Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: João Batista Vieira Junior / Resumo: O objetivo deste trabalho é a concepção de uma lógica de controle digital com modulação por histerese variável usando um dispositivo programável FPGA (Field Programmable Gate Array) e linguagem de descrição de hardware VHDL (Hardware Description Language), aplicada em um retificador trifásico híbrido para a obtenção do Fator de Potência (FP) de entrada quase unitário. O Retificador Trifásico Híbrido (RTH) é uma estrutura composta por um retificador a diodos de 6 pulsos e por três retificadores monofásicos SEPIC conectados em paralelo. O controle digital proposto é capaz de impor a forma de onda das correntes de entrada, obtendose Distorção Harmônica Total (DHT) reduzida e fator de potência (FP) quase unitário, sendo que nesta condição, os retificadores monofásicos SEPIC conduzirão no máximo 33% da potência ativa total. Além disso, o uso de FPGAs dará ao Retificador Híbrido Trifásico uma flexibilidade adicional na operação, podendo substituir vários sistemas de múltiplos pulsos convencionais e reduzir custos para o sistema de controle por eliminar a confecção de circuitos complexos de controle analógico, para os conversores chaveados. Neste trabalho, apresenta-se uma análise detalhada e metodologia de projeto para o Retificador Híbrido Trifásico (RTH) que possibilita relacionar o valor da DHT das correntes de entrada com os valores das potências média e aparente processadas pelas estruturas controlada e não-controlada, podendo-se prever o desempenho global do sistema. Serão apresentados detalhes sobre o funcionamento do código VHDL e da modulação por histerese variável empregada e, por fim, os resultados experimentais de um protótipo implementado para 3,0 kW. O código VHDL desenvolvido, associado à lógica de controle digital proposta, foi implementado através de um dispositivo FPGA da Xilinx - Spartan XC2S200E, módulo digilab-D2E... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The objective of this work is the development of a digital control logic with variable hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier in order to obtain an almost unitary input power factor (PF). The hybrid three-phase rectifier is a structure composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The proposed digital control is capable to impose input current waveforms, resulting in a reduced THD (Total Harmonic Distortion) and almost unitary input power factor, being that in this operation condition the parallel SEPIC single-phase rectifiers will process only 33.0 % of total active power. Moreover, the use of FPGA will provide to hybrid three-phase rectifier an additional flexbility in its operation, making possible the replacement of same conventional systems of multiple pulses and reducing costs for the control system, through the elimination of complex analogical circuitry used in the controlled converters. In this work is presented a detailed analysis and design methodology to hybrid threephase rectifier that establishes a relationship between the THD imposed to line input currents, with the average and apparent powers processed through controlled and uncontrolled structures, making possible to know previously the global system performance. It will be presented details about the operation of the VHDL code and variable hysteresis modulation proposed, and finally the experimental results from an implemented 3.0 kW prototype. The developed VHDL code, considering the proposed digital control logic, was implemented through a Xilinx's FPGA device - Spartan XC2S200E, digilab-D2E module, whose generated control signals resulted in input currents with practically sinusoidal waveforms... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Dionizio Paschoareli Junior / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: João Batista Vieira Junior / Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento e os principais resultados para um retificador monofásico pré-regulador "boost" para aplicação em sistema trólebus, possibilitando sua alimentação em corrente alternada (CA) ou em corrente contínua (CC), mantendose o sistema tradicional de distribuição da alimentação a dois fios. A estrutura proposta é composta por um retificador monofásico convencional, conectado a um conversor "boost" entrelaçado com cinco células, operando no modo de condução descontínua (MCD), reduzindo as perdas de comutação no diodo "boost", interferências eletromagnéticas (EMI - electromagnetic interference) e propiciando o controle de forma simples, robusta e confiável para a estrutura. Além disso, devido às características das linhas de distribuição, a estrutura proposta pode atuar como conversor CA para CC ou CC para CC, fornecendo nível de tensão dentro da faixa adequada para o barramento CC. Quando alimentado pelo sistema em CA monofásico, o conversor propicia elevado fator de potência com reduzida distorção harmônica total de corrente (DHTi), atendendo plenamente às restrições da norma internacional IEC 61000-3-4. Adicionalmente, uma técnica de correção para a corrente de entrada, utilizando referência da tensão de entrada, é utilizada para garantir os baixos níveis de distorção harmônica, uma vez que a operação do pré-regulador retificador "boost" entrelaçado em MCD ocorre com reduzido ganho estático. Para a implementação do controle da regulação de tensão e correção da corrente de entrada, é empregado um dispositivo FPGA (field programmable gate array) utilizando linguagem de descrição de hardware (VHDL - verilog hardware description language). Utilizando o mesmo dispositivo FPGA, foi desenvolvido um controle de gerenciamento da operação, promovendo a comutação automática quando... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis presents the development and experimental analysis of a special input stage converter for a Trolleybus type vehicle allowing its operation in AC (two wires, singlephase) or DC distribution networks. The proposed input stage architecture is composed by a conventional single-phase rectifier connected with a five interleaved boost rectifiers operating in discontinuous conduction mode (DCM), avoiding commutation boost diode losses, electromagnetic interference (EMI) and promoting simple control actions, robustness and reliability for the structure. Furthermore, due to the power lines characteristics, the proposed input power structure can act as AC to DC or as DC to DC converter providing a proper DC output voltage range required to the DC bus. When operating as AC to DC, the converter is capable to provide high power factor with reduced input current harmonic distortion, complying with the imposed restrictions by IEC 61000-3-4 standard. In addition, a special input current correction technique, using input voltage reference, is employed in order to achieve low harmonic distortions considering operation with low voltage static gain for the DCM interleaved boost rectifier pre-regulator. For implementation of the output voltage control and input current correction was used a field programmable gate array (FPGA) device with verilog hardware description language (VHDL). In addition using the same FPGA device, a management control system was implemented, promoting the required automatic operation changes when the vehicle is commuted from the DC power supply to the AC power supply and viceversa, keeping the original electrical DC bus characteristics for the trolleybus. After a brief review, a development work process is presented, containing the design methodology with all needed mathematical expressions, simulations, control circuits, as well as a 3D Computer-Aided Designs... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Resumo: Este trabalho apresenta um novo conversor PWM monofásico CA-CC, com um único estágio de retificação e correção do fator de potência, utilizando a célula de comutação de três estados. É demonstrado o conversor proposto empregando duas destas células, em substituição as configurações convencionais de duplo estágio, um estágio retificador e outro pré-regulador. A célula de comutação de três estados é composta basicamente por dois interruptores ativos, dois passivos e dois indutores acoplados magneticamente. A topologia desta célula permite que apenas metade da potência de entrada seja processada pelos interruptores ativos, reduzindo assim a corrente de pico sobre estes à metade do valor da corrente de pico da entrada, tornando importante para aplicações em potências mais elevadas. O volume dos elementos reativos (indutores e capacitores) é reduzido, pois, por características topológicas, a freqüência da ondulação da corrente e da tensão é o dobro da freqüência de operação dos interruptores, sendo assim, possível operar o conversor com menores freqüências, diminuindo consequentemente as perdas na comutação. As perdas totais são distribuídas entre todos semicondutores, facilitando a dissipação de calor. O paralelismo dos interruptores é muito atraente para a configuração do circuito estudado, possibilitando o uso de interruptores mais baratos. Outra vantagem é possuir uma menor faixa de operação na região de descontinuidade, ou seja, a faixa de operação no modo de condução contínua é ampliada. É realizado um estudo do conversor boost CC-CC operando com razão cíclica (0 < D < 0,5) e (0,5 < D < 1). Em seguida este conversor é empregado, operando em toda faixa de variação da razão cíclica (0 LÜD LÜ1), no conversor CA-CC de estágio único. O circuito do conversor em questão funciona em malha fechada utilizando o circuito integrado UC3854 para... / Abstract: This work presents a new AC-to-DC PWM single-phase converter, with only one stage including rectification and power factor correction, using the three-state switching cell. It is demonstrated the proposed converter using two of these cells, instead of the conventional configurations that use a rectifier stage and a high-frequency pre-regulator. The three-state switching cell comprises two active switches, two diodes and two coupled inductors. In this topology only part of the input energy is processed by the active switches, reducing the peak current in these switches in a half of the peak value of the input current, making this topology suitable to the operation in larger power levels. The volume of the power reactive elements (inductors and capacitors) is also decreased since the ripple frequency on the output is twice the switching frequency. For a smaller operating frequency, the switching losses are decreased. Due to the topology of the converter, the total losses are distributed among all semiconductors, facilitating the heat dissipation. The parallelism of switches is very attractive for the studied configuration, facilitating the use of cheaper switches. Another advantage of this converter is the smaller region to operate in discontinuous conduction mode or, in other words, the operation range in continuous conduction mode is enlarged. It is developed a study of the DC-to-DC boost converter operating with duty (0 < D < 0,5) and (0,5 < D < 1). Then, this converter was used in full variation range of the duty-cycle (0 < D < 1) in the AC-to-DC single-stage converter. The circuit of this issue converter works with a feedback control line using the integrated circuit UC3854 to do the control in continuous conduction mode for input current with instantaneous average mode. Besides the mathematical analysis and development through... / Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Coorientador: Grover Victor Torrico Bascopé / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: João Onofre Pereira Pinto / Mestre

Resumo: Este trabalho apresenta uma nova proposta para sistema de refrigeração com controle dinâmico de temperatura, operando com estrutura de compressor aberto, acionado por motor de indução trifásico com velocidade variável, e estágio de entrada retificador com correção ativa do fator de potência. O estágio de entrada é composto por um retificador Boost monofásico com elevado fator de potência, com duas células entrelaçadas, operando no modo de condução crítica, empregando técnica de comutação não dissipativa e controlado por dispositivo FPGA, associado a um estágio de saída inversor de dois níveis convencional trifásico à IGBT, o qual é controlado por um Processador Digital de Sinais (DSP - Digital Signal Processor). A técnica de comutação não dissipativa para o estágio de entrada é baseada em células ZCS (Zero-current-switching). As principais características do retificador incluem a redução da ondulação da corrente de entrada, redução da ondulação da tensão de saída retificada, utilização de componentes com reduzidos esforços, reduzido volume do filtro de entrada para Interferências Eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference), elevado Fator de Potência (FP) e reduzida Distorção Harmônica Total (DHT) da corrente de entrada, atendendo os limites da norma IEC61000-3-2. O controle digital para o estágio de saída inversor foi desenvolvido usando duas diferentes técnicas, incluindo a técnica convencional controle escalar Volts/Hertz (V/Hz) e o controle Vetorial com Orientação pelo Fluxo do estator, com o propósito de verificar a aplicabilidade e a performance dos controles digitais propostos, para o controle contínuo da temperatura, aplicados a um protótipo de sistema de refrigeração. / Abstract: This work presents a new proposal for refrigeration systems with dynamic control of temperature, working with structure of open compressor, driving a three-phase induction motor with variable speed, and input rectifier with active power factor correction. The proposed system is composed of a single-phase high-power-factor boost rectifier, with two cells in interleaved connection, operating in critical conduction mode, and employing a softswitching technique, controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA), associated with a conventional three-phase IGBT bridge inverter (VSI - Voltage Source Inverter), controlled by a Digital Signal Processor (DSP). The soft-switching technique for the input stage is based on zero-current-switching (ZCS) cells. The rectifier’s features include reduction in input current ripple, reduction in output voltage ripple, use of low stress devices, low volume for the EMI input filter, high input power factor (PF), and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller for the output stage inverter has been developed using two different techniques, the conventional Voltage-Frequency control (scalar V/Hz control), and a simplified stator oriented vector control, in order to verify the feasibility and performance of the proposed digital controls, for continuous temperature control, applied at a refrigerator prototype. / Orientador: Carlos Alberto Canesin / Coorientador: Flávio Alessandro Serrão Gonçalves / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Banca: João Onofre Pereira Pinto / Mestre