The recent growth expectation of the participation of solar-photovoltaic energy sources in the power generation matrix has significantly increased the number of grid-connected systems. For connection to power grid, it is essential to use a dc-ac converter, which is able to suit the characteristics of the power provided by the photovoltaic modules to grid parameters. This dissertation presents a project proposal of a 2 kW single phase dc-ac converter for connecting a 311 V dc bus to a 220 Vrms ac bus of a microgrid. The proposed converter is bidirectional and allows, when necessary, the power flow from ac to dc bus. The study shows, through simulation and prototype implementation in the laboratory, that with the application of an appropriate control strategy it is possible to control the direction of power flow, as well as properly modulating the current flowing between two buses, dc, powered by photovoltaic panels and the battery bank, and the ac, at grid side. The prototype had a yield of about 91% and has injected electric current with low harmonic content (THDi less than 5%). / A recente expectativa de crescimento da participaÃÃo da energia solar-fotovoltaica na matriz de geraÃÃo de energia elÃtrica aumentou significativamente o nÃmero de conexÃes desses sistemas à rede elÃtrica. Para que a interligaÃÃo com a rede elÃtrica convencional seja possÃvel, à indispensÃvel a utilizaÃÃo de conversores CC/CA, capazes de adequar as caracterÃsticas da energia disponibilizada pelos mÃdulos fotovoltaicos aos padrÃes da rede. Esta dissertaÃÃo apresenta uma proposta de projeto de conversor CC/CA de 2 kW para conexÃo de dois barramentos de uma microrrede, um CC em 311 V e outro CA em 220 Vrms. O conversor proposto à bidirecional e permite, quando necessÃrio, o fluxo de energia elÃtrica do barramento CA para o CC. O estudo realizado mostra, atravÃs de simulaÃÃes e de implementaÃÃo de protÃtipo em laboratÃrio, que com a aplicaÃÃo de uma estratÃgia de controle adequada à possÃvel controlar o sentido do fluxo de potÃncia do conversor, assim como modular apropriadamente a corrente que flui entre dois barramentos, o CC, alimentado por painÃis fotovoltaicos e por banco de baterias, e o barramento CA, do lado da rede elÃtrica. O protÃtipo desenvolvido apresentou rendimento de cerca de 91% e forneceu corrente elÃtrica de baixo conteÃdo harmÃnico (THDi menor que 5%).

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study and analysis of photovoltaic systems subject to partial shading, where the main consequence is the reduction of its energy production. To mitigate this problem, it is proposed a new photovoltaic architecture known as hybrid architecture. In this architecture, the system is separated into arrays that can be partially or completely shaded with other arrays that are not shaded. The partially shaded modules are connected in parallel to maximize its energy production, while unshaded ones are connected in series. A dc-dc converter is used with the array with the modules subject to partial shading for maximum power extraction of this array, to match the operating voltage of both arrays, and to ensure that during its operation, the unshaded array operates in maximum power point. Additionally, it is presented the small signal modeling of the dc-dc converter through the generalized modeling technique, with the inclusion of the dynamic of a photovoltaic array through an equivalent approximate model by a voltage source with a series resistance, and linearized for different curve points of the photovoltaic module. The proposed control system for this converter uses a controller based on the internal model principle, as the resonant one, whose objective is, besides eliminating the low frequency ripple at the input of photovoltaic module to reduce the losses of the maximum power point tracking algorithm, also reduce the dc-bus capacitance in dual-stage photovoltaic inverters. Shaded photovoltaic systems present higher complexity to predict its energy production. This is because there are different configurations to connect photovoltaic modules among each other, which results in different values of generated power. Consequently, a general methodology of energy production forecast that uses only the shaded area of the modules as a factor of analysis can be imprecise. Based on this, a new methodology for energy production forecast in partially shaded photovoltaic systems is presented. The proposed method consists in identifying the shaded modules in each time, to quantify the hourly irradiation incident on all modules, analyze the electrical configuration of the array and, from that, calculate the produced energy. At the end are presented simulation and experimental results that validate the use of hybrid architecture in photovoltaic systems that present partial shading conditions. / Este trabalho apresenta um estudo e análise de sistemas fotovoltaicos que apresentam redução da produção de energia devido ao sombreamento parcial em módulos fotovoltaicos. Para mitigar este problema, é proposta uma nova arquitetura de sistemas fotovoltaicos denominada arquitetura híbrida. Nessa arquitetura, o sistema é separado em um arranjo de módulos que podem ser parcialmente ou totalmente sombreados e outro com módulos não-sombreados. Os módulos do arranjo passíveis de sombreamento são conectados em paralelo entre si para se maximizar sua produção de energia, enquanto que os módulos não-sombreados são arranjados em série. Um conversor CC-CC é empregado junto ao arranjo dos módulos passíveis de sombreamento para extração da máxima potência desse arranjo, para compatibilizar a tensão de operação dos dois arranjos, e para garantir que durante a operação conjunta, o arranjo que nunca é sombreado opere no ponto de máxima potência. Adicionalmente, obtém-se a modelagem de pequenos sinais do conversor CC-CC através da modelagem generalizada, com a inclusão da dinâmica de um arranjo fotovoltaico através de um modelo equivalente aproximado por uma fonte de tensão em série com uma resistência, e linearizado para diversos pontos da curva do painel. Como proposta de sistema de controle desse conversor, utiliza-se um controlador baseado no princípio do modelo interno, como o ressonante, cujo objetivo é, além de eliminar a ondulação em baixa frequência presente na entrada dos painéis para reduzir as perdas do algoritmo de rastreamento do ponto de máxima potência, também possibilitar a redução da capacitância do barramento CC de inversores de duplo estágio. Sistemas fotovoltaicos sombreados apresentam maior complexidade para se prever a produção de energia. Isso ocorre pois existem diversas configurações para se conectar os módulos fotovoltaicos entre si, cujo impacto resulta em diferentes valores da energia gerada. Por consequência, uma metodologia generalizada de previsão da produção de energia que utilize apenas a área sombreada dos módulos como fator de análise pode ser pouco precisa. Com base nisso, uma nova metodologia para previsão da produção de energia em sistemas fotovoltaicos parcialmente sombreados é apresentada. O método proposto consiste em identificar os módulos sombreados em cada hora, quantificar a irradiação horária incidente em todos os módulos, analisar a configuração elétrica do arranjo e, a partir disso, calcular a energia produzida. Por fim são apresentados resultados de simulação e experimentais que validam a utilização da arquitetura híbrida em sistemas fotovoltaicos que apresentam condições de sombreamento parcial.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new energy conditioning system for application in stand-alone photovoltaic systems with battery bank. Firstly, the characteristics of solar photovoltaic energy, the modeling of a photovoltaic cell and the equivalent electrical circuit are presented. In a second moment, the photovoltaic generation systems and a review of the static converters applied to stand-alone photovoltaic systems with battery bank are presented. From this study it is proposed a new photovoltaic generation system, with distributed energy processing based on series-connected DC-DC converters. The proposed system presents better utilization of the energy generated by the panels through the employment of more than one array of photovoltaic panels and a static power converter for each subsystem. Thereby, the losses through shading are reduced, and also the reliability of the system is increased, once even if one of the subsystems fails, the system will keep on generating electricity to the loads of higher priority. Posteriorly, the analyses of the operation of the system and simulation results are presented. Finally, it is presented experimental results, comparing the efficiency of the utilization of the energy generated by the input stage of the proposed system and by a system traditionally employed in stand-alone photovoltaic systems, showing an energy gain of 16% with the utilization of the proposed system for situations in which at least one panel is shaded. / Esta dissertação de mestrado apresenta um novo sistema de condicionamento de energia para aplicação em sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. Inicialmente são apresentadas as características da energia solar fotovoltaica, a modelagem de uma célula fotovoltaica e um circuito elétrico equivalente. Em um segundo momento são apresentados os sistemas de geração fotovoltaica e uma revisão dos conversores estáticos aplicados a sistemas fotovoltaicos autônomos com banco de baterias. A partir deste estudo é proposto um novo sistema de geração fotovoltaica, com processamento distribuído de energia baseada em conversores CC-CC conectados em série. O sistema proposto apresenta um melhor aproveitamento da energia gerada pelos painéis através da utilização de mais de um arranjo de painéis fotovoltaicos e o emprego de um conversor estático de potência para cada subsistema. Assim, as perdas por sombreamento são reduzidas bem como é aumentada a confiabilidade do sistema, pois mesmo com a falha de um dos subsistemas o sistema continuará garantindo energia elétrica para as cargas de maior interesse. Posteriormente, são apresentadas as análises do funcionamento do sistema e resultados de simulação. Por fim, resultados experimentais são apresentados, comparando a eficiência no aproveitamento da energia gerada pelo estágio de entrada do sistema proposto e de um sistema tradicionalmente empregado em sistemas fotovoltaicos autônomos, demonstrando um ganho de energia de 16% com a utilização do sistema proposto para situações em que pelo menos um painel está sombreado.

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

Le travail présenté dans ce mémoire concerne le prototypage virtuel 3D des composants électromagnétiques d’électronique de puissance, par la technique des éléments finis. La démarche correspond à la volonté de disposer d’outils de simulation multiphysiques 3D toujours plusperformants, notamment dans le contexte de l’intégration en électronique de puissance. Il s’agit de mettre au point des méthodes et desprocédures adaptées à la caractérisation d’inductances, de transformateurs ou de coupleurs multiphasés haute fréquence, dans unenvironnement de conversion statique, avec des formes d’onde de tension et de courant non sinusoïdales. Cela nécessite de connaître le comportement harmonique des composants électromagnétiques sur une large gamme de fréquence, et de tenir compte des spécificités de réalisation comme l’utilisation de bobinages en technologie feuillard ou planar et de noyaux magnétiques en matériaux ferrite. Dans le premier chapitre de ce mémoire, une analyse des limitations actuelles des modèles analytiques et numériques des composants magnétiques HF en électronique de puissance est faite afin de définir les besoins les plus importants qui seront par la suite abordés. Dans cette optique, le choix de la plateforme ouverte de simulation multiphysique en 3D, par éléments finis, COMSOL Multiphysics, a été fait. En effet, l’objectif ici n’est pas de développer un nouveau code de calcul mais de mettre au point un outil de simulation adapté aux problématiques rencontrées en électronique de puissance. Le deuxième chapitre aborde le point très important de la détermination des pertes cuivre HF en tenant compte des effets fréquentiels tels que les effets de peau et de proximité. La problématique des bobinages feuillards ou planars est résolue par l’utilisation d’éléments coques spécifiques. Le troisième chapitre traite de la détermination despertes fer, à haut niveau d’excitation et pour des formes d’onde de champ non sinusoïdales. Sur la base d’abaques de densités de pertesfournies par les constructeurs de matériaux, deux méthodes de calcul sont proposées, l’une en cours de traitement et l’autre en posttraitement. La prise en compte de la non-linéarité est analysée ainsi que la problématique de l’existence localisée de champs tournants. Le quatrième chapitre aborde l’extraction virtuelle des paramètres électriques des composants électromagnétiques multiphasés et la définition de matrices d’impédances (inductances et résistances propres et mutuelles), en fonction de la fréquence. A l’exception des pertes fer non prise en compte ici, cette formalisation permet de traduire finement le comportement harmonique large bande des composants multiphasés. Finalement, le cinquième chapitre propose trois exemples d’utilisation de ce nouvel outil. Le premier exemple aborde ledimensionnement optimal et la caractérisation virtuelle d’un coupleur triphasé de forte puissance. Le deuxième exemple montre l’intérêt dela modélisation harmonique sous la forme de matrices impédances pour simuler le comportement d’un coupleur hexaphasé in-situ dans unconvertisseur de puissance. Enfin le troisième exemple montre la possibilité de lancer des campagnes d’études paramétriques automatisées pour étudier l’évolution d’un ou plusieurs paramètres dimensionnant afin de calculer des tables de réponses d’aide au dimensionnement. / The work presented in this thesis deals with the 3D virtual prototyping of electromagnetic components used in power electronics thanks to the finite element method. The approachfollows the desire to have an always more and more powerfull 3D multiphysics simulation tools, especially in the context of power electronics integration. It consists indeveloping adapted methods and procedures to characterize inductors, transformers or multiphase highfrequency InterCell Transformers (ICT), in a static conversion environment, in which voltage and current waveforms are non-sinusoidal. This requires the knowledge of the harmonic behavior of electromagnetic components over a wide frequencyrange, and to take into account the realization specificities such as the use of foil or planar windings technology and the use of ferrite magnetic cores. In the first chapter of this thesis, an analysis of today's analytical and numerical models limitations of HF power electronics magnetic components is made in order to identify the most important needs that will be addressed later. In this context, the choice of the open platform for multiphysics simulation in 3D finite element, COMSOL Multiphysics, has been done. Indeed, the aim here is not to develop a new calculation code but to offer an appropriate simulation tool to face the problems encountered in power electronics. The second chapter broaches the very important issue of determining the HF copper losses by taking into account frequency phenonema such as skin and proximity effects. The problem of foils planar windings is resolved by the use of specific shell elements. The third chapter concerns the determination of iron losses under high level supply and non-sinusoidal waveforms. Based on losses densities charts provided by the materials manufacturers, we propose two calculation methods: one in ongoing-processing and another in post-processing. The consideration of the nonlinearity is analyzed and the problem of the existence of localized rotating fields. The fourth chapter discusses the virtual extraction of the electrical parameters of multiphase electromagnetic components and the definition of frequency depedant impedance matrices (self and mutual inductances and resistances). Except for iron losses that are not taken int account here, this formalization can fine translate the broadband harmonic behavior of multiphase components. Finally, the fifth chapter presents three examples of practical application of this new tool. The first example discusses the optimal design and virtual characterization of a high power three-phased ICT. The second example shows the interest of modeling harmonic impedances in the form of matrices to simulate the behavior of a six-phased ICT in situ in a power converter. Finally, the third example shows the ability to run automated parametric study campaigns to study the evolution ofone or more sizing parameters to calculate response tables to help the designing.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This Thesis deals with the development of a novel robust model reference adaptive controller (RMRAC), in discrete-time applied to grid-connected systems using LCL filter. This controller uses a modified robust parameters identifier based on a recursive least-squares algorithm. Two control structures are analyzed: state feedback approach and input-output approach. The robust stability analysis of the controller is presented including unmodeled dynamics. Thus, through these analyses, constraints design, in discrete-time, are obtained. For the validation of the proposed control algorithm, simulation and experimental results of a grid-connected power converter with LCL-filter, with current control, are presented. / Esta Tese de Doutorado apresenta o desenvolvimento de um novo controlador adaptativo por modelo de referência, totalmente desenvolvido em tempo discreto, aplicado a sistemas conectados à rede de energia elétrica empregando filtro LCL. Este controlador utiliza um identificador de parâmetros modificado robusto baseado no método dos mínimos quadrados recursivos. Em relação à estrutura do controlador, a abordagem por realimentação de estados e a abordagem entrada-saída são utilizadas. A análise de estabilidade robusta do controlador é apresentada incluindo dinâmicas não-modeladas. Por meio destas análises, restrições de projeto (em tempo discreto) são obtidas. Para a validação do algoritmo proposto, resultados de simulação e experimentais do sistema de controle de corrente em um conversor conectado à rede de energia elétrica com filtro LCL são apresentados.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of the best utilization of high intensity discharge lamps deals with the great global concern with energy efficiency. Electronic ballasts are the current devices that can make the good use of high luminous efficacy and the long useful life of these lamps. This work aims to develop an electronic ballast to supply high intensity discharge lamps. In order to avoid the acoustic resonance phenomenon occurrence, the lamp is supplied with low frequency square waveform. Power control and voltage inversion stage in the lamp are developed by the biflyback inverter topology. The analysis and design of this topology were performed, as well as the development of resonant inversion methodology of the lamp voltage. It is proposed one study, qualitative and quantitative, of active converters to provide the power factor correction, and their integration with the biflyback inverter topology. Buck biflyback inverter topology is chosen to the implementation of practical experiments, in order to validate the present work. The converter modeling, considering the lamp dynamic, such as the stability analysis and theoretical control strategy of current and lamp power are presented. Experimental results show that the proposed electronic ballast has the follow characteristics: high power factor (0.97), low input current harmonic distortion, high efficiency (88%) and not visible occurrence of acoustic resonance phenomenon. / O estudo do melhor aproveitamento das características das lâmpadas de descarga em alta pressão vem ao encontro da grande preocupação mundial com a eficientização energética. Reatores eletrônicos são os dispositivos atuais que melhor aproveitam a alta eficácia luminosa e longa vida útil dessas lâmpadas. Este trabalho visa o desenvolvimento de um reator eletrônico para a alimentação de lâmpadas de descarga em alta pressão. De modo a não excitar a ocorrência do fenômeno de ressonância acústica, a alimentação da lâmpada é realizada através de forma de onda de corrente quadrada em baixa frequência. Os estágios de controle de potência e inversão da tensão na lâmpada são realizados pela topologia biflyback inversora. A análise e projeto desta topologia foram realizados, assim como o desenvolvimento de uma metodologia de inversão ressonante da tensão da lâmpada. É proposto um estudo, qualitativo e quantitativo, dos conversores ativos para correção do fator de potência, e a integração destes, com a topologia biflyback inversora. A topologia buck biflyback inversora foi escolhida para a realização de experimentos práticos para a validação do trabalho. A modelagem do conversor, considerando a dinâmica de uma lâmpada de descarga em alta pressão de sódio foi realizada. Assim como a análise da estabilidade e estratégias de controle da corrente e da potência na lâmpada. Os resultados experimentais comprovam que o reator eletrônico proposto apresenta as características desejadas de: alto fator de potência (0,97), atendimento da norma IEC61000-3-2 para o nível das harmônicas da corrente de entrada, elevado rendimento (88%) e não excitação visível do fenômeno de ressonância acústica.

La variation de vitesse des machines électriques est une application très porteuse de l’électronique de puissance. La solution de conversion la plus répandue consiste à connecter en cascade deux convertisseurs statiques et d’effectuer une double conversion (AC/DC/AC). Une autre solution, faiblement répandue dans l’industrie, effectue une conversion directe AC/AC. Ce mémoire effectue une synthèse sur les solutions de conversion directe ainsi que sur les stratégies de modulation des convertisseurs matriciels et matriciels « double étage » dans le but de piloter des machines électriques triphasées à partir d’un réseau alternatif triphasé. Cette synthèse a permis de développer une modulation scalaire généralisée, associée à un modulateur par porteuse, équivalente à la modulation vectorielle et applicable aux différents convertisseurs matriciels. Les modulations, à nombre de commutation réduit par période de découpage, ont été approfondies. Cette généralisation a permis de mettre en évidence une solution réduisant les pertes et améliorant le comportement électromagnétique du dispositif comparativement aux modulations traditionnellement utilisées. La présentation des contraintes réelles (commande rapprochée des interrupteurs, Les protections ainsi que le filtrage) est abordée et a été utilisée pour développer une maquette laboratoire. Les stratégies de modulation ont été implantées expérimentalement et valident l’étude théorique. Enfin, un fonctionnement direct à la fréquence réseau, sans modulation donc à faibles pertes, est proposé. Un fonctionnement particulier est introduit, permettant d’effectuer le transitoire du mode modulé classique au fonctionnement direct non modulé / In the power electronics field, the adjustable speed drives is a growing application for electric motors control. The most common conversion solution is to connect in series two static converters and perform a double conversion (AC/DC/AC). Another solution, hardly proposed by industry, uses a direct AC/AC conversion. This thesis aims to make a direct conversion solutions and matrix converters and ‘‘two stage’’ matrix converters modulation strategies synthesis for the purpose to control three-phase electric motor with a three phase input network. This synthesis has developed a generalized scalar modulation, combined with a carrier wave modulator, equivalent to the space vector modulation and applied to matrix converters and the ‘‘two stage’’ matrix converters. Some attention has been done to reduced the switching number during the modulation period. The generalization allows to propose a modified modulation which reduces the losses and improves the electromagnetic performance compared to the traditional modulations used for these kind of converters. The practical constraint (switches control, protection system and filtering) are discussed and has been used to develop a laboratory prototype. The modulations strategies have been implemented experimentally and validate the theoretical study. Finally, a direct function mode with an equal frequency between the input and output network is proposed, without modulation and therefore low losses. In the last part, a particular operation mode is then introduced, permitting the transient operation between the modulated conventional mode to the direct mode without modulation

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a family of integrated electronic ballasts applied to the public lighting system. The electronic ballasts are designed to supply High-Pressure Sodium lamps according to the desired lamp operation characteristics. The viability of use High-Pressure Sodium lamps in the public lighting system of Santa Maria city is studied along this work. Another topic addressed, is the acoustic resonance phenomenon occurrence. It is explained based on a large number of works previously presented in the literature, in order to choose for a reliable method to supply the lamp. The incremental impedance of the High-Pressure Sodium lamp is defined in the frequency domain. This model is used to analyze the lamp and ballast interaction. The presented integrated electronic ballasts to supply High-Pressure sodium lamps take the advantage of low cost and simplicity providing a stable lamp operation. / Este trabalho apresenta uma proposta de integração de conversores estáticos para alimentação de lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão (HPS), baseando-se, fundamentalmente, na viabilidade de aplicação deste tipo de lâmpadas a sistemas de iluminação pública. Ao longo do trabalho, é discutida a viabilidade de aplicação das lâmpadas HPS ao sistema de iluminação pública existente na cidade de Santa Maria- RS, evidenciando os parâmetros técnicos necessários ao projeto e desenvolvimento de reatores eletrônicos. A abordagem do fenômeno da ressonância acústica é feita de forma consistente, avaliando-se trabalhos previamente publicados, a fim de se chegar a um método confiável para se alimentar a lâmpada HPS sem a excitação deste fenômeno. Além disso, uma análise do modelo de pequenos sinais da lâmpada traz uma visão dos principais estágios a serem empregados no reator para garantir um funcionamento estável do sistema. A metodologia de integração proposta para alimentação de lâmpadas HPS, através de reatores eletrônicos, sem a excitação do fenômeno da ressonância acústica, busca a redução de custos e a simplicidade do sistema, sem deixar de considerar os procedimentos necessários a uma operação estável e confiável.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This study proposes an auxiliary commutation circuit, applied to a double-conversion uninterruptible power supply, operating with a three-level PWM full-bridge inverter. In order to construct this circuit, we use the concept of integration of auxiliary commutation circuit: the case study of ZVT. The concept of iCAC is not directly applied to three-level PWM inverters. Then, it is necessary the use of classic auxiliary commutation techniques combined with the concept of integration. In this study, it is presented a hybrid auxiliary commutation circuit. Due to the restrictions imposed by the iCAC, just one of the inverter legs can be integrated. To the other inverter leg it is used a conventional auxiliary commutation circuit. The proposed system aims at achieving a better performance if compared to the same uninterruptible power supply operating with a classic ZVT auxiliary commutation circuit. There is also the advantage that all the auxiliary switches operate with ZVS and/or ZCZ soft switching. Through the use of iCAC it is obtained a minimization of circulating reactive energy in the auxiliary commutation circuits and it contributes to increase the global performance of the uninterruptible power supply. The number of additional components is reduced in relation to the classic CAC and, consequently, the system becomes more attractive to the industry. During this study, the analysis of the system and the simulation results are presented. Finally, experimental results are presented, comparing the efficiency of the CAC iZVT proposed system versus the classic CAC ZVT, in order to validate the proposed system. / Este trabalho propõe um circuito de auxílio à comutação, aplicado a uma fonte ininterrupta de energia de dupla conversão, operando com inversor PWM ponte completa modulado em três níveis de tensão. Para obtenção desse circuito, este trabalho utiliza o conceito de integração de circuitos de auxílio à comutação: O estudo do caso ZVT. O conceito de iCAC não é aplicável diretamente a inversores PWM modulados em três níveis de tensão. Dessa forma faz-se necessário a utilização de técnicas clássicas de auxílio à comutação em conjunto com o conceito de integração. A partir deste estudo é proposto um circuito de auxílio à comutação híbrido. Devido às restrições impostas pelo iCAC apenas uma das pernas do inversor pode ser integrada. Para a outra perna do inversor é então utilizado um circuito de auxílio à comutação convencional. O sistema proposto visa obter melhor rendimento em relação à mesma fonte ininterrupta de energia operando com circuito de auxílio à comutação clássicos do tipo ZVT. Há também a vantagem de que todas as chaves auxiliares operam com comutação suave ZVS e/ou ZCS. Com uso do conceito de iCAC é obtida a minimização da energia reativa circulante nos circuitos de auxílio à comutação, o que contribui para elevar o rendimento global da fonte ininterrupta de energia. O número de componentes adicionais é reduzido em relação ao CAC clássico, tornando assim o sistema atrativo à indústria. Ao longo desse estudo, são apresentadas as análises do funcionamento do sistema e resultados de simulação são apresentados. Por fim, resultados experimentais são apresentados, comparando a eficiência do sistema proposto CAC iZVT versus CAC ZVT clássico, para dessa forma validar o sistema proposto.