Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:19:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222431.pdf: 4685463 bytes, checksum: 654ca6213d51de8a4d29437361ea3ffc (MD5) / O presente trabalho trata do projeto e implementação de uma fonte de tensão alternada alimentada por fontes de tensão CC de 24V para aplicações domésticas e embarcadas. Através deste projeto, é enfocado o estudo do acoplamento em cascata de inversores de tensão ao barramento de saída de conversores CC-CC e do seu efeito sobre a energia processada pelo conversor à montante. É apresentada uma técnica de redução da flutuação de energia observada através de uma metodologia de projeto para o filtro LC que realiza a conexão entre ambos os conversores. É apresentado um estudo completo do sistema, desde a análise topológica das estruturas escolhidas até a concepção da eletrônica auxiliar empregada na montagem, além da descrição detalhada do projeto da fonte alternada senoidal de 1kW, desenvolvida para realizar a comprovação prática dos resultados obtidos analiticamente e por meio de simulações numéricas, apresentando, por fim, o protótipo construído em laboratório e os resultados alcançados com a sua experimentação. This work presents the design and implementation of an AC voltage source fed by DC sources for domestic and mobile applications. It intends to study the coupling in cascade of voltage inverters to the DC-DC converters link and its effect on the energy processed by the upstream converter. An energy floating reduction technique that consists in a design methodology for the LC filter between both converters is presented. A complete study of the system is presented, from the chosen structures topological analysis to the conception of the used auxiliary electronics, beyond the detailed description of the 1kW AC sinusoidal source design, developed to prove practically the analytical and simulation results, presenting, finally, the developed prototype and the reached experimentation results.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:45:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327176.pdf: 9519826 bytes, checksum: 2a516b63bb3e1d9578af098b5638ee34 (MD5) Previous issue date: 2013 / Neste trabalho estão apresentados os estudos efetuados do conversor trifásico bidirecional de três níveis (NPCm), aplicado a operação como Carga Eletrônica Ativa de corrente alternada. Os esforços de corrente e de tensão são analisados, modelados e comparados com o conversor NPC, bem como as perdas dos seus dispositivos semicondutores, para variações da defasagem da corrente e do índice de modulação. Semicondutores estado da arte foram ensaiados em laboratório e utilizados nos dois conversores, tais como os modernos diodos e transistores de Carboneto de Silício (SiC), visando a análise comparativa das perdas e a obtenção de conversores de alta eficiência. São obtidos modelos para o sistema quando composto por filtros de primeira ou de terceira ordem, apresentando os problemas inerentes de cada topologia. No caso do filtro de primeira ordem, composto por um indutor, são apresentados vários resultados de simulação com o controle da corrente drenada, para diferentes frequências harmônicas, mostrando a possibilidade de ocorrência de saturação do controlador e como contorná-la. Para o caso de utilização de um filtro de terceira ordem (LCL), é proposto um sistema de controle formado por um controlador clássico, a Realimentação dos Estados (RE) e um Observador de Estados (OE). O observador é usado para obter o valor da variável a ser controlada, sem o uso de sensores, e a RE é usada para se obter uma amortização ativa das oscilações na frequência de ressonância do filtro. Neste caso, primeiro são apresentados resultados de simulação com o sistema de controle analógico, depois são analisados os problemas causados pela discretização e implementação com controladores digitais, mostrando qual a ação foi tomada para contornar tais problemas. Por fim, vários resultados experimentais com o controlador digital são apresentados, mostrando que o protótipo construído foi capaz de emular correntes com conteúdo harmônico amplo e genérico, com boa rejeição às perturbações causadas pelas alterações da tensão ou da indutância do equipamento sob teste (EST).<br> / Abstract : This work presents a study of a modified Neutral Point Clamped (here called NPCm), a bi-directional three-phase three-levels inverter, operating as an AC Active Electronic Load. First, the current and voltage stresses are analyzed, modelled and compared with the standard Neutral Point Clamped (NPC) inverter. State-of-the-art semiconductors were selected and tested in different controlled temperature of operation, in order to obtain their energy losses characteristics, like the modern silicon carbide (SiC) diodes and transistors. Later, this devices were used as main power semiconductors for both inverter topologies and their losses were compared as function of load current and modulation index variations, in order to achieve best performance on efficiency and same time establishing know how on its usage and power losses qualification. Models are obtained for the system when with first or third order filters were used, showing inherent characteristics of each topology. In the case of the first order filter with an inductor, several simulation results are presented with current control for various harmonic frequencies, showing the possible occurrence of controller saturation and how to avoid it. In the case of utilization of a third order filter (LCL type), this work proposes a digitally implemented control strategy comprising state feedback, robust observer, phase-locked loop and a linear current controller to cope with AC AEL applications. The observer is used to obtain the value of variable to be controlled, without the utilization of sensors and the state feedback is used to obtain an active damping of oscillations at the resonance frequency. First the simulations results are presented with an analog control, later is the problems caused by the digital controllers discretization and implementation are analysed, showing how the build prototype was able to control currents with broad and generic harmonic content showing good rejection of the perturbations caused by changes on voltage or inductance of the equipment under test (EUT).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-22T04:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347155.pdf: 9234091 bytes, checksum: 016907446c5fbefa6fd0c3287bf4812a (MD5) Previous issue date: 2017 / Esta dissertação de mestrado apresenta o procedimento utilizado no projeto e construção de um protótipo de microinversor fotovoltaico, capaz de processar energia de um módulo fotovoltaico de silício cristalino de até 250 W de potência e injetá-la na rede elétrica com 220 V de valor eficaz de tensão e 60 Hz de frequência. O trabalho compreende revisão bibliográfica em microinversores comerciais, normas para conexão à rede elétrica, caracterização de geradores fotovoltaicos, topologias aplicadas a microinversores e influência das correntes de modo comum na operação desses equipamentos. Optou-se por processar a energia em dois estágios de conversão. O primeiro, cc-cc, é composto por um conversor Boost com célula de ganho. O segundo, cc-ca, principal foco desta dissertação, é o conversor em ponte completa com modulação dois níveis. A estratégia de controle é baseada em compensação da corrente injetada na rede elétrica, com imposição, por PLL, de uma forma de onda senoidal em fase com a tensão; regulação do barramento cc principal; técnica de MPPT; método de anti-ilhamento; partida suave de todo o sistema; algoritmos de proteção; e desacoplamento dos estágios cc-cc e cc-ca por filtragem ativa. A experimentação do sistema projetado e construído contou com resultados satisfatórios e de acordo com teoria e simulação.<br> / Abstract : This Master's Thesis presents the design and construction procedure of a photovoltaic (PV) micro-inverter prototype capable of absorbing energy from a 250 W crystalline silicon PV module and injecting into a 220 V / 60 Hz utility grid. The work includes a literature review on commercial micro-inverters, standards for connectins to grid, characterization of photovoltaic generators, topologies applied to microinverters and influence of common mode currents in the operation of these equipments. Two stages of conversion were choosen to process the energy. The first, dc-dc, is composed by a Boost converter with gain cell. The second, dc-ac, main focus of this work, is the Full-Bridge converter with two level sinusoidal modulation. The control strategy is based on current compensation; dc link voltage controlling; PLL; MPPT; anti-islanding method; soft start of the entire system; protection algorithms; and decoupling of the dc-dc and dc-ac stages by active filtering. The experimentation of the designed and constructed system reached satisfactory results, according to theory and simulation.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-02-15T19:40:33Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Cicero_Brandão_Final.pdf: 2013213 bytes, checksum: d134e81af3b53e4027c70fb34e1eb13f (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-03-17T17:17:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Cicero_Brandão_Final.pdf: 2013213 bytes, checksum: d134e81af3b53e4027c70fb34e1eb13f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T17:17:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Cicero_Brandão_Final.pdf: 2013213 bytes, checksum: d134e81af3b53e4027c70fb34e1eb13f (MD5) / O desbalanceamento é inerente ao funcionamento de uma unidade de bombeio (UB). Para reduzir seus efeitos, o contrabalanceio é uma das ações que precisa ser adotada. Para atingir o balanceamento ideal é preciso buscar o equilíbrio entre os torques requerido pela haste polida e o torque fornecido pelo redutor durante o ciclo de bombeio. O objetivo principal deste trabalho é utilizar informações extraídas de medições realizadas da tensão no barramento DC de inversores de frequência, visando, promover o balanceamento das forças que atuam nesse equipamento. O balanceamento ótimo de uma unidade de bombeio mecânico foi alcançado, medindo esta variável, determinando o fator de carga cíclica (CLF), promovendo o ajuste na posição dos contrapesos e manipulando a velocidade de bombeamento. Para isto, faz-se necessário conhecer os principais métodos utilizados para contrabalancear a UB. Também foi preciso determinar o CLF por meio da tensão do barramento DC. Além disso, um controlador de tensão elétrica foi projetado e implantado em um controlador (CLP), sendo seu propósito reduzir a variabilidade da tensão no barramento do inversor. Como resultados, se tem uma redução significativa na potência consumida, em função do rendimento energético do motor que foi elevado. A variação do torque foi reduzida drasticamente, contribuindo pra uma operação mais suave do sistema, o que certamente irá elevar o tempo médio entre falhas (MTBF). Estes resultados levaram a melhoria do rendimento energético e da confiabilidade do sistema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-12-22T03:03:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336610.pdf: 37577005 bytes, checksum: e7e40df9f60066034ac0e145ad8bb7c9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Com o crescente interesse da indústria em inversores multiníveis de alta potência para aplicações em média tensão e com as limitações tecnológicas em dispositivos semicondutores de potência de alta tensão, a técnica de modulação síncrona otimizada, desenvolvida originalmente para conversores de dois e três níveis, tornou-se novamente um tópico de interesse da Eletrônica de Potência, agora para a melhoria de formas de onda de tensão multiníveis. Esta tese propõe uma nova formulação para o problema de otimizar a modulação de conversores multiníveis com diferentes objetivos, incluindo em um único problema de otimização a decisão da direção de cada comutação bem como os ângulos em que estas devem ocorrer e, assim, definindo completamente as formas de onda de tensão otimizadas. Esta técnica é aqui empregada em aplicações selecionadas, as quais demonstram os ganhos em desempenho obtidos frente à técnicas convencionais de modulação de inversores multiníveis. Resultados extensivos de experimentação de um inversor 5-níveis acionando um motor síncrono de ímãs permanentes são apresentados e comprovam os achados teóricos. </br> / Abstract : With the growing interest of the industry in high power medium voltage multilevel inverters and the technological limitation in high voltage power semiconductors devices, the synchronous optimal pulsewidth modulation technique, originally developed for two/three level inverters, became once again a topic of righ interest to Power Electronics community, now to optimize multilevel waveforms. This work proposes a new formulation for the problem of optimizing the modulation pattern of multilevel converters, including in a single optimization problem the decision of the directions for each step transition in addition to the switching angles and, thus, completely defining the optimized multilevel waveform for a given modulation index. This is done for a single and also multiple objectives problems. This technique is applied here in selected applications, which shows the gains achieved with respect to the conventional modulation techniques for multilevel inverters. Results from extensive experimentation with a 5-levels inverter driving a permanent magnet motor are presented and confirm the theoretical findings.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:40:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013Bitstream added on 2014-09-24T20:20:28Z : No. of bitstreams: 1 319255.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Esta tese apresenta uma nova topologia para os conversores CC-CA, que possibilita obter uma tensão alternada instantânea na saída maior que a tensão de barramento sem utilizar estágios intermediários de potência ou transformador. Esta característica se deve ao emprego de uma célula de comutação incluindo dois interruptores, dois diodos, um indutor e um capacitor em cada braço do inversor. Para comprovar a análise estática e dinâmica realizada foi dimensionado, construído e testado um protótipo para uma potência de 1kW, com 96Vcc para a tensão de entrada, 110Vrms para tensão de saída, fundamental de saída 60Hz e de comutação de 20kHz. <br> / Abstract: This thesis proposes a new DC-AC converter featured for producing an instantaneous output voltage larger or smaller than bus voltage without using intermediate power stage or transformer. This featured is provided by using one switching cell including two switches, two diodes, one inductor and one capacitor on each inverter leg. To validate the static and dynamic analysis performed was design, built and tested a prototype to an output power of 1kW, 96Vdc input DC voltage, 110Vrms output voltage, fundamental output frequency 60Hz and switching frequency of 20kHz

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T05:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 200162.pdf: 2419778 bytes, checksum: 27f98181aa1648a438ce1b8c0063d485 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T09:25:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 206600.pdf: 6794436 bytes, checksum: 834a16f816f34057ae469770964d9a11 (MD5) / A análise e a previsão dos pulsos de tensão sobre os terminais dos motores de indução alimentados por inversores de freqüência, utilizando o método de modelagem por linhas de transmissão # TLM, são os assuntos desta dissertação. Inicialmente, são discutidos os fatores que contribuem para a geração de pulsos de tensão nos terminais dos motores alimentados por inversores de freqüência em aplicações com velocidade variável. A seguir, apresentam-se a teoria de linhas de transmissão, os métodos numéricos para modelagem de fenômenos, o princípio do método TLM e sua aplicação em problemas 1D. No desenvolvimento experimental, são apresentados os procedimentos para determinação dos parâmetros do sistema formado pelo inversor (fonte), o cabo (linha) e o motor (carga) e os valores medidos para esses parâmetros. Também são apresentados resultados de medições dos pulsos de tensão nos terminais do motor para instalações com 1 m, 30 m e 100 m de cabo de ligação entre inversor e motor. Finalmente são discutidos os resultados obtidos com o algoritmo computacional, comparando-os com valores medidos na prática.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-18T07:16:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:14:25Z : No. of bitstreams: 1 182833.pdf: 6725443 bytes, checksum: f79c996b0462cc742bc50bf8e2bfd59e (MD5) / Este trabalho apresenta uma família de Inversores ZVS PWM com grampeamento ativo que utilizam um único interruptor auxiliar. As estruturas são particularmente simples e robustas. São muito atrativas para aplicações em acionamentos elétricos, UPS's e filtros ativos de alta potência. As perdas por comutação são reduzidas com a implementação de um circuito snubber simples e regenerativo que provém comutação ZVS para todos os interruptores. A interferência eletromagnética é reduzida com o controle das derivadas de corrente. A tensão sobre os interruptores é reduzida devido ao grampeamento ativo. Suas principais vantagens são: Estratégia de controle simples, robustez, baixo peso e volume, baixo conteúdo de distorção harmônica da corrente de saída, baixa interferência eletromagnética e alta eficiência. Princípio de operação em regime permanente, análise matemática, procedimento de projeto e resultados experimentais são apresentados.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Guilherme Azevedo e Melo / Banca: Moacyr Aureliano Gomes de Brito / Resumo: Com a motivação existente pela necessidade de crescimento das novas fontes de energia alternativas, bem como pelos avanços das tecnologias para os sistemas de conversão de energia, o presente estudo propõe a utilização do conversor integrado três estados Buck-Boost monofásico para o aproveitamento da energia proveniente dos sistemas solares fotovoltaicos. Os sistemas de painéis fotovoltaicos fornecem tensões contínuas, contudo, a grande maioria de aparelhos ou cargas de uso domiciliar necessita de tensões alternadas, com valores eficazes nominais de 127 V ou 220 V, no Brasil. Isso leva à necessidade do estudo de estruturas conversoras CC-CA, conhecidas como inversores. Considerando que as tensões alternadas fornecidas pelos inversores encontram-se dependentes do valor máximo da tensão de entrada, é indispensável a inclusão de um estágio elevador no sistema geral, antes de fornecer energia para as cargas, resultando, assim, em uma redução no rendimento, devido à quantidade de componentes, ao aumento de peso e ao volume. Nesta dissertação, o inversor estudado realiza, em uma única estrutura, a função do estágio elevador ou redutor, garantindo níveis reduzidos de distorção harmônica na corrente injetada e tensão de saída no modo ilhado, com um bom rendimento, fornecendo energia para cargas conectadas em modo de operação ilhado ou conectado à rede. Neste conversor, o sistema de chaveamento de três estados proporciona uma melhora das características dinâmicas. A adição do terceiro estado simplifica o controle por modo tensão, na medida em que elimina o zero presente no semiplano direito da função de transferência do conversor Buck-Boost convencional. Para o desenvolvimento das estratégias de controle, adotou-se o modelo matemático por valores médios instantâneos, em espaço de estados. Adicionalmente, foi realizada uma revisão e avaliação de alguns dos algoritmos de MPPT (Maximum Power Point... / Abstract: The current motivation of growing need for new alternative energy sources, as well as by improvements in technologies for energy conversion systems, this study proposes the use of the single-phase tri-states Buck-Boost integrated converter for the use of energy from solar photovoltaic systems. Photovoltaic systems provide DC voltages and, on the other hand, the large majority of machines or domestic use loads require alternating voltage with RMS values of 127 V or 220 V in Brazil. This points out to the need to study of DC-AC converter structures, known as inverters. Due to the limitation that the alternating voltage supplied by the inverters are dependent on the maximum value of the input voltage, the inclusion of an elevator stage in the general system is necessary, before providing power to the load, thus resulting in a reduction in the performance by the number of components, increased weight and volume. In this dissertation, the studied inverter performs, in a single structure, the functions of the elevator stage or reducer stage, also performs the continues in alternating voltage conversion function, ensuring reduced levels of harmonic distortion in the current injected to the main grid and the output voltage in islanding mode, with an increase performance in the output voltage, and that should provide power to loads connected in both modes islanding or grid connected. In the presented converter, the switching system of three states has improved the behavior of dynamic characteristics due to the addition of the third estate, simplifying the control by eliminating the zero present in the right half-plane of the transfer function of Buck-Boost inverter, controlled in voltage mode. For the development of control strategies is adopted the mathematical model for instantaneous average values. The modeling of the structure is made by the mean values method in the state spaces. Additionally, is carried out a review and assessment of some ... / Mestre