Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262301.pdf: 17239607 bytes, checksum: 89496fd4dcfed05c6863b0100b51306b (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e implementação do inversor multinível com diodos de grampeamento (DCML), comparando a estrutura tradicional à conexão piramidal, empregando fibra óptica entre o comando e o estágio de potência. Inicialmente são apresentadas as topologias básicas dos inversores multiníveis e suas vantagens em relação à topologia tradicional, quando aplicados no acionamento de máquinas elétricas de média tensão. Em seguida é feita uma análise mais detalhada do inversor multinível DCML de cinco níveis, onde são apresentados os princípios de funcionamento, técnicas de modulação, problemas de sobretensões, etc. É evidenciado o inconveniente desequilíbrio de tensão nos diodos de grampeamento do inversor DCML tradicional, sendo analisada solução para este problema através de modificação na conexão dos diodos da estrutura. É abordado o uso de fibra óptica nos inversores multiníveis, sendo apresentada metodologia de projeto para esta tecnologia. Por fim, é proposta uma metodologia de projeto para o inversor 5L-DC, com cálculo dos esforços de corrente nos interruptores e dimensionamento dos capacitores do barramento CC. Um protótipo monofásico de 8 kVA foi construído para validar experimentalmente as análises teóricas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298390.pdf: 10373042 bytes, checksum: 8f4333c73671d8af9ef6af3a043c1398 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade.O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade. / This work presents the proposal, analysis, development and implementation of novel three-phase voltage source multilevel inverter structures. The structures form hybrid inverters employing two different cascaded connected topologies used to synthesize a multilevel output voltage with low harmonic distortion. Specifically, the proposed converter is based on a series connection of a three-phase voltage source inverter with pairs of single-phase halfbridge converters. Thus, a modular converter structure is achieved and the topologies become easily expandable to a high number of levels. The half-bridge converters are connected in pairs to eliminate the dc level at the output voltage. The operation stages, the equations that describes the average and the RMS current values at the semiconductors and a theoretical analysis of the output voltage are presented in detail. An appropriated modulation strategy is also proposed in this work. The proposed modulation switches the three-phase voltage source inverter at the fundamental frequency, while the half-bridge converters are driven at high switching frequency. The modulation scheme features changes in the switching signals to achieve a unidirectional power flow in the input rectifiers. Detailed studies are done regarding conduction and switching losses, design of the retictifier#s dc-link capacitors and a comparison between the proposed converter and converters presented in the literature. A multipulse rectifier is also presented to feed the proposed inverter with low harmonics in the input current.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269349.pdf: 2780279 bytes, checksum: 34f48af060e42a598ac57a621f159d93 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o estudo, projeto e implementação de um conversor CC/CA para a conexão de um gerador eólico à rede elétrica. Faz-se isso utilizando-se um inversor monofásico, com modulação PWM a três níveis, ligado à rede através de um transformador de baixa freqüência. São controladas três variáveis distintas no conversor: a corrente de saída, que deve ser senoidal e com baixa distorção harmônica, a tensão do barramento CC de entrada, que se deve manter regulada e com a ondulação projetada, e a componente média de corrente no primário do transformador, para se evitar que esse último sature. Inicialmente faz-se uma breve introdução sobre o uso da energia eólica, logo em seguida, estuda-se o estágio de potência, malhas de controle e compensadores utilizados e, por fim, implementa-se um protótipo para que seja feita a comprovação experimental de toda a teoria desenvolvida. / The aims of this work are the study, design and implementation of a dc/ac converter for the connection of a wind power generator to the electric grid. It makes use of a single-phase inverter, with three-level PWM modulation, connected to the grid through a low frequency transformer. Three distinct variables are controlled in the converter: the output current, that must be sinusoidal and present low harmonic distortion, the DC link voltage, that must be regulated and within the designed ripple, and the average current component in the primary winding of the transformer, what prevents it from saturating. Initially, a brief introduction on the use of the wind power is performed. Afterwards, studies of the power structure, control models and employed compensators. Finally, a prototype is assembled and tested to validate through experimental results all developed theoretical analysis and design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:06:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271471.pdf: 6973816 bytes, checksum: bbcdbfdd1de193854c658de3899ba8a6 (MD5) / Este trabalho tem por objetivo estudar uma proposta para conexao de inversores tres niveis com modulacao PWM senoidal para geraçao de uma estrutura multinivel a partir do acoplamento magnetico entre os mesmos. Primeiramente uma breve descriçao dos inversores mais consolidados na literatura e realizada. Posteriormente, uma analise matematica sobre a modulaçao SPWM aplicada em inversores monofasicos em ponte completa e mostrada. A partir disso, inicia-se o estudo sobre o inversor inversores de tensao monofasicos em ponte completa via transformador de tres enrolamentos. Sao examinadas as formas de onda da tensao de saida, espectro harmonico, problemas relacionados a essa conexao bem como equacionamento matematico para dimensionamento dos componentes constituintes da estrutura de potencia. O capitulo seguinte trata das estrategias de controle necessaria para implementaçao da estrutura. O controle do uxo de potencia processada entre os inversores e a eliminaçao da componente de corrente media sao explanadas. Seguidamente, trate-se do topico referente ao projeto fsico do inversor a partir das equaçoes obtidas durante todo processo de estudo. Porem, os resultados de simulaçao e os resultados experimentais obtidos em laboratorio sao comparados para comprovaçao da analise realizada ao longo do trabalho. / This work proposes a connection of three level inverters, which present sinusoidal PWM modulation, in order to create a multilevel structure from a magnetic coupling between them. Firstly, a brief description about the consolidate multilevel inverters is performed. After that, a mathematical analysis about SPWM modulation applied to a single phase inverter, in full bridge structure, is explained. In face of that, a study about multilevel inverters which are originated from a three winding transformer connection using two full bridge single phase voltage inverters is presented. Output voltage waveforms, harmonic spectrum, problems related to the connection, as well as mathematical derivation to determine the power components values are developed. In the following, the control strategy which is necessary for implementation is discussed. The control of the processed power that ows between inverters and the average current component elimination are described. In the sequence, shows the inverter design is shown as the result of the previous study. Finally, simulation and experimental results, which are obtained in the laboratory, are compared in order to prove the analysis performed during the work.

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).

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.