A constant switching frequency with the sixth-order harmonic injection PWM concept is established, and a sixth-order harmonic injection technique is developed for the harmonic reduction of a single-switch three-phase boost rectifier. The approach employs a constant duty cycle with sixth-order harmonic injection to suppress the dominant (fifth-order) harmonic in the input currents. Hence, to meet the THD<10% requirement, the rectifier voltage gain can be designed down to 1.45; to meet the IEC 1000-3-2 (A) standard, the output power can be pushed up to 10 kW for the application with a 3X220 V input and a 800 V output. The results are verified on a 6-kW prototype. The injection principle is graphically explained in current waveforms and mathematically proved. Two injection methods are proposed to meet either the THD requirement or the IEC standard. The injection implementation and design guidelines are provided. The boost inductor design and EMI filter design are discussed. An average small- signal model based on the equivalent multi-module model is developed and experimentally verified. The variations of the small-signal model against load are demonstrated, and the compensator design is discussed. The results show that at no load, the dominant pole of the control-to-output transfer function approaches the origin and causes more phase delay, making the control design difficult. To avoid the no load case and to simplify the control design, a 50-W dummy load (1% of the full load) is added. Finally, a simple nonlinear gain control circuit is presented to mitigate the load effect and reduce the dummy load to 10 W. / Master of Science

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Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-27T19:35:43Z No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-27T19:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Nesse trabalho são apresentadas contribuições na área de identificação de sistemas representados em espaço de estados. É proposta uma metodologia completa para estimação de modelos que representem as principais dinâmicas de proessos industriais. O fluxo natural dos procedimentos de identificação consiste da coleta experimental dos dados, seguido pela esolha dos modelos candidatos e da utilização de um critério de ajuste que selecione o melhor modelo possível. Nesse sentido é proposta uma metodologia para estimativa de modelos em espaço de estados, utilizando excitações pulsadas. A abordagem desenvolvida combina algoritmos precisos e eficientes com experimentos rápidos, adequados a ambientes industriais. O projeto das excitações é realizado em tempo real, por meio de informações coletadas em um curto experimento inicial, baseado em uma única oscilação de uma estrutura realimentada por um relé. Esse mecanismo possibilita uma estimativa preliminar do atraso e da constante de tempo dominante do sistema. O método de identificação proposto é baseado na teoria de realizações de Kalman. É apresentada uma reformulação do problema de realizações clássico, para comportar sinais de entrada pulsados. Essa abordagem se mostra computacionalmente e cliente, assim como apresentar resultados semelhantes aos métodos de benchmark. A técnica possibilita também a estimativa de atrasos de transporte e a inserção de conhecimentos prévios por meio de um problema de otimização com restrições via LMI Linear Matrix Inequalities. Em muitos casos, somente as caraterísticas principais dos sistema são relevantes em um projeto de sistema de controle. Portanto é proposta uma técnica para obtenção de modelos de primeira ordem com atraso, a partir da redução de modelos balanceados em espaço de estados. Por fim, todas as contribuições discutidas nesse trabalho de teses não validadas em uma série de plantas experimentais em salas de laboratório. Plantas essas, projetadas e construídas com o intuito de emular o cotidiano operacional de instalações industriais reais. / Static converters are a widely used equipment in power systems to control the electrical energy low between sources and loads. In this context, it is observed a demand for converters topologies that generate high quality waveforms and are capable of supplying loads with ever larger powers. In high power applications such as industrial and power systems, the development of a special class of converters topologies, denominated multilevel converters, has been widely recognized as a viable solution to overcome the operational limits of semiconductor devices. In this work are developed and analyzed multilevel structures of type DC-AC applied to the six-phase machines drives and of type AC-DC-AC feeding singlephase and three-phase loads. These topologies are obtained by interconnecting two-level converters modules in order to optimize the system: reduction of losses in the semiconductor devices, harmonic distortion of the signals and ratings of voltage and/or current in the power switches. For this investigation were performed steady state analyzes, where the operatinglimits of the structures to the imposed control conditions and the behavior of the fundamental component of voltage and current are evaluated. In addition, for each investigated topology, were developed: dynamic models, PWM techniques, control strategies, simulation results and experimental results. The impact of this optimization is quanti ed by calculating the THD and WTHD of the current and voltage signals generated by the converter and by estimating losses in the semiconductor devices. Finally, a comparative study is done using conventional converters as reference in order to evaluate the performance of the proposed topologies