: the converter of six legs having two semiconductor devices per leg (12 switches) and an inverter composed of three legs - (nine semiconductor devices 9 switches). The converter of 12 switches is the default configuration for driving six-phase loads. Analyzing the numbers of switches aspects, the 9 switches converter shows a clear reduction in the number of components. This paper seeks a more reasoned comparison from the analysis of these topologies with respect to other characteristics, such as: (i) structure or way of connecting devices to the description of the limitations of each structure; (ii) differences in the modulation techniques employed ; (iii) levels of current voltage in each of the devices of the structure; (iv) analysis of performance depending on the amount of conduction and switching losses; (v) performance analysis of the levels of harmonic distortion. Althought the analysis is focused on the comparison of the converters, there is a description of the six-phase machine modeled by vector decomposition and implementation of a control strategy to drive the machine using the rotor flux control technique.

Os inversores multiníveis podem se beneficiar de filtros de saída reduzidos devido ao menor conteúdo harmônico do sinal sintetizado, dado que suas saídas possuem menores diferenças de tensão durante seu chaveamento. Sua desvantagem é causada pelo elevado número de chaves controladas normalmente necessário para seu funcionamento, e seus circuitos auxiliares. No objetivo de reduzir o número de chaves utilizadas em um inversor de sete níveis, uma nova topologia para um inversor de sete níveis de tensão é apresentada, construída a partir de duas fontes de tensão assimétricas conectadas em série e seis chaves semicondutoras. Este trabalho analisa os princípios de operação desta topologia e a lógica de chaveamento necessária para seu funcionamento. O arranjo proposto não oferece a possibilidade de redução de tensão sobre as chaves, conforme apresentado nas topologias clássicas de inversores com ponto neutro grampeado a diodo ou capacitor e de células em série, mas reduz a quantidade dos componentes necessários para a composição dos sete níveis, sendo possível utilizá-lo em inversores de baixa tensão, devido à seu menor tamanho e complexidade. O estudo apresenta a estrutura resultante em forma de um inversor monofásico por modulação de largura de pulso com disposição das portadoras em oposição de fase, com sete níveis igualmente espaçados, utilizando apenas seis chaves e duas fontes de tensão com alimentação assimétrica, em que a principal fonte tem o dobro da tensão da outra fonte. O funcionamento da topologia é verificado em simulação e implementação de protótipo de 860W. Uma outra versão também é apresentada analiticamente, com melhor grampeamento da tensão, utilizando oito chaves comandadas com uma lógica mais simplificada. Por fim, algumas propostas são sugeridas para a geração dos dois barramentos de tensão necessários. / Multilevel inverters can benefit from reduced output filters due to the lower harmonic content of the synthesized signal, since their outputs have lower voltage differences during their switching. Its disadvantage is caused by the high number of controlled switches and its auxiliary circuits normally required for its operation. In order to reduce the number of switches used in a seven-level inverter, a new topology for a seven level and its auxiliary circuits inverter is presented, constructed from two asymmetrical voltage sources connected in series and six semiconductor switches. This work analyzes the principles of operation of this topology and the switching logic required for its operation. The proposed arrangement does not offer the possibility of voltage reduction on the switches, as presented in the classical inverters topologies with diode or capacitor clamping or the series connected cells, but it reduces the amount of components necessary for the composition of the seven levels, being possible to use it in low voltages inverters, due to its smaller size and complexity. The study presents the resulting structure in the form of a single-phase inverter, using the pulse-width modulation with phase-contrast carriers technique, with seven equally spaced levels, using only six switches and two voltage sources with asymmetrical voltages, in which the main source has double the voltage of the other. The operation of the topology is checked with simulation and an implementation of a 860W prototype. Another version is also presented analytically, with better voltage clamping, using eight keys controlled with a more simplified logic. Finally, some proposals are suggested for the generation of the two necessary voltage rails.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Denizar Cruz Martins / Resumo: Este trabalho propõe uma nova abordagem na metodologia de operação para o inversor Boost monofásico, como estrutura base para o aproveitamento de fontes alternativas e renováveis de energia elétrica. Considerando-se que equipamentos eletro/eletrônicos convencionais em CA (corrente alternada) necessitam, normalmente, de níveis e formato de tensão diferentes daqueles fornecidos por essas fontes de energia, o inversor proposto é uma estrutura integrada que tem a capacidade de operar como conversor elevador de tensão e inversor, apresentando um número reduzido de componentes e rendimento maior, quando comparado às formas tradicionais de se associar em cascata o conversor elevador com o inversor. O projeto convencional do inversor fonte de corrente (CSI) exige uma indutância elevada de entrada, além disso, o modelo a pequeno sinais do CSI é semelhante ao do conversor Boost no modo de condução contínua, apresentando um zero no semi-plano direito na função de transferência para o controle da tensão de saída, sendo que este zero causa o conhecido efeito de fase não-mínima. Desta forma, uma metodologia especial de projeto é apresentada resultando numa indutância Boost reduzida e numa técnica de controle utilizando um sistema multi-malhas, com alimentação direta, devidamente projetada de forma a possibilitar elevadas dinâmicas de transferência de energia. Adicionalmente, o inversor apresenta tensão de saída com reduzidas distorções harmônicas (DHT), número reduzido de componentes de potência e, consequentemente, elevada densidade de potência. Neste trabalho são apresentadas as análises qualitativa e quantitativa do inversor, a modelagem e técnica de controle proposta, metodologia de projeto, os principais resultados de simulação e experimentais com a finalidade de demonstrar a viabilidade de aplicação da proposta. / Abstract: This work presents a new methodology for the operation and control of a single-phase current-source Boost Inverter, it is used as base structure for alternative and renewable electric energy sources. The electro/electronics devices normally require eletrical source in AC (alternate current) in different voltage levels and shapes those provided by the alternative and renewable electrical sources. The proposed inverter is an integrated structure able to operate as step-up DC-DC converter and inverter, it presents a reduced number of components, high efficiency when compared with the traditional technique of step-up and inverter for cascade association. The conventional design of current source inverter (CSI) require a large boost inductance, therefore, the small-signal model is similar to continuous-current-mode (CCM) Boost converter, which has a right-half-plane (RHP) zero in its control-to-output transfer function, and this RHP zero causes the well-known non-minimum-phase effects. In this context, a special design with small boost inductance and a multi-loop control is proposed in order to assure stability and very fast dynamics. Furthermore, the inverter presents output voltage with very low total harmonic distortion (THD), reduced number of components and high power density. In addition, this work presents the Boost CSI operation, the proposed control technique, the main simulation and experimental results in order to demonstrate the feasibility of the proposal. / Mestre

Os sistemas fotovoltaicos tem se difundido mundialmente como uma tecnologia de energia limpa que pode ser utilizada na maior parte do planeta Terra. Isto o torna um sistema muito interessante para geração distribuída. A peça fundamental para o aproveitamento da energia fotovoltaica na geração distribuída é o inversor conectado a rede elétrica. Assim o rendimento deste equipamento influencia diretamente no aproveitamento da energia gerada pelos painéis fotovoltaicos e consequentemente no tempo em que o sistema se paga. O comportamento sazonal da geração de energia, onde o inversor trabalha na maior parte do tempo entre 10% e 90% da capacidade, principalmente em sistemas sem rastreamento, não permite que o inversor seja avaliado somente pelo seu rendimento em plena carga, mas pela curva de rendimento completa em toda faixa de operação. O método proposto para a melhora do rendimento do sistema em baixas potências é a utilização de inversores de baixa potência conectados a rede elétrica em paralelo trabalhando de maneira escalonada. Assim, em baixas potências o rendimento é mais elevado que se fosse utilizado um único inversor. Neste trabalho são avaliados também as consequências do paralelismo na taxa de distorção harmônica da corrente e as vantagens de ampliação na vida útil dos equipamentos e o recurso de redundância. Foram implementados 4 inversores de 300W de saída, na topologia ponte completa com frequência de comutação e amostragem de 21,6kHz, controlados cada um por um DSC 56F8014 da Freescale, e um dispositivo para monitoração dos inversores utilizando um microcontrolador PIC18F4520. Todos os dispositivos possuem interface de comunicação UART isolada com protocolo LIN. Os inversores foram testados em operação com modo de compartilhamento de potência contínuo, onde todos os inversores operam com parcelas identicas de potência, e no modo escalonado, onde os inversores entram em operação sob a demanda da potência a ser processada. Os resultados apresentam uma melhora de 3,7% no rendimento entre o sistema de compartilhamento de potência contínuo e escalonado, avaliados pelo rendimento ponderado do sistema (IEC-61836). / Photovoltaic systems have been spreading globally as a clean energy technology that can be used in most of the planet Earth. This makes it a very interesting system for distributed generation. The key to the use of photovoltaics in distributed generation inverter is connected to the power grid. Thus the performance of this equipment directly influences the use of energy generated by the photovoltaic panels and consequently the time that the system pays for itself. The seasonal behavior of power generation, where the drive works most of the time between 10% and 90% of capacity, especially in systems without tracking, does not allow the drive to be evaluated not only by their performance at full load, but the full yield curve throughout the operating range. The proposed method improves the system performance at low power is the use of low power inverters connected in parallel to mains electricity working in installments. Thus, in the low power output is higher than if a single drive were used. This work also evaluated the consequences of parallelism in the rate of harmonic current distortion and benefits of expanding the life of the equipment and the use of redundancy . We implemented four inverters 300W output full bridge topology with switching frequency of 21.6 kHz and sampling, each controlled by a Freescale 56F8014 DSC, and a device for monitoring the inverters using a PIC18F4520 microcontroler. All devices have isolated communication interface UART with LIN protocol. The inverters were tested in operation mode continuous power sharing , where all the inverters operate with identical plots power, and staggered where the inverters come into operation upon the demand of power being processed. The results show an improvement of 3,7% in revenue sharing system between the power and continued staggered valued at weighted yield of the system (IEC-61836). / 5000