Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Electrical energy generation with photovoltaic cells is being more utilized. Not only on large scale systems, but also in small ones connected to the grid. Parallel operating with the great generators from power companies, in a non-centralized way of operation, supplying low power, installed in houses, commerce establishments, industry, with the goal to minimize the loss in transmission, for being installed at the same consumption place. This work presents a FPGA device controller of a four transistor flyback inverter for maximum power point in photovoltaic systems. Despite this system has low power it contributes to search simple and low cost alternatives for generating of electrical power in a decentralized manner, which does not use battery banks connected parallel to network of energy near to consumers. / Geração de energia elétrica a partir de painéis fotovoltaicos vem sendo cada vez mais utilizada, não somente em sistemas fotovoltaicos de grande porte, como também em pequenos sistemas conectados a rede CA. Interligada paralelamente aos grandes geradores da concessionária de energia de forma descentralizada em sistemas de pequeno porte e baixas potências, instalados em residências, estabelecimentos comerciais, indústria, com o objetivo de minimizar perdas por transmissão por estarem instalados nos próprios locais. Este trabalho apresenta um controle num dispositivo FPGA de um inversor flyback a quatro transistores para máxima potência em sistemas fotovoltaicos. Apesar da baixa potência este contribui para a busca de alternativas simples e de baixo custo para geração de energia elétrica de forma descentralizada, não utilizando bancos de bateria conectados paralelamente a rede de energia próxima aos consumidores. / Mestre em Ciências

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The purpose of this work is to present an active and reactive power flow controller applied to inverter paralelism with the stiff AC system. An additional loop is implemented into a conventional control loop based on the characteristic curves of active power versus frequency and reactive power versus voltage. This loop uses the active power variation as feedback to generate the load angle of the voltage reference of the inverter, when it is connected in parallel with the electric network. As a consequence, the active and reactive transitory power oscillations are atenuated, without producing undesirable colateral effects as significative voltage and reactive power variations presented in the utilization of PSS (Power System Stabilizer), another technique used to improve the system damping, [Martins, M. P., 2004]. A dynamic model of the system based on the small signal analysis is presented. The root locus graphics, showing the system poles under parametric variations are also presented, allowing the analysis of the system stability. The simulation results and the experimental ones using a laboratory prototype with and without the additional loop are showed, which validate the obtained small signal model. / Este trabalho apresenta um controlador de fluxos de potência ativa e reativa aplicado ao paralelismo de um inversor com a rede elétrica. Uma malha adicional de controle é inserida a um controlador convencional, o qual é baseado nas curvas características de potência ativa versus freqüência e potência reativa versus tensão. Essa malha utiliza a realimentação da própria variação da potência ativa para a geração do ângulo de carga da tensão de referência do inversor, quando o mesmo é conectado em paralelo com a rede elétrica. Como resultado as oscilações transitórias das potências ativa e reativa são melhor atenuadas, sem produzir efeitos colaterais indesejáveis tais como as variações de tensão e potência reativa presentes na utilização do PSS (Power System Stabilizer Estabilizador de Sistemas de Potência), outra técnica usada para melhorar o amortecimento do sistema, [Martins, M. P., 2004]. Um modelo dinâmico do sistema baseado na análise para pequenos sinais é apresentado. Gráficos do lugar das raízes, mostrando os pólos do sistema diante de variações paramétricas também são apresentados, permitindo a análise de estabilidade do sistema. Resultados de simulação e resultados experimentais utilizando-se um protótipo de laboratório, com e sem a malha de realimentação adicional são mostrados, os quais validam o modelo para pequenos sinais obtido. / Doutor em Ciências

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de controladores robustos baseados no princípio do modelo interno, em referenciais síncrono e estacionário, para aplicação ao estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia (UPS) a fim de minimizar a distorção na tensão de saída causada pela conexão de cargas não lineares balanceadas e desbalanceadas. A formulação em referencial estacionário (abc) é realizada através da aplicação de controladores com múltiplos modos ressonantes, a fim de se estabelecer erro nulo ao seguimento de referência senoidal e rejeição de distúrbios na tensão de saída devido às correntes com elevado conteúdo harmônico drenadas pelas cargas. Além disso, o controle é formulado em referencial síncrono (dq0) utilizando controladores Proporcional-Integral (PI) convencionais muito difundidos na maioria das aplicações comerciais de UPS. O projeto de ambos controladores é realizado utilizando uma metodologia de controle robusto com realimentação de estados, onde os parâmetros dos controladores são determinados através da resolução de um problema de otimização convexa sujeito a um conjunto de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI). Uma análise comparativa de desempenho é realizada entre controladores com um modo ressonante (sintonizado na fundamental) e o PI em dq0, pois apresentam estruturas funcionalmente equivalentes sob a ótica do princípio do modelo interno aplicada a seus respectivos referenciais. Além do mais, demonstra-se a melhoria no desempenho com o uso dos controladores múltiplo ressonantes em referencial estacionário onde escolhe-se as frequências de ressonância de cada modo de maneira a suprimir os efeitos de harmônicas específicas na tensão de saída da UPS. A análise comparativa entre os controladores propostos é realizada através de simulações numéricas, utilizando os procedimentos de ensaio dinâmico e estático e as exigências estabelecidas pela norma internacional IEC 62040-3. / The main objective of this work is the development of robust controllers based on the internalmodel principle, in synchronous and stationary frames, applied to the output stage of an uninterruptible power supply (UPS), in order to minimize the output voltage distortion caused by the connection of balanced and unbalanced nonlinear loads. The formulation in stationary abc-frame is accomplished through the aplication of a multiple resonant controller, so that, it is possible to achieve zero-error tracking of the sinusoidal reference and disturbances rejection on the output voltage due to the high amount of harmonic currents drained by the loads. Moreover, a controller in synchronous reference frame (dq0 axis) is formulated through the application of conventional Proportional-Integral (PI) controllers which are widely used in comercial UPS applications. The design of both controllers is formulated using a state-feedback robust controlmethod, in which the controller parameters are determined by solving a convex optimization problem subject to a set of LMI constraints. A comparative analysis on the performance of the single-mode resonant controller (tuned at the fundamental frequency) and the PI controller is performed, because these controllers are functionally equivalent in the sense of the internal model principle applied to their respective frames. Furthermore, the improvement in performance is demostrated with the use of multiple resonant controllers in stationary abc-frame where the resonance frequencies are chosen to suppress the effects of a specific harmonic in the UPS output voltage. The comparative analysis of the proposed controllers is performed through numerical simulations, making use of the dynamical and steady-state test methods and performance requirements defined by the IEC 62040-3 international stardard.

A presente pesquisa foi desenvolvida para avaliar as potencialidades das células de combustível como tecnologia em si, inclusive os beneficios econômicos que se podem ter por meio do suprimento de energia elétrica se comparada com o aproveitamento da mesma por meio da rede pública. Além de uma parte descritiva do estado de arte da tecnologia, a presente dissertação foi focada em duas partes: a primeira trata de um estudo experimental onde uma célula, a membrana polimérica, foi conectada a um inversor, permitindo assim de fornecer energia elétrica na rede pública. Na segunda parte foi realizada uma avaliação engenhero-econômica com uma Célula de Combustível de Ácido Fosfórico para o aproveitamento da energia elétrica com cogeração de calor para as condições de mercado brasileiro. O primeiro estudo mostrou como seja possível abastecer uma célula (neste caso alimentada por hidrogênio) para fornecer continuamente energia elétrica na rede, onde necessário ou onde seja impossível para o usuário se conectar a rede pública. O segundo estudo, por sua vez, mostrou que atualmente a células de combustível de média temperatura de Ácido Fosfórico (PAFC) não é uma tecnologia ainda madura e que é viável economicamente somente em aplicações de nicho, por exemplo setores indústriais eletro-intensivos e com necessidade de energia termica também. Todavia, projeções futuras baseadas em curvas de aprendizados e a queda do preço do gás natural mostram como a expansão da tecnologia e a possibilidade de acessar um combustível barato podem abrir futuro para a PAFC mundialmente. / This Masters dissertation aims to study technical potentialities of Fuel Cell technology, including the economical benefits that can provide compared with public grid as well. Thus, the dissertation has been focused in two main parts: the first concerns in an experimental approach to supply electrical power to the public grid using a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), while the second one presents a global (from an engineering and economic point-of-view) assessment of a Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) for the co-generation of heat with electrical energy in Brazil. The first study has been accomplished connecting a PEMFC with a power inverter to the public grid. It has been proved experimentally that Fuel Cell is an alternative device that, as long as fuel is fed, may provide electrical energy continuously and more efficiently than traditional devices. The second study has been focused in the so-called Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) that, being a Medium Temperature Fuel Cell, beyond to supply electrical energy, may be used for co-generation of thermal energy. Through this study it has been showed that, at the current state-of-art, PAFC is is not already a mature technology and it becomes economically viable only for niche market applications, represented by the industrial sectors with high base load power and continuous thermal energy demand. However, accumulated knowledge expressed by learning curve and natural gas shock price caused by possible LNG supplying and shale gas recovery are the two main factors that may turn investment in PAFC profitable worldwide.

Este trabalho, constitui-se em uma contribuição para o estudo das estratégias de mo-dulação direta baseadas em histerese e que funcionam em frequência fixa de comutação. Tem como objetivo principal propor a estratégia delta modificada, que diferencia-se na forma de ajuste da largura de banda de histerese, alterando-se seus limites e em como executa o comando de bloqueio das chaves de potência, para que a corrente de saída se mantenha em frequência fixa de operação e apresente rápida resposta dinâmica no sistema controlado. Para tanto, não necessita da utilização de derivadas, nem de uma corrente média de referência, tão pouco, se utiliza dos tempos de comutação. A estratégia proposta, comprova que é possível produzir os adequados pulsos de comando para o processamento da energia proveniente de célula combustível, através do conversor estático de potência, utilizando-se, principalmente, dos valores de ultrapassagem nos limites estabelecidos de histerese. Como objetivo secundário desta pesquisa, desenvolve-se um conversor CC/CC auxiliar para adaptar e estabilizar a energia proveniente da CAC, compondo-se um sistema útil que serve de base para fornecer energia, aos mais diversos tipos de cargas em CC. Além disso, apresenta-se uma revisão das estratégias de modulação em modo direto para o controle da corrente de saída no conversor estático, tendo como base a tensão nos terminais de um indutor. Contudo, outras estratégias são naturalmente citadas, no transcorrer deste trabalho, devido haver combinações entre as diferentes estratégias moduladoras e controladoras comentadas. / This work, is a contribution to the study of direct modulation strategies based on hysteresis and that operate at fixed switching frequency. Its main objective is to propose the modified delta strategy, which differentiates from the others strategies in the form of adjustment of hysteresis bandwidth, changing its limits and in executing the locking command of the power keys, so that the output current is maintain at fixed frequency of operation and a rapid dynamic response in the controlled system. In order to do so, it does not require the use of derivatives or a reference average current and also the switching times are not used. This strategy shows that it is possible to produce the appropriate command pulses for the processing of fuel cell energy by the static power converter using mainly the exceedance limit values. As a secondary objective of this research, an auxiliary DC/DC converter is developed to adapt and stabilize the energy coming from the fuel cell, forming a useful system that serves as a base to supply power to the most diverse types of DC loads. In addition, we present a review of the direct-mode modulation strategies for the control of the output current in the static converter, updating data, and based on the voltage at the terminals of an inductor; how-ever, others strategies are naturally cited because there are combinations between the different modulating strategies and controllers commented on in the course of this work.

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_SergioPires_M.pdf: 2753814 bytes, checksum: 4e94e3c8b75144bb509d505233b11dcb (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho aborda a implementação de um filtro ativo de potência utilizando um inversor mul­tinível com topologia em cascata assimétrica. Justificativas para utilização de estruturas multiníveis são discutidas. O sistema de controle utilizado garante um fornecimento nulo de potência ativa pelo filtro ativo e que a corrente fornecida pela fonte de alimentação tenha a mesma forma de onda da tensão de alimentação. Com isso, o fator de potência visto pela fonte é próximo de seu valor unitário e a fonte fornece apenas potência ativa à carga. Resultados de simulações e experimentais validam o esquema adotado. Também é descreva uma proposta para se realizar o controle das tensões CC da topologia em cascata assimétrica. Palavras-chave: Eletrônica de Potência, Inversor Multinível, Qualidade da Energia Elétrica, Fil­tro Ativo de Potência, Controle Digital / Abstract: This work regards a shunt active power filter implementation using an asymmetrical cascaded multilevel convel1er. Reasons for using multilevel structures are discussed. The system control gua­rantees that the active power filter does not supply active power and the source current has the same waveform of the source voltage. Consequently, the power factor from the source side is almost one and the source only supplies active power to the load. Simulation and experimental results validate the applied scheme. A proposal for controlling the DC voltages from the asymmetrical cascaded topology is also described. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jose Antenor Pomilio, Saulo Finco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T03:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mioni_DanielPasti_M.pdf: 1903299 bytes, checksum: 7343c6fb1cd22aa8df8654d5b9b51852 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Desenvolvemos um amplificador de áudio classe D baseado em moduladores S-?, destinado a aparelhos auditivos, a maioria dos quais utiliza baterias de 1,1V e necessita ter baixo consumo de corrente. Neste trabalho os amplificadores e comparadores foram construídos com inversores CMOS, pois um destes inversores, alimentado com uma tensão de 1,1V, pode consumir uma corrente CC tão baixa quanto 400nA, dependendo das dimensões, e proporcionar alto ganho de tensão quando polarizado em sua região linear de operação. Por estes motivos, podem substituir com vantagem amplificadores operacionais e comparadores em algumas aplicações. Um protótipo deste circuito foi implementado com tecnologia CMOS 0,35µm e alcançou um rendimento de 90% / Abstract: This thesis presents the design of a firstorder S-? audioband power amplifier optimized for hearing aid (HA) amplification. The majority of HAs use a 1.1V battery and require very low current consumption to improve battery life. This work made use of amplifiers and comparators based on CMOS inverters because such an inverter, with a 1.1V battery, can operate on a current as low as 400nA, depending on its dimensions, and provide high voltage gain when biased in their linear region. For these reasons, they can substitute with advantage operational amplifiers in some applications. A prototype of this circuit was implemented in a monolithic chip using 0.35µm CMOS technology and achieved 90% of power efficiency / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Esse trabalho tem como objetivo o estudo e análise da implantação de um elo prismático (sexto eixo no robô Scorbot-Er V), para translação do robô em atividades didáticas visando diminuir o tempo de troca do robô e das estações de trabalho em sala de aula, melhorando a visão do aluno em relação à aprendizagem na área de automação industrial e robótica tornando-a sistêmica, dando-lhe assim capacidade de integrar vários sistemas e estudar o sistema de frenagem. Feita uma análise dos ambientes onde os alunos são treinados na programação de robôs, observou-se que no desenvolvimento desta tarefa, havia duas restrições básicas: A dificuldade na programação e movimentação física do robô na troca das estações de trabalho, que levavam em torno de três horas e que não era possível a integração de CLP, IHM, inversores de freqüência, motores AC, sensor de posicionamento e fuso de esferas no ambiente de laboratório. Desenvolveu-se uma análise da precisão do sistema mecânico do sexto eixo implantado, permitindo uma visão do funcionamento do posicionamento, através do sensor acoplado no eixo de fuso esférico, o qual é acionado por um motor AC, transmitindo e convertendo o movimento circular para linear através de uma relação de polias. O resultado obtido foi à diminuição do tempo de três horas para cinco minutos na troca das estações de trabalho e uma precisão de décimos de milímetros para o posicionamento do robô e com a integração dos sistemas foi possível melhorar a aprendizagem do aluno obtendo um ganho pedagógico. / This work aims to study and analyze the implementation of a prismatic link (sixth axis in robot Scorbot-Er V) for translation of the robot in didactic activities to reduce the time to change the robot and workstations in the classroom, improving students vision for learning in the area of industrial automation and robotics becoming systemic, thus giving you ability to integrate various systems and studying the braking system. Made an analysis of the environments where students are trained in the programming of robots and it was observed that the development of this task, there were two basic restrictions: The difficulty in planning and handling of the robot in the physical exchange of workstations, which took around three hours and it was not possible the integration of PLC, HMI, frequency inverters, AC motor, sensor of positioning and axis ball screew in a laboratory environment. It was developed an analysis of the accuracy of the mechanical of sixth axis implanted, allowing a view of the positioning operation by the sensor coupled to the axis ball screew, which is powered by an AC motor transmitting and converting the linear motion to move through a relationship of pulleys. The result was a reduction of time in three hours to five minutes in the exchange of workstations and a precision of tenths of millimeters for positioning the robot and the integration of the systems have improved the learning of students achieving pedagogical gain.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um sistema eletrÃnico de aproveitamento de energia eÃlica a partir de um gerador sÃncrono de Ãmà permanente conectado a uma turbina de vento. O sistema opera com velocidade variÃvel, permitindo o mÃximo aproveitamento da energia cinÃtica incidente na turbina de vento. Essa energia cinÃtica à convertida em energia elÃtrica pelo gerador sÃncrono de Ãmà permanente e depois de totalmente condicionada, injetada na rede elÃtrica convencional. Esse condicionamento à feito por um sistema eletrÃnico objeto de estudo e desenvolvimento deste trabalho, o qual consiste em um retificador trifÃsico interligado a um inversor monofÃsico em ponte completa com saÃda em corrente. SÃo apresentadas a revisÃo bibliogrÃfica de sistemas de aproveitamento de energia eÃlica para geraÃÃo de energia elÃtrica pertinentes ao escopo do trabalho, a anÃlise do estÃgio retificador (potÃncia e controle), a anÃlise do estÃgio inversor (potÃncia e controle), uma comparaÃÃo teÃrica de rendimento entre o retificador trifÃsico proposto neste trabalho (bridgeless trifÃsico) e o retificador trifÃsico dois nÃveis, e os resultados experimentais de um protÃtipo de validaÃÃo de 5kW do sistema proposto. / This work presents the study and development of an electronic system for wind energy exploitation from a permanent magnet synchronous generator connected to a wind turbine. The system operates with variable speed, allowing maximum use of the kinetic energy incident on the wind turbine. This kinetic energy is converted into electrical energy by the permanent magnet synchronous generator and, after being fully conditioned, injected into the conventional power grid. This conditioning is done by an electronic system object of study and development of this work, which consists of a rectifier connected to a single-phase full-bridge inverter with current output. Are presented the literature review of the relevant wind energy conversion systems to the scope of work, the analysis of the rectifier stage (power and control), the analysis of the inverter stage (power and control), a efficiency theoretical comparison between the proposed rectifier (three-phase bridgeless) and the three-phase fullbridge rectifier, and the experimental results of an 5kW validation prototype of the proposed system.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-18T20:19:54Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Mendonça de Paiva - 2016.pdf: 3565340 bytes, checksum: 6df5384c34ed001061350c147d523756 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-10-19T16:18:31Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Mendonça de Paiva - 2016.pdf: 3565340 bytes, checksum: 6df5384c34ed001061350c147d523756 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-19T16:18:31Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Gabriel Mendonça de Paiva - 2016.pdf: 3565340 bytes, checksum: 6df5384c34ed001061350c147d523756 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-06-03 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study aimed to evaluate the design of a grid-connected photovoltaic (PV) system according to the positioning of the modules which compose the generator depending on tilt and azimuth angles in Goiânia, Goiás. In that purpose, a review of the literature was carried out concerning the main methods of inverter sizing ratio analysis applied to grid-connected PV systems. Starting from an hourly average climate measurement database from Goiania, an algorithm was developed to search for the ideal local inverter sizing ratio, considering the use of polycrystalline module technology. The parameters used in the analysis were provided by the manufacturers of the componentes used in the grid-connected PV system in installation at the Electrical, Mechanical and Computational Engineering School (EMC) from Federal University of Goias (UFG), which nominal power is 33.84 kWp. An inverter sizing ratio band of 0.54 to 0.77 was obtained for a -90° to +90° azimuth angle variation and 0° to 90° tilt angle variation. The potential of financial indicators improvement was verified and it was estimated a potential reduction in the levelized cost of energy above 10% comparing the inverter sizing ratio improved system to an unitary inverter sizing ratio system. / Este estudo tem como objetivo avaliar o dimensionamento de um sistema fotovoltaico conectado à rede (SFCR) de acordo com o posicionamento dos módulos que compõem o gerador quanto ao ângulo de inclinação e ao ângulo azimutal em Goiânia, Goiás. Para isso foi realizada uma revisão da literatura quanto às principais metodologias de análise do fator de dimensionamento do inversor (FDI) aplicado a SFCRs. A partir de uma base de dados em intervalos horários de medições climáticas de Goiânia desenvolveu-se um algoritmo para busca do FDI ideal para a localidade, considerando o uso de módulos de silício policristalino (p-Si). Os parâmetros utilizados na análise foram os parâmetros fornecidos pelos fabricantes dos componentes utilizados no SFCR em instalação da Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação (EMC) da Universidade Federal de Goiás (UFG), cuja potência nominal é de 33,84 kWp. Os métodos de análise do FDI foram comparados e foi considerado mais adequado neste estudo o método das perdas máximas anuais por limitação de potência no inversor. A faixa de FDI obtida para uma variação de -90° a +90° no ângulo azimutal e de 0° a 90° no ângulo de inclinação foi da ordem de 0,54 a 0,77. O potencial de aprimoramento de indicadores financeiros por meio do FDI foi verificado e foi estimada uma potencial redução acima de 10% do custo da energia produzida comparando o aperfeiçoamento do FDI com um FDI unitário.