Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:35Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6840_1.pdf: 8336904 bytes, checksum: 3f07d3691d1be88c6c39975295ee8528 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Retificadores trifásicos controlados são amplamente utilizados em aplicações que requerem fluxo de potência bidirecional. Além disso, têm sido cada vez mais empregados a fim de se reduzir a poluição harmônica na rede elétrica. Tradicionalmente, o controle destes retificadores é feito através da corrente, em referencial orientado pelo vetor tensão da rede. Problemas surgem neste tipo de sistema, quando a tensão da rede elétrica apresenta harmônicos em excesso, principalmente em relação à sincronização do referencial. Já existem vários métodos de detecção de fase (PLLs) capazes de amenizar estes problemas. Entretanto, a utilização de outro referencial, o referencial orientado pelo vetor fluxo virtual, promete dispensar o uso de PLLs. Este referencial é utilizado, geralmente, em técnicas de controle direto de potência. Portanto, os principais objetivos deste trabalho são: realizar um estudo das principais técnicas de controle direto de potência já existentes; propor uma nova técnica robusta de controle direto de potência orientado pelo fluxo virtual utilizando a teoria de controle digital por modos deslizantes e comparar as técnicas de controle direto de potência à tradicional técnica de controle de corrente

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Banca: Falcondes Jose Mendes de Seixas / Banca: Ernane Antônio Alves Coelho / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Banca: Fabio Toshiaki Wakabayashi / Resumo: Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas ("interleaving"), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de "interleaving", as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do "ripple" da corrente de entrada, a redução da amplitude do "ripple" de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos...(Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively. / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-27Bitstream added on 2014-06-13T19:40:21Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_fas_dr_ilha.pdf: 8475996 bytes, checksum: 3f15a590474f620a763dcc65faf6248f (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta a análise, projeto e implementação de um pré-regulador retificador boost formado por células de potência entrelaçadas (interleaving), empregando técnicas de comutação não dissipativa, operando no modo de condução crítica, e controlado por dispositivo FPGA (Field Programmable Gate Array). Células de comutação não dissipativa com corrente nula (ZCS - Zero Current Switching) são utilizadas para proporcionar condições para minimização das perdas durante a entrada em condução e bloqueio dos interruptores e dos diodos boost. As células de comutação não dissipativa do tipo ZCS operam na região de fronteira entre os modos de condução contínua e descontínua, denominado como modo de condução crítica, eliminando-se as desvantagens relacionadas com os efeitos da recuperação reversa dos diodos boost operando no modo de condução contínua, especificamente, perdas adicionais (devidas à recuperação reversa) e problemas de interferências eletromagnéticas (EMI - Electromagnetic Interference). Adicionalmente, devido à técnica de interleaving, as principais vantagens apresentadas pelo retificador incluem a redução da amplitude do ripple da corrente de entrada, a redução da amplitude do ripple de alta freqüência da tensão de saída, a possibilidade da utilização de semicondutores que apresentem menores capacidades de corrente e tensão, reduzido volume do filtro de EMI requerido, elevado fator de potência e reduzida distorção harmônica total (DHT) na corrente de entrada, em conformidade com a norma IEC61000-3-2. O controle digital foi desenvolvido empregando linguagem de descrição de hardware (VHDL - Hardware Description Language) e implementada utilizando o dispositivo FPGA XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx. As análises teóricas, a modelagem para as técnicas digitais, as metodologias de projeto e exemplos... / This work presents the analysis, design and implementation of a single-phase high power factor boost rectifier composed of power cells in interleave connection, operating in critical conduction mode, employing a soft-switching technique, and controlled by a Field Programmable Gate Array (FPGA) device. Zero-Current-Switching (ZCS) cells are used to provide conditions for non-dissipative commutations during the switches' and boost diodes' turn-on and turn-off. The ZCS cells operate at the boundary of continuous and discontinuous modes, designated as critical conduction mode, eliminating the disadvantages related recovery effects of boost diodes operated in continuous conduction mode, namely: additional losses, and electromagnetic interference (EMI) problems. In addition, due to the interleaving technique, the rectifier's features include the reduction in the input current ripple, the reduction in the output voltage high-frequency ripple, and the use of semiconductor devices with lower breakdown voltages and forward currents, low volume for the EMI input filter, high input power factor, and low total harmonic distortion (THD) in the input current, in compliance with the IEC61000-3-2 standards. The digital controller has been developed using a hardware description language (VHDL) and implemented using the XC2S200E-SpartanII-E/Xilinx FPGA device. Theoretical analyses, modeling for digital control, design methodologies and examples are presented. Laboratorial prototypes were implemented in order to provide the validation of proposed converter. Additionally, the experimental results are obtained from prototypes composed of two and four interleaved cells, rated at 1kW and 2kW, respectively.

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:19:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:42:06Z : No. of bitstreams: 1 142851.pdf: 56350805 bytes, checksum: d8ad50da65692c12a5e9882d61d9410c (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T12:18:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275840.pdf: 3971644 bytes, checksum: a0f9273b20e86ad49987f992f99daade (MD5) / Este trabalho apresenta duas novas topologias de retificadores trifásicos com fator de potência unitário e bidirecionalidade no fluxo de potência. Os retificadores foram denominados de retificadores híbridos por serem originados pela conexão em paralelo de dois retificadores trifásicos com topologias distintas. Uma das topologias propostas é escolhida e analisada qualitativamente e quantitativamente. Na análise teórica qualitativa, estudaram-se as características de entrada e de saída do retificador, revelando-se os modos de operação de melhor desempenho. Na análise teórica quantitativa estudou-se o equacionamento do retificador e apresentaram-se todas as equações de projeto dos elementos passivos e dos semicondutores. Os modelos para o controle das correntes de entrada e da tensão de saída são apresentados em conjunto com a estratégia de controle. Os estudos teóricos foram comprovados com o projeto e a implementação prática de um protótipo trifásico alimentado em 380 V, possuindo tensão de saída igual a 700 V e potência de saída igual a 20 kW. / This work presents two new three-phase rectifier topologies with unity power factor and bidirectional power flow capability. The rectifiers were named Hybrid Rectifiers because they are generated by the parallel connection of two different topologies of three-phase rectifiers. The proposed three-phase hybrid rectifier with output voltage control was chosen and studied in its details. In this work, theoretical analyses of the hybrid rectifier presented the main input and output characteristics, the energy distribution processing, the operation modes with improved performance, the design equations, the modeling and the control strategy. The theoretical studies were validated by the implementation of a prototype with 380 V input voltage, 700 V output voltage, 10 kHz switching frequency and 20 kW rated output power.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:27:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 259290.pdf: 8710894 bytes, checksum: 8d35c233b477f5d604b42e7982502da9 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo de dois retificadores abaixadores, um monofásico e sua versão trifásica, além de elaborar o projeto e construção do retificador trifásico proposto por Colling e Barbi. As principais características destes retificadores são: empregar células de comutação tradicionais, permitir a transferência de energia em forma bidirecional, por meio da inversão dos sinais de referência, obter uma tensão de saída menor, igual ou maior que sua tensão de entrada e conseguir uma baixa THD e um elevado fator de potência para a corrente alternada na entrada. Os conversores são analizados como conexões de subconversores independentes, controlados por regime de deslizamento com esquema de comutação descentralizado. Este controle permite obter um sistema mais robusto e de fácil implementação. Na parte inicial do trabalho, faz-se uma revisão das topologias propostas, que operam com carga ligada em forma diferencial, elaboradas no Instituto de Eletrônica de Potência da UFSC. Posteriormente, apresenta-se a análise matemática, resultados de simulações numéricas dos diversos retificadores propostos e os resultados de ensaios dos retificadores, monofásico e trifásico implementados neste trabalho. This work presents the study of two step-down rectifiers, a single-phase and its three-phase version, in addition to develop the design and implementation of the three-phase rectifier proposed by Colling and Barbi. The main characteristics of these rectifiers are: to use of conventional switching cells, to allow the bidirectional energy transfer, through the inversion of the reference signal, to obtain an output voltage lower, equal or larger than the peak value of the input voltage and to achieve a reduction of input current THD and a high power factor. The converters are analyzed as a connection of independent subconverters, controlled by sliding mode with decentralized switching scheme. This control, allows to obtain a robust system and a straightforward implementation. Initially a revision of the proposed topologies that operate with differential load connected is done in the research of the Power Electronics Institute of the UFSC. Subsequently, mathematical analyses are shown, resulted from numerical simulations of the different proposed rectifiers and the experimental results of the rectifiers tests, for both, single-phase and three-phase versions implemented in this work.

Dissertação (mestrado) - Uiversidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:49:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 230085.pdf: 2015551 bytes, checksum: 03c3a2fc6a294b1a1a12024fbae36310 (MD5) / Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um Sistema Especialista Fuzzy como proposta de solução computacional para automatizar o processo de análise e diagnóstico dos transformadores de potência em geral e, de modo especial, o método atualmente adotado na usina hidrelétrica de Itaipu. O método de ensaio, que determina a situação operativa do transformador, implementado neste trabalho é o método de Análise dos Gases Dissolvidos sobre o óleo mineral isolante. A premissa deste método de ensaio é quantificar os gases dissolvidos e, a partir de normas e critérios padrões, definir a condição operativa do equipamento. Este trabalho vem ao encontro de necessidade da área de engenharia da empresa em automatizar o processo de análise e diagnóstico dos equipamentos e obter dados mais precisos sobre a real condição dos transformadores. Outro beneficio almejado é levar o conhecimento do nível individual para o corporativo, permitindo que na chegada de novos empregados, estes possam utilizar o conhecimento, que estará presente na ferramenta computacional a ser gerada com este trabalho. Os experimentos foram praticados sobre os dados de histórico de ensaios dos transformadores, realizados pelo laboratório de eletro eletrônica de Itaipu. Os resultados obtidos destes experimentos determinaram resultados mais precisos sobre o estado dos transformadores, além de agilizar o processo e possibilitar aos não especialistas ensaios e determinar o diagnóstico dos equipamentos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017 / Made available in DSpace on 2017-09-19T04:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348173.pdf: 10293889 bytes, checksum: 5f586916d8d1f8d875e6448813efdbf6 (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho propõe uma família de retificadores boost unidirecionais com alto ganho, esforços de tensão reduzidos nos interruptores e correção de fator de potência. Os conversores propostos baseiam-se na integração entre retificadores boost convencionais e uma célula multiplicadora de tensão tipo ladder a capacitor chaveado. O alto ganho em tensão com esforços de tensão reduzidos sobre os interruptores permite o uso de interruptores mais rápidos e de menor custo. Além disto, a célula de capacitor chaveado é modular e permite cascateamento de seus módulos para aumentar o ganho, e isto permite generalizar o ganho das estruturas em função do número de células usadas. O retificador boost híbrido é apresentado com o indutor no lado CA e, ao alterar a célula de comutação do retificador híbrido, duas novas estruturas bridgeless são geradas. As estruturas propostas podem utilizar as estratégias de controle clássico dos retificadores boost convencionais para obter fator de potência próximo à unidade e tensão de saída controlada. A divisão de tensão na célula de capacitor chaveado ocorre naturalmente e, desta forma, não são necessárias estratégias extras de modulação ou malhas adicionais de controle para tal. Além disto, a tensão nos interruptores é igual à tensão sobre os capacitores, que é uma fração da tensão de saída em função do número de células cascateadas. O trabalho apresenta as análises estática e dinâmica, tanto da célula de capacitor chaveado, quanto das estruturas. A análise da célula individual é usada para o seu dimensionamento, estimação das perdas e para verificar a influência dinâmica da célula no sistema. Por fim, é proposto um modelo dinâmico de ordem reduzida (segunda ordem) das estruturas originais de quarta ordem. Serão apresentadas validações por simulação e experimental das estruturas propostas para a seguinte especificação: 1 kW, 220 V CA de entrada e 800 V CC de saída e frequência de comutação de 100 kHz. Valores de rendimento em torno de 97 % foram obtidos nas estruturas bridgeless. / Abstract: This work proposes a family of bridgeless boost unidirectional rectifiers with high voltage gain, reduced voltage stress on the switches and power factor correction. The proposed converters are based in the integration between the conventional boost rectifier and a ladder switched capacitor voltage multiplier cell. The high voltage gain with reduced voltage stress on the components makes it possible to use faster and low-cost components. Also, the switched capacitor cells are modular and their modules can be stacked to increase the gain, and this allows the generalization of the structures' gain in function of the number of stacked cells. The hybrid boost rectifier is presented with the inductor at the AC side and, by modifying the switching cell of the hybrid rectifier, two novel bridgeless structures are generated. The proposed structures may controlled by the conventional boost rectifiers classic control strategy in order to obtain near unit power factor and regulated output voltage. The voltage self-balance in the switched capacitor cell occurs naturally, therefore no extra modulation technique or additional control loops are necessary. Also, the voltage stress on the switches are the voltage on the capacitors, which is a fraction of the output voltage in function of the number of stacked cells. The work presents the steady state and dynamic analysis of the structures and the switched capacitor cell. The individual analysis of the switched capacitor cell is used for its design, power loss estimation and to verify the dynamic influence of the switched capacitor cell in the entire system. Finally, a reduced order (second order) model of the fourth order original structures. Theoretical analysis, simulation and experimental validations of the proposed structures will be presented for the following specifications: 1 kW, 220 V AC input, 800 V DC output and 100 kHz switching frequency. Near 97% efficiency values were obtained in the bridgeless structure.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico,. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-09-20T04:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 340837.pdf: 10721089 bytes, checksum: 78fd1b4474959ceb11c6733c68667111 (MD5) Previous issue date: 2016 / Neste trabalho são apresentados os estudos de retificadores bidirecionais aplicados para as redes de distribuição ativas com barramento em corrente contínua (CC) bipolar, assim como outros conversores, os quais desempenham importantes funções em tais redes. Possíveis arranjos destes em redes ativas de distribuição, incluindo microrredes em CC,são investigados e comparados. Além disto, neste trabalho é apresentado o estudo e a implementação prática de uma rede ativa em CC bipolar,centrado principalmente em rendimento da microrrede, ou seja, do ponto de vista das perdas globais do sistema de distribuição. Baseado nestes estudos será realizada a escolha da topologia de retificador que fará aconexão entre a rede principal e a microrrede em corrente contínua. Ao longo do trabalho, será mostrado que o conversor escolhido é o retificador NPC operando em três níveis, devido ao melhor rendimento apresentado. Buscando trazer melhorias para o conversor NPC, nesta tese será proposta uma técnica de modulação para o cancelamento da ondulação de baixa frequência da tensão do ponto central do referido conversor e, consequentemente sua melhor adaptação ao fornecimento de energia em barramento CC bipolar. Resultados de simulação e experimentais serão apresentados para demonstrar que a técnica para o cancelamento da ondulação de tensão do ponto central é efetiva. Por fim, será apresentada a proposta de incluir um circuito adicional ao NPC, para executar as funções de cancelamento da corrente de baixa frequência do ponto central da microrrede em toda a faixa de operação do retificador, assim como balancear as tensões dos barramentos parciais, em operação normal. Isto resolve algumas limitações inerente são conversor NPC no que se refere à sua capacidade de balanceamento do barramento CC em condições de carregamento desbalanceado. Além disto, em caso de falha de algum braço do retificador, este circuito poderá prover tolerância a falhas.<br> / Abstract: This work presents analysis of bidirectional power rectifiers applied tofuture dc bipolar active distribution networks, as well as other converters that perform important functions in such systems. Possible arrangements of these converters in active distribution networks, including dc microgrids, are investigated. Moreover, study and practical implementation of a dc bipolar active network, mainly focused on the system-wide efficiency, i.e., from the perspective of the overall system losses is discussed. Based on these losses the rectifier topology ischosen. This rectifier provides the interface between the main network to the dc active network. In the course of the work it is shown that thechosen converter is the three-level/-phase NPC, due to the achievable higher overall efficiency. In order to introduce improvements to theNPC converter, this work proposes a modulation technique for the cancellation of the dc-link center point low frequency current components. Simulation and experiment results are presented to show that the proposed center point cancellation technique is effective. Finally, an additional circuit is presented to be added to the originalNPC converter with the function to perform the cancellation of the dclink center point low frequency current in all operating range of rectifierand provide balance of the dc-link partial voltages, during regularoperation. This circuit solves the inherent limitations of the NPCrectifier regarding its ability to control the partial dc-link voltages underhighly unbalanced conditions. In case of failure of a rectifier leg this additional circuit can provide fault-tolerant operation.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:43:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220917.pdf: 1077714 bytes, checksum: 47066db00f498f4682f808e120447cd8 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e implementação de um sistema de controle digital para o estágio de saída de uma fonte de alimentação para telecomunicações, conversor FB-ZVS-PS, utilizando o processador digital de sinais TMS320LF2407 da Texas Intruments. Este trabalho foi motivado, não só pelas vantagens proporcionadas pelo controle digital, tais como flexibilidade e redução de volume, como também pela necessidade de desenvolvimento nas técnicas de controle para o segmento de retificadores monofásicos. Para a realização deste trabalho foi necessário, além do estudo do estágio de potência e do processador, a elaboração de uma solução digital original de controle "phase-shift" aplicada ao conversor FB-ZVS-PS. Um protótipo utilizando uma placa de circuito impresso de uma fonte comercial de 600 W foi desenvolvido para validação desta técnica. Os resultados obtidos foram extremamente satisfatórios com destaque para o comportamento dinâmico verificado através de reduzidas variações na tensão de saída sob mudanças de carga.