Uma série de equipamentos de eletrônica de potência é ligada à rede de corrente alternada através de transformadores, que exercem as funções de isolamento galvânico, elevação/abaixamento de tensão, etc. Estes transformadores podem sofrer saturação em condições transitórias (inrush) ou quando o conversor ligado a ele impõe valor médio não nulo de tensão. O problema é normalmente sanado nas malhas de controle do conversor, no entanto o ajuste destas malhas em ambiente de simulação computacional requer um modelo que represente adequadamente a característica de saturação do núcleo ferromagnético. Este trabalho apresenta um modelo de simulação computacional adequado para transformadores operando em saturação intensa, visando aplicações em projetos de equipamentos de eletrônica de potência com transformador monofásico alimentado por inversor. Além disso, é demonstrado um método experimental de obtenção da característica de saturação do núcleo, sem necessidade das suas características construtivas. Resultados de simulação obtidos são comparados com resultados experimentais para validação do modelo e método. / Several power electronics based equipments are connected to the alternating current network through transformers, which perform galvanic insulation, voltage increasing/lowering, etc. These transformers may experience saturation under transitory conditions (inrush), or when its converter imposes non-zero average voltage. Such problem is commonly treated in the converter\'s control loops, but the tuning of these loops in a computer simulation environment requires a transformer model that represents adequately the ferromagnetic core saturation effect. The current work proposes a computer simulation model that adequately describes the operation of the transformer at deep saturation, suitable for design of power electronics applications with single phase transformers connected to power inverter. Additionally, an experimental method for determining its core saturation characteristic is demonstrated. This method does not require previous knowledge of the core\'s constructive parameters. Simulation and experimental results are presented to confirm the validity of the model and the method.

Uma série de equipamentos de eletrônica de potência é ligada à rede de corrente alternada através de transformadores, que exercem as funções de isolamento galvânico, elevação/abaixamento de tensão, etc. Estes transformadores podem sofrer saturação em condições transitórias (inrush) ou quando o conversor ligado a ele impõe valor médio não nulo de tensão. O problema é normalmente sanado nas malhas de controle do conversor, no entanto o ajuste destas malhas em ambiente de simulação computacional requer um modelo que represente adequadamente a característica de saturação do núcleo ferromagnético. Este trabalho apresenta um modelo de simulação computacional adequado para transformadores operando em saturação intensa, visando aplicações em projetos de equipamentos de eletrônica de potência com transformador monofásico alimentado por inversor. Além disso, é demonstrado um método experimental de obtenção da característica de saturação do núcleo, sem necessidade das suas características construtivas. Resultados de simulação obtidos são comparados com resultados experimentais para validação do modelo e método. / Several power electronics based equipments are connected to the alternating current network through transformers, which perform galvanic insulation, voltage increasing/lowering, etc. These transformers may experience saturation under transitory conditions (inrush), or when its converter imposes non-zero average voltage. Such problem is commonly treated in the converter\'s control loops, but the tuning of these loops in a computer simulation environment requires a transformer model that represents adequately the ferromagnetic core saturation effect. The current work proposes a computer simulation model that adequately describes the operation of the transformer at deep saturation, suitable for design of power electronics applications with single phase transformers connected to power inverter. Additionally, an experimental method for determining its core saturation characteristic is demonstrated. This method does not require previous knowledge of the core\'s constructive parameters. Simulation and experimental results are presented to confirm the validity of the model and the method.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-12T19:44:42Z No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:29:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:29:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 brunomontesanoschettino.pdf: 4192681 bytes, checksum: 0df0705f39a6ff58697ec7dc00759256 (MD5) Previous issue date: 2015-12-08 / Este trabalho propõe um método para detectar a saturação dos núcleos dos transformadores de corrente (TCs) utilizados na proteção de sistemas elétricos de potência (SEPs), além de promover a compensação de seus efeitos através da correção do sinal de corrente secundária distorcido pela saturação. Técnicas de processamento de sinais baseadas no filtro diferenciador de segunda ordem de Savitzky-Golay são utilizadas para localizar os pontos de transição entre partes do sinal de corrente distorcidas e não distorcidas pela saturação. Em seguida, um processo de estimação baseado no critério dos mínimos quadrados que utiliza exclusivamente amostras do sinal contidas nas regiões não distorcidas é efetuado, extraindo os parâmetros necessários à promoção da correção do sinal. As influências do ruído e dos desvios de frequência de operação do SEP foram analisadas, tendo sido desenvolvidos e incorporados meios adaptativos para mitigar seus efeitos. Os algoritmos desenvolvidos foram implementados em MATLAB e a avaliação de desempenho foi realizada utilizando sinais extraídos de simulações de falta ocorridas em um sistema modelado em um simulador digital em tempo real (RTDS). Os resultados indicaram que o método proposto atingiu desempenho satisfatório, independente dos parâmetros do TC e dentro de uma ampla gama de cenários da falta analisados. Além disso, o método mostrou-se robusto em relação ao ruído e eficiente na mitigação dos erros provocados pelos desvios de frequência. Ainda, os recursos técnicos e computacionais necessários para sua execução indicam que o método proposto é passível de implementação nos atuais dispositivos de proteção disponibilizados pela indústria. / This work proposes a method for detecting the saturation of the current-transformer cores used in the protection of electric power systems and promote the compensation for its effects by correcting the secondary current signal distorted due to the saturation. Signal processing techniques based on the second order differentiator Savitzky-Golay filter are used for locating the transition points between distorted and undistorted parts of the current signal. Then, an estimation process based on the least squares criteria that uses exclusively signal samples included in the undistorted regions is performed, extracting the parameters needed for the signal correction. The influences of the noise and the frequency offset were analysed, and adaptive means to mitigate their effects were developed and incorporated. The developed algorithms were implemented in MATLAB and performance evaluation was performed using the signals taken from fault simulations in a system modeled on a real time digital simulator (RTDS). The results indicated that the proposed method reaches a satisfactory performance, regardless of the CT parameters and within a wide range of analysed fault scenarios. Moreover, the method showed to be robust relative to the noise and effective in mitigating the errors due to the frequency offsets.