Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Banca: Carlos Alberto Canesin / Banca: Luiz Carlos de Freitas / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões especiais de transformadores, principalmente nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e da reduzida potência aparente processada pelo núcleo dos autotransformadores. As conexões Y-diferenciais e Delta-diferenciais de 12 e de 18 pulsos são generalizadas através de expressões algébricas únicas que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Delta-diferencial de 18 pulsos é escolhida para estudo detalhado da distorção harmônica de corrente na rede de alimentação, além do projeto e da implementação de dois protótipos, um de 1 kW e outro de 6 kW. As saídas das estruturas retificadoras são ligadas em paralelo com o uso de transformadores de interfase que absorvem as diferenças instantâneas de tensão entre as saídas dos retificadores, possibilitando assim a operação do conversor com carga única. Desta forma, a proposta principal deste trabalho é gerar múltiplos pulsos de tensão na carga e, como conseqüência, obter conversores que apresentem múltiplos pulsos na forma de onda da corrente na rede de alimentação. Os resultados experimentais dos protótipos implementados são então comparados com a análise matemática desenvolvida e com os resultados de simulação. / Abstract: This work presents a comparative study of several multiple pulse AC-DC three-phase converter topologies, based on the special connections of transformers and differential connections of autotransformers. This three-phase technique presents the advantages of low harmonic current in the mains and the reduced power rated to the magnetic system of the autotransformer. The 12 and 18-pulse differential Y-connections and differential delta-connections are generalized by one algebraic expression. This expression describes the family of these converters for any value of input and output voltages. Among these converters, the 18-pulse delta-connected topology is chosen for a detailed study on the line current harmonic distortion, and two prototypes are designed and experimented on, one with 1 kW and another one with 6 kW. The outputs of the rectifiers structures are connected in parallel with the use of the interphase transformers, reducing this way, the current efforts in each rectifier and making possible the connection from DC outputs of the three rectifiers. In this way, the proposal aim of this work is to generate a multipulse voltage on the load, so that, it has as important result, the multipulse current, with reduced harmonics, in the mains. The experimental results of the prototypes are compared to the simulated circuits and the analytical results. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-02Bitstream added on 2014-06-13T19:38:59Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_va_me_ilha.pdf: 2872091 bytes, checksum: 81ed1113b369e242f34f8801629c4f82 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões especiais de transformadores, principalmente nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e da reduzida potência aparente processada pelo núcleo dos autotransformadores. As conexões Y-diferenciais e Delta-diferenciais de 12 e de 18 pulsos são generalizadas através de expressões algébricas únicas que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Delta-diferencial de 18 pulsos é escolhida para estudo detalhado da distorção harmônica de corrente na rede de alimentação, além do projeto e da implementação de dois protótipos, um de 1 kW e outro de 6 kW. As saídas das estruturas retificadoras são ligadas em paralelo com o uso de transformadores de interfase que absorvem as diferenças instantâneas de tensão entre as saídas dos retificadores, possibilitando assim a operação do conversor com carga única. Desta forma, a proposta principal deste trabalho é gerar múltiplos pulsos de tensão na carga e, como conseqüência, obter conversores que apresentem múltiplos pulsos na forma de onda da corrente na rede de alimentação. Os resultados experimentais dos protótipos implementados são então comparados com a análise matemática desenvolvida e com os resultados de simulação. / This work presents a comparative study of several multiple pulse AC-DC three-phase converter topologies, based on the special connections of transformers and differential connections of autotransformers. This three-phase technique presents the advantages of low harmonic current in the mains and the reduced power rated to the magnetic system of the autotransformer. The 12 and 18-pulse differential Y-connections and differential delta-connections are generalized by one algebraic expression. This expression describes the family of these converters for any value of input and output voltages. Among these converters, the 18-pulse delta-connected topology is chosen for a detailed study on the line current harmonic distortion, and two prototypes are designed and experimented on, one with 1 kW and another one with 6 kW. The outputs of the rectifiers structures are connected in parallel with the use of the interphase transformers, reducing this way, the current efforts in each rectifier and making possible the connection from DC outputs of the three rectifiers. In this way, the proposal aim of this work is to generate a multipulse voltage on the load, so that, it has as important result, the multipulse current, with reduced harmonics, in the mains. The experimental results of the prototypes are compared to the simulated circuits and the analytical results.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2013. / ENGLISH ABSTRACT: As control problems become more and more complex, techniques are required that surpass the capabilities of simple controllers that are linearized about certain parametric set points. Controllers that can operate over a large range of model parameter variations and even controllers that are largely model-independent are becoming more valuable and necessary. In this control application, voltage regulation is done on a direct AC-AC medium voltage regulator, making use of a type of regulated autotransformer configuration. The fifth order system is shown to be prone to oscillations on the input bus. This, together with the control requirement of robustness to load variations, provides a challenging control problem that is rarely addressed in literature. This thesis solves the control problem by means of applying sliding mode control on voltage regulator module level, and supervisory control on system level. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Soos die soeke na oplossings vir hedendaagse beheer probleme al hoe meer uitdagend raak, word die behoefte vir model onafhanklike en robuuste beheerders dienooreenkomstig groter. Eenvoudige beheerders wat gelineariseer is om ’n parametriese werkpunt raak ondoeltreffend vir vandag se vereistes vir doeltreffende beheer ongeag van parametriese veranderinge. In hierdie tesis word spanning regulasie toegepas deur ’n direkte WS-na-WS medium spanning reguleerder in te span. Hierdie toestel maak gebruik van ’n tipe van outotransformator opstelling waar die sekondêre wikkelings gereguleer word deur die skakelaksie van die drywingselektroniese regulasie modules. Die vyfde-orde stelsel se intree bus is geneigd om onstabiel te raak, en moet dus aktief gedemp word terwyl die uitreespanning reguleer word. Die vereiste dat die beheer boonop robuus ten opsigte van las veranderings moet wees maak hierdie probleem ’n monster van ’n uitdaging wat skaars in die literatuur aangeraak is. Hierdie tesis los die probleem van robuuste beheer op deur glymodus beheer toe te pas op reguleerder module vlak, en ook deur toesighoudende beheer op stelsel vlak toe te pas.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o constante aumento de componentes eletrônicos inseridos nas diversas áreas da eletrônica na atualidade, torna-se evidente a preocupação de elevados distúrbios harmônicos de corrente na qualidade da energia. Este trabalho tem a finalidade de abordar uma das alternativas para reduzir esse problema, desenvolvendo um retificador de 12 pulsos com dois conversores CC-CC SEPIC de 500 W em cada retificador, com isolação galvânica, operando em condução contínua e com elevado fator de potência e baixa distorção harmônica na corrente de entrada do retificador. A utilização do autotransformador contribui na diminuição do peso e volume da estrutura, sendo a isolação feita no estágio intermediário de alta frequência. A conexão entre a carga e o retificador de múltiplos pulsos convencionalmente é feita a partir da utilização de transformadores especiais de interfase. Entretanto, eles possuem um projeto complexo e, ainda peso e volume consideráveis. Por isso, esses transformadores especiais são substituídos por conversores estáticos, os quais garantem o equilíbrio entre cada grupo retificador e conseguem regular a tensão de saída. Essa estrutura pode ser utilizada em diversas aplicações dentre elas, no acionamento de máquinas elétricas, em carregadores de bateria e dentro de aeronaves, exercendo funções antes comandadas por mecanismos hidráulicos, pneumáticos e mecânicos, aumentando a confiabilidade do processo. Este trabalho aborda detalhadamente o desenvolvimento de duas estratégias de controle, com o objetivo de equilibrar o processamento de potência entre cada módulo e regular a tensão de saída. Foram obtidos os resultados computacionais, e experimentais através da construção de um protótipo. / With the constant increase of electronic components inserted in the diverse areas of electronics at the present time, it becomes evident a concern of harmonic disturbances of current in the quality of the energy. This work has the purpose of addressing one of the alternatives to reduce this problem, developed a 12-pulse rectifier with two DC-DC SEPIC converters of 500 W in each rectifier, with galvanic isolation, operating in continuous conduction and with high power factor and low harmonic distortion in the rectifier input current. The use of the autotransformer contributes to the reduction of the weight and volume of the structure, being an insulation made on the intermediate stage of high frequency. The connection between a load and the multi-pulse rectifier is conventionally made from the use of special interface transformers. They include a complex design and still have considerable weight and volume. Therefore, these special transformers are replaced by the static converters, which guarantee the balance between each rectifier group and obtain regular output voltage. This structure can be used in a variety of applications, such as driving electric machines, battery chargers and aircraft, performing functions previously controlled by hydraulic, pneumatic and mechanical mechanisms, increasing the reliability of the process. This work presents in detail the development of two control strategies, with the objective of balancing the power processing between each module and regulating the output voltage. The computational and experimental results were obtained through the construction of a prototype. / Dissertação (Mestrado)

På den svenska järnvägen används två olika återledningssystem på kontaktledningen, autotransformatorsystem och boostertransformatorsystem. De flesta sträckor i Sverige har idag boostertransformatorsystem. I takt med utvecklingen av järnvägen så ställs det andra krav på banorna, till exempel införandet av höghastighetståg. Problemformuleringen blev således frågan om vilket system som föredras vid upprustning eller nybyggnad av järnvägen. Beräkningar på överföringsförmåga beroende på spänningshållningen i systemen samt en modell för en livscykelkostnadsanalys gav svaren på hur skillnaden ser ut i dessa system från ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv. Resultaten visar att båda systemen fungerar på den svenska järnvägen. Beroende på hur trafiken, banutformningen samt kostnaderna för ett enskilt system ser ut kan båda systemen användas. Resultatet visar också att vid låg trafiktäthet har AT-systemet större energiförluster än ett BT-system. Vid hög trafiktäthet har ett BT-system större energiförluster än ett AT-system. Resultaten visar också att autotransformator-systemet har en bättre överföringsförmåga av effekt men är dyrt. Boostertransformatorsystemet å andra sidan har en sämre överföringsförmåga av effekt men är billigare. / On the Swedish railway, two different return systems are used on the overhead line, autotransformer systems and booster transformer systems. Most routes in Sweden today have booster transformer systems. In step with the development of the railway, other requirements are placed on the lines, for example the introduction of high-speed trains. The problem formulation thus became the question of which system is preferred for upgrading or new construction of the railway. Calculations of transmission capacity depending on the voltage control in the systems and a model for a life cycle cost analysis gave the answers to what the difference looks like in these systems from a technical and economic perspective. The results show that both systems work on the Swedish railway. Depending on the traffic, track design and costs of an individual system, both systems can be used. The results also show that at low traffic density, the AT system has greater energy losses than a BT system. At high traffic density, a BT system has greater energy losses than an AT system. The results show that the autotransformer system has a better transmission capacity of power but is expensive. The booster transformer system, on the other hand, has a poorer transmission capacity of power but is cheaper.