O aquecimento indutivo e uma técnica utilizada na indústria para obter resultados de fundição, brasagem, forjaria e também tratamento térmico, aplicação foco deste trabalho. O aquecimento indutivo dá-se através de campos eletromagnéticos induzidos a uma peca metálica, a qual se deseja aquecer. Isso faz com que haja um aumento de temperatura sobre a peca devido ao efeito joule, corrente de foucault e histerese, entre outros efeitos. Para gerar os efeitos acima relatados, são necessários conversores de alta potência e frequência. Tais conversores são compostos em muitos casos de: um retificador, um capacitor filtro de barramento, um inversor e um circuito ressonante. Neste trabalho e proposto a topologia de um circuito ressonante LLC sendo chaveado por um inversor ponte completa. Como todo circuito ressonante, em operação a frequências próximas da ressonância, as correntes são elevadas e consegue-se operar com chaveamento em comutação suave. Entre algumas vantagens da topologia LLC frente a topologias como a série-ressonante, por exemplo, podem-se citar: proteção contra curto-circuito e fácil casamento de impedância entre o circuito ressonante e o inversor. No entanto, conversores com retificadores comuns possuem baixo fator de potência, FP=0,5. Para resolver este problema, propõe-se a utilização de um retificador de alto fator de potência integrado ao conversor através do inversor, formando um sistema de aquecimento indutivo integrado a um retificador com alto fator de potência. Através de um dos braços de comutação do inversor, dá-se o controle do retificador e do conversor ao mesmo tempo. A técnica apresentada resulta em um projeto de custo reduzido e baixo nível de complexidade de implantação. Para controlar a potência do sistema e utilizada uma modulação PWM assimétrica com razão cíclica variável que controla os dois conversores simultaneamente. / Induction heating is a technique used in industry to get results like casting, brazing, forging and heat treatment also, application focus of this work. Induction heating occurs through electromagnetic fields induced in a metal part, which it wants to warm up. This means that there is an increase in temperature on the piece it wants to heat up due to the Joule effect, eddy current and hysteresis, among other effects. To generate the effects reported above, high power converters and frequency are required. These converters are composed in many cases by: a rectifier, filter capacitor DC Link, an inverter and a resonant circuit. This paper proposes the topology of LLC resonant circuit being switched by a full bridge inverter. Like any resonant circuit operating at near of the resonance frequencies, the currents are high and it is possible to operate with soft switching. Among some advantages of the LLC topology against other topologies such as series resonant, for example, can be mention: protection against short-circuit and easy impedance matching between the resonant circuit and the inverter. However, converters with common rectifiers have low power factor. To solve this problem, the use of a rectifier high power factor built into the converter is proposed. This rectifier is integrated into the converter through the inverter, forming a single stage high power factor induction heating system. Through an arm of the inverter is given the control of the rectifier and the converter at the same time. The technique presented results in low cost and low complexity implementation. An asymmetric PWM modulation is used with variable duty cycle to control the power system, which controls both converters at the same time.

O aquecimento indutivo e uma técnica utilizada na indústria para obter resultados de fundição, brasagem, forjaria e também tratamento térmico, aplicação foco deste trabalho. O aquecimento indutivo dá-se através de campos eletromagnéticos induzidos a uma peca metálica, a qual se deseja aquecer. Isso faz com que haja um aumento de temperatura sobre a peca devido ao efeito joule, corrente de foucault e histerese, entre outros efeitos. Para gerar os efeitos acima relatados, são necessários conversores de alta potência e frequência. Tais conversores são compostos em muitos casos de: um retificador, um capacitor filtro de barramento, um inversor e um circuito ressonante. Neste trabalho e proposto a topologia de um circuito ressonante LLC sendo chaveado por um inversor ponte completa. Como todo circuito ressonante, em operação a frequências próximas da ressonância, as correntes são elevadas e consegue-se operar com chaveamento em comutação suave. Entre algumas vantagens da topologia LLC frente a topologias como a série-ressonante, por exemplo, podem-se citar: proteção contra curto-circuito e fácil casamento de impedância entre o circuito ressonante e o inversor. No entanto, conversores com retificadores comuns possuem baixo fator de potência, FP=0,5. Para resolver este problema, propõe-se a utilização de um retificador de alto fator de potência integrado ao conversor através do inversor, formando um sistema de aquecimento indutivo integrado a um retificador com alto fator de potência. Através de um dos braços de comutação do inversor, dá-se o controle do retificador e do conversor ao mesmo tempo. A técnica apresentada resulta em um projeto de custo reduzido e baixo nível de complexidade de implantação. Para controlar a potência do sistema e utilizada uma modulação PWM assimétrica com razão cíclica variável que controla os dois conversores simultaneamente. / Induction heating is a technique used in industry to get results like casting, brazing, forging and heat treatment also, application focus of this work. Induction heating occurs through electromagnetic fields induced in a metal part, which it wants to warm up. This means that there is an increase in temperature on the piece it wants to heat up due to the Joule effect, eddy current and hysteresis, among other effects. To generate the effects reported above, high power converters and frequency are required. These converters are composed in many cases by: a rectifier, filter capacitor DC Link, an inverter and a resonant circuit. This paper proposes the topology of LLC resonant circuit being switched by a full bridge inverter. Like any resonant circuit operating at near of the resonance frequencies, the currents are high and it is possible to operate with soft switching. Among some advantages of the LLC topology against other topologies such as series resonant, for example, can be mention: protection against short-circuit and easy impedance matching between the resonant circuit and the inverter. However, converters with common rectifiers have low power factor. To solve this problem, the use of a rectifier high power factor built into the converter is proposed. This rectifier is integrated into the converter through the inverter, forming a single stage high power factor induction heating system. Through an arm of the inverter is given the control of the rectifier and the converter at the same time. The technique presented results in low cost and low complexity implementation. An asymmetric PWM modulation is used with variable duty cycle to control the power system, which controls both converters at the same time.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to the considerable increase of electronic power processing devices in various segments of industry it becomes necessary to control and limit the current harmonic content injected into the distribution systems through the development of pre-regulator converters. In this context, this paper presents an analysis of a hybrid three-phase rectifier developed for power factor correction to be used as an utility interface of power electronics converters. The proposed structure is composed of an ordinary three-phase six-pulse diode-bridge rectifier (Graetz Bridge) with a parallel connection of single-phase SEPIC converters in each threephase rectifier leg. The main feature of the proposed structure is the power sharing technique which assures robustness, cost reduction and high reliability. In this work, is presented a complete discussion about the controlled rectifier s power contribution and also a complete analysis concerning the total harmonic distortion of current. Mathematical modeling analysis using state variables is presented. Experimental results of 5 kW laboratory prototype using DSP-based control technique are presented in order to corroborate with the theoretical analysis. / Devido ao considerável aumento dos dispositivos eletrônicos que processam potência nos vários segmentos da indústria, torna-se necessário controlar e limitar o conteúdo harmônico de corrente injetado nos sistemas de distribuição através do desenvolvimento de conversores pré-reguladores. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise do retificador híbrido trifásico desenvolvido para correção do fator de potência, que será utilizado como uma interface para conversores eletrônicos. A estrutura proposta é composta por um retificador trifásico de seis pulsos (Ponte de Graetz) com uma conexão em paralelo de conversores SEPIC monofásicos com cada braço do retificador trifásico. A principal característica da estrutura proposta é a técnica de divisão de processamento de potência que garante robustez, redução de custos e alta confiabilidade. Neste trabalho, é apresentada uma discussão completa sobre a contribuição de potência dos retificadores controlados e também uma análise completa sobre a distorção harmônica total de corrente. Uma análise por modelagem matemática utilizando variáveis de estado é apresentada. Resultados experimentais para um protótipo de laboratório de 5 kW utilizando uma técnica de controle baseada em DSP são apresentados, corroborando com a análise teórica. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Soothing Equipment of harmonics and compensating reactive power have been widely discussed and applied successfully in recent years in the most varied industrial and commercial installations, encouraged by eliminating the fine for low power factor and by problems arising out of the significant increase in nonlinear loads connected to these electrical systems. Currently, various types of equipment that do the dual function of reducing harmonic content and power factor correction are applied using simulation techniques and well-known studies (through programmes computational load flow and flow harmonics) to ensure the most appropriate field response. In this sense, the proposed work is to show a technical-economical comparison between the equipment most frequently used as a solution of power factor and problems with harmonics, being them: Bank capacitors, passive harmonic filter detuned, passive harmonic filter tuned active harmonic filter, and harmonic hybrid filter. Evaluates the performance of each of these equipment mentioned above, where the following technical aspects will be assessed: voltage, current effective, total harmonic distortion of voltage (DTT), total harmonic distortion of current (DTI), active power, reactive, apparent, harmonic distortion and power factor. Simulations with the application of all types of equipment cited, power factor correction and filtering of harmonics, provide results with their respective implementation costs. Finally, the results obtained will be presented by monitoring in the field of the main electrical magnitudes in analysis, the solution adopted in the light of better cost x benefit and the performance of equipment installed for the desired by the company consumer goals. / Equipamentos mitigadores de harmônicos e compensadores de energia reativa têm sido bastante discutidos e aplicados nos últimos anos com sucesso nas mais variadas instalações comerciais e industriais, fomentados pela eliminação da tarifação por baixo fator de potência e por problemas advindos do aumento significativo de cargas não lineares conectadas a estes sistemas elétricos. Atualmente, diversos tipos de equipamentos que fazem à dupla função de redução do conteúdo harmônico e correção do fator de potência são aplicados, utilizando técnicas de simulação e estudos bem conhecidos (através de programas computacionais de fluxo de carga e fluxo harmônicos) visando garantir a resposta em campo mais adequada. Neste sentido, o trabalho proposto tem por objetivo mostrar uma comparação técnico-econômica entre os equipamentos mais utilizados como solução do fator de potência e de problemas com harmônicos, sendo eles: banco de capacitores, filtro harmônico passivo dessintonizado, filtro harmônico passivo sintonizado, filtro harmônico ativo e filtro harmônico híbrido. Será avaliado o desempenho destes equipamentos através dos seguintes aspectos técnicos: tensão eficaz, corrente eficaz, distorção harmônica total de tensão (DTT), distorção harmônica total de corrente (DTI), potência ativa, reativa, aparente, distorção harmônica e fator de potência. As simulações com a aplicação de todos os tipos de equipamentos citados, de correção do fator de potência e filtragem de harmônicos, proporcionarão resultados com seus respectivos custos de aplicação. Finalmente, serão apresentados os resultados obtidos através do monitoramento em campo das principais grandezas elétricas em análise, da solução adotada em função de uma melhor relação custo x benefício, bem como do desempenho dos equipamentos instalados, para os objetivos desejados pela empresa consumidora. / Mestre em Ciências

The main objective of this work is to perform a comparative study between a three phase induction motor squirrel cage traditional and asymmetrical three-phase induction motor. Were used two motors of the same power, the motor being powered by an asymmetrical voltage source phase. In the studies we investigated the behavior of various quantities such as yield, starting current, voltage sags, power factor, and the power supplied by each machine. With the results obtained from practical experiments, it was found that the asymmetric motor features a number of advantages over traditional engines, which makes it an excellent choice when the application requires the drive loads of high power and not has a three-phase supply. / O objetivo principal deste trabalho é realizar um estudo comparativo entre um motor de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo tradicional e um motor de indução trifásico assimétrico. Foram empregados dois motores com a mesma potência, sendo o motor assimétrico alimentado por uma fonte de tensão monofásica. Nos estudos foi investigado o comportamento de várias grandezas como rendimento, corrente de partida, afundamentos de tensão, fator de potência, bem como as potências fornecidas por cada máquina. De posse dos resultados obtidos através de experimentos práticos, pôde-se constatar que o motor assimétrico apresenta uma série de vantagens em relação aos motores tradicionais, o que o torna uma excelente opção quando a aplicação exige o acionamento de cargas de potências elevadas e não se dispõe de um sistema trifásico de alimentação. / Mestre em Ciências

nÃo hà / Esta tese de doutorado apresenta duas novas topologias de conversores CA-CC com uso de neutro comum: conversor de cinco nÃveis intercalado e conversor de cinco nÃveis tipo T. AlÃm disso, uma nova forma de implementaÃÃo da tÃcnica de controle indireto da corrente (Indirect Current Control - ICC) à apresentada. Assim, para comprovaÃÃo da praticidade dos conversores apresentados, toma-se como base o conversor CA-CC de trÃs nÃveis convencional e entÃo à realizada uma anÃlise comparativa de desempenho entre esses trÃs conversores CA-CC monofÃsicos para aplicaÃÃo em no-breaks. Os conversores analisados possuem como caracterÃstica comum a correÃÃo do fator de potÃncia, o controle digital realizado por FPGA e a conexÃo da fonte de alimentaÃÃo com o estÃgio de saÃda, facilitando o uso de inversor e by-pass para no-breaks. O primeiro conversor analisado à o conversor de trÃs nÃveis convencional que apresenta como principal caracterÃstica o reduzido nÃmero de componentes. O segundo conversor analisado à o conversor de cinco nÃveis intercalado que apresenta como principal caracterÃstica as reduzidas perdas de comutaÃÃo e conduÃÃo. Finalmente, o terceiro conversor analisado à o conversor de cinco nÃveis tipo T que apresenta como principais caracterÃsticas: reduzidas perdas de comutaÃÃo e conduÃÃo; os elementos magnÃticos operam com o dobro da frequÃncia de comutaÃÃo reduzindo desta maneira o peso e o volume. A anÃlise teÃrica dos conversores monofÃsicos, os conceitos bÃsicos sobre o controle digital e a tÃcnica de modulaÃÃo, a metodologia de projeto, simulaÃÃo e resultados experimentais dos protÃtipos construÃdos sÃo apresentados para validar o princÃpio de funcionamento dos conversores propostos. / This thesis presents two novel topologies of AC-DC converters with common neutral: five-level interleaved converter and five-level T type converter. Besides, a novel type of implementation of Indirect Current Control (ICC) is also presented. Thus, a comparative analysis of performance between three single phase AC-DC converters for UPS applications is realized. The analyzed converters have as common characteristics: power factor correction, digital control using FPGA and connection between input power supply and converter output enabling the use of UPS inverter and by-pass. The first one analyzed converter is the conventional three level converter which presents as main feature reduced numbers of power semiconductors and components. The second one analyzed converter is the five level interleaving converter which presents as main feature reduced conduction and commutation losses. Finally, the last one analyzed converter is the T type five level converter which presents as main features: reduced conduction and commutation losses and magnetic components operating with the double of switching frequency reducing weight and volume. Theoretical analysis of the single phase converters, basics concepts of digital control and modulation technique, design procedure, simulation and experimental results of lab models are presented in order to validate the principle of operation of the proposed converters.

fator de potÃncia e recurso para operar com dois valores de tensÃo de entrada. O mesmo à aplicÃvel a sistemas ininterruptos de energia do tipo dupla conversÃo ou on-line com caracterÃsticas de tensÃo de entrada bivolt (110 Vca e 220 Vca) e desta maneira à descartada a utilizaÃÃo de um autotransformador com seletor de tensÃo. O conversor em estudo à composto por dois conversores CA-CC boost clÃssicos, em que, para uma tensÃo de entrada de 110 Vca as entradas sÃo conectadas em paralelo e para uma tensÃo de entrada de 220 Vca as entradas sÃo conectadas em sÃrie. A ideia à fazer com que se tenha uma divisÃo equilibrada na entrada de cada conversor quando a tensÃo da rede elÃtrica for 220 Vca. Assim cada conversor boost clÃssico recebe metade da tensÃo total de alimentaÃÃo do conversor proposto. A estratÃgia de controle à baseada no controle por modo corrente mÃdia aplicada a ambos os conversores para proporcionar a correÃÃo do fator de potÃncia e a regulaÃÃo da tensÃo de saÃda. Para verificar o estudo teÃrico foi desenvolvido o projeto do circuito de potÃncia e controle validando atravÃs de resultados de simulaÃÃo e experimentais para um protÃtipo de 2,4 kW. Para a conexÃo paralelo e sÃrie das entradas, os resultados obtidos foram satisfatÃrios e o conversor operou adequadamente. / This work presents a study of a Double Boost AC-DC Converter with power factor correction and dual input voltage operation capability via a selector switch. Such converter can be applied to on-line uninterruptible power supplies with dual voltage input characteristics, this way avoiding the usage of a low frequency autotransformer. The studied structure is composed by two AC-DC classical boost converters, in which for input voltage of 110 Vac both its inputs are connected in parallel, and, for 220 Vac, they are connected in series. The control strategy is based in the average current mode control applied to both converters, in order to provide the power factor correction and output voltage regulation. Simulation and experimental results for 2.4 kW are presented, and so are validate the theoretical study and design. Connecting the inputs in parallel and series, the results were satisfactory and the converter operated properly.

O motor de indução é, talvez, o mais robusto e, certamente, um dos motores mais comumente usados. Graças à simplicidade de sua construção, do seu baixo custo, confiabilidade e rendimento relativamente alto com carga nominal é provável que ele permaneça sendo a principal fonte de transformação de energia elétrica em energia mecânica nas aplicações industriais e comerciais por um futuro previsível. O estudo de economia de energia pela redução de perdas é o objetivo do presente estudo. Os motores de indução operam regularmente com fluxo quase constante no entreferro e, portanto, com perdas magnéticas quase constantes. A utilização de um circuito gradador de tensão em série com a alimentação do motor para reduzir o fluxo no entreferro pela redução da tensão aplicada quando a carga não requer fluxo total é o objeto de análise neste estudo. Com a redução da tensão, para manter o conjugado de operação, a velocidade de rotação diminui, ou seja, há um aumento no escorregamento até um valor ótimo para reduzir as perdas totais. Então, esperaria-se que com a redução da tensão aplicada, as perdas magnéticas decresceriam e a eficiência total cresceria. Via de regra, no motor de indução, dada a característica mergulhante de sua curva Conjugado x Velocidade na região em torno da velocidade nominal, o conjugado varia muito mais que a velocidade. Para operação eficiente, a sua tensão aplicada deve ser função da carga que traciona. É objetivo desse trabalho estudar um dispositivo que, colocado em série com a fonte de alimentação de um motor de indução de CA, promove a redução de potência fornecida ao motor, quando a carga aplicada ao motor é menor que a carga nominal. Uma análise da redução da tensão senoidal aplicada através de um auto-transformador de tensão variável é comparada com a redução da tensão através de um circuito gradador baseado em tiristores. A melhor tensão a ser obtida é a que reduz as perdas magnéticas ao mínimo, para cargas que não requerem o fluxo total no entreferro como quando da tensão nominal aplicada. As limitações do processo são estudadas e apresentadas. / The induction motor is perhaps the most rugged, and certainly one of the most commonly used motors. With simply construction, low cost, reliability and efficiency relatively high with rated-load it seems to be a good way to convert electric energy into mechanical energy for industrial and domestic applications for a predictable future. An economy in energy consumption by loss reduction is the goal of this study. The induction motors as normal operate with constant flux in the air-gap and, hence with almost constant losses in the core. The use of a voltage gradador circuit in series with the voltage source applied to the motor for flux reduction in the air-gap by reduction of the voltage when the load do not need full-flux is this study proposal. Hence, with applied voltage reduction, to keep the operational torque, the motor rotation decreases or the slip increases to an optimum value to reduce the total core losses and increase the efficiency. As a rule, the induction motor, by the dip characteristic of the torque x speed curve in the region near the nominal speed, the torque changes much more then the speed. For efficient operation, the applied voltage should be a function of the load. It is the goal or aim of this work to study a device which, when placed in series with the power input of an alternating current induction motor, will produce a reduction in power normally provided to the motor when operated in either a condition where motor loading is less than a rated load. An analysis of voltage ideal sine wave supply reduction applied by an autotransformer with variable voltage is compared with the voltage reduction using a gradador circuit based on thyristors. The optimal voltage operation is the one that decrease the iron losses to minimum, for partial-load that do not need full-flux in the air-gap as when the full voltage is applied. Limitations in the process are investigated and will be showed.

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:49:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Segnini_HelioHenriquedeAgostini_M.pdf: 1646244 bytes, checksum: d03ec95486ccbccae70ffedf89d964f1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o modelo da máquina de indução duplamente alimentada no sistema de referência síncrono, bem como controlar seu fluxo de potências através de orientação de fluxo. São analisadas as orientações de fluxo de estator, de entreferro e de rotor em várias operações: compensador de reativos, gerador e motor, com fator de potência indutivo, capacitivo e unitário, nas faixas de velocidade subsíncrona, síncrona e supersíncrona / Abstract: The purpose of this work is to study the Doubly Fed Induction Machine modeling at the synchronous reference frame, as well as to control its power flux by flux oriented control The stator, rotor and air gap flux orientations with the machine operating as reactive compensator, generator and drive, with lag power factor, lead power factor and unity power factor at subsynchronous, synchronous and supersynchronous speeds are analyzed. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

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.