Esta tese apresenta uma estratégia de controle para gerenciar a potência entregue ou absorvida da rede, independente de características das cargas locais. Para atingir este objetivo é utilizado um inversor fonte de tensão (VSI) que funcionará semelhante a um sistema de geração distribuída (GD) ou como um filtro ativo. O VSI é controlado por meio de controladores clássicos em cascata, nos quais a malha interna é utilizado para estabilizar a corrente e a malha externa controla a tensão nos terminais de saída da GD. Para melhorar a resposta do VSI são colocados filtros ressonantes em paralelo ao controlador de tensão (P+RES). Além disso, as respostas dos filtros ressonantes são melhoradas através da utilização de um método adequado de discretização, no qual os coeficientes são alterados dinamicamente mediante a frequência de sincronismo produzido pelo algoritmo de sincronismo (PLL). O controle de potência apresenta duas estruturas de controle em malha fechada: uma para controlar a potência reativa através da rede pelo ajuste da amplitude da tensão da GD, e o outra para controlar a potência ativa, modificando o ângulo de defasagem entre as tensões da rede e as tensões GD. Por fim, um conjunto de simulações e resultados experimentais é apresentado para validar todas as propostas deste trabalho. / This thesis presents a control strategy to manage the power delivered to or absorbed from the grid, independently of the local load characteristics. To achieve this goal, a voltage source inverter (VSI) will work as a distributed generation system (DG) or according to active filter. The VSI will be controlled by means of a double cascade classical controller, in which the inner loop is used to stabilize the VSI output current and the outer loop controls the DG terminal voltage. To improve the response of the VSI, resonant filters are placed in parallel. Additionally, resonant filter dynamic responses are enhanced through the use of a proper discretization method, in which the coefficients are changed dynamically by means of the synchronism frequency produced by the phase-locked loop (PLL) algorithm. This study also exhibits two closed-loop structures: one to control the reactive power through the grid by adjusting the DG voltage amplitude, and the other to control the active power by modifying the angle of displacement between the grid and the DG voltages. Both power control structures operate adequately in decoupled operation mode, so that one has a faster dynamic response than the other. To verify all statements proposed in this thesis, a set of simulations and experimental results are presented.

Algoritmos de busca do ponto de máxima potência (MPPT) são largamente utilizados para se obter a potência máxima fornecida em sistemas fotovoltaicos. Apesar de existirem diversas técnicas de MPPT, os métodos heurísticos de busca como o método da perturbação e observação (P&O) e o método da Condutância Incremental (InC) são os mais usuais por serem simples e confiáveis. Assim, é proposto uma lei de controle com realimentação da tensão de saída de um painel fotovoltaico (PV) de forma a manter o mesmo operando próximo ao ponto de máxima potência, possibilitando com isso uma melhora do desempenho do algoritmo de P&O e InC inclusive quando o painel PV é submetido a rápidas mudanças na irradiação solar. Além disso, devido às características não lineares dos painéis fotovoltaicos, a utilização de técnicas inteligentes que empregam controladores fuzzy para o controle da tensão terminal do PV, parece ser uma solução viável quando comparada aos controladores clássicos com PI e PID, principalmente, porque tais estruturas de controle proporcionam uma lenta resposta dinâmica e problemas de estabilidade relacionados às oscilações em torno do ponto de máxima potência, decorrente do funcionamento dos algoritmos P&O e InC. / Maximum power point tracking (MPPT) techniques are widely used to achieve the maximum output power of a photovoltaic (PV) system. Although there are many MPPT techniques, the heuristic search methods such as perturb and observe (P&O) and incremental conductance (InC) method are the most commonly used because they are simple and reliable in the pursuit of maximum power point. A control law with feedback of the output voltage of a photovoltaic (PV) panel is proposed, in order to maintain it working nearby the maximum power point, enabling an improvement in the performance of the algorithm for P&O and InC even when the PV array is subjected to rapid changes in solar irradiance. Moreover, due to the nonlinear characteristics of the photovoltaic panels, the technique that employ fuzzy logic control seems to be a viable option when compared with conventional proportional and integral or proportional, integral and derivative controllers, mainly because such control structures provide a slow dynamic response and stability issues related to oscillations around the maximum power point due to operation of P&O and InC algorithms.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents a study considering multilevel inverters formed from two and three level cascaded inverters. The literature presents several papers on asymmetric multilevel inverters and most studies are related to control and/or modulation techniques considering a binary or trinary topology. Also, there are studies that consider a small variation of the inverters input voltage and analyses the system behavior. However, any of these studies performs analysis to obtain the best relation between input voltage of the multilevel system, while this together with switching angles are capable of generating an output voltage with minimum THD. This Master Thesis was developed aiming to get this voltage relation for multilevel systems formed by two and three level inverters. Furthermore, it seeks to find a pattern for the voltage ratio for several cascaded inverters. To obtain the desired results, techniques of selective harmonic elimination was applied to reduce low order harmonics, reducing the need for output filter. To reduce the computational efforts for obtaining the switching angles, the author used considerations of genetic algorithms. This is necessary due to the significant increase of the variables to be determined as the number of cascaded inverters increase. / Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo considerando inversores multiníveis formados a partir de inversores dois e três níveis conectados em cascata. Na literatura são apresentados vários trabalhos envolvendo inversores multiníveis assimétricos. As pesquisas, na sua maioria, tratam sobre técnicas de modulação considerando uma topologia binária ou trinaria. Ainda, são apresentadas pesquisas que consideram uma pequena variação nas tensões de entrada dos inversores e analisam o comportamento do sistema. Contudo, ainda não existe um estudo que realize uma análise para obtenção da melhor relação entre as tensões de entrada do sistema multinível. Sendo que estas relações de tensão, juntamente com os ângulos de comutação, são capazes de gerar uma tensão de saída com uma THD mínima. Esta dissertação foi realizada buscando obter esta relação de tensões para sistemas multiníveis formados a partir de inversores dois e três níveis. Além disso, é realizada a busca de um padrão para esta relação de tensão para n inversores conectados em cascata. Para a obtenção dos resultados desejados foram aplicadas técnicas de eliminação seletiva de harmônicos. Com esta técnica, as harmônicas de baixa ordem são eliminadas, reduzindo a necessidade do filtro de saída. Além disso, considerações sobre algoritmos genéticos são realizadas. Este algoritmo é utilizado para reduzir o esforço computacional para a obtenção dos ângulos de comutação. Isto é necessário devido ao aumento significativo das variáveis a serem determinadas à medida que se eleva o número de inversores conectados em cascata.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This Ph. D. dissertation presents contributions to the investigation of soft-switching cells with integrated components, presenting three main approaches: (i) Soft-switching cells with filter coupled inductor; (ii) Integrated soft-switching cells of the ZVT type for multipole systems; and (iii) Integrated soft-switching cells for several soft-switching techniques for multipole systems. Firstly it is presented a generic diagram for softswitching inverters with coupled filter inductor. From the generic diagram the turn-on snubber, ZVT and ZCZVT inverters topologies are derived. It is based on an auxiliary loop, which presents an inductor coupled to the filter inductor. The magnetic coupling allows annulling the current through the main switches during the switching transitions and, as a result, reducing the commutation losses. The basic differences among the techniques obtained by this method are the way of implementing the auxiliary switches and the time instants when these switches are triggered. The topological variations are a result of the choice of the voltage applied through the auxiliary loop by its connection to the inverter topology. Analytical expressions for the derived topologies are obtained aiming to evaluate the operation conditions, as well the main features of each topology. It is proposed a design procedure for each derived topology and the operation principles of each topology are verified by means of experimental and simulation results. Then the integrated softswitching cells of the ZVT type for multipole systems are studied. The synthesis methodology presented is based on generating every topological possibility of symmetrical auxiliary cells. The redundant cells are removed from the set of generated topologies resulting in only four diagrams, which are used to derive the integrated ZVT converters already known in the literature, as well several yet unpublished. The synthesis methodology is applied on an interruptible power supply system, which is experimentally evaluated. Finally it is proposed a generalized methodology to obtain integrated auxiliary commutation cells from several soft-switching techniques concerning multipole systems. The integration possibilities among the models obtained for the chosen soft-switching techniques are investigated, resulting in integrated models. The practical implementation of the resulting models is studied originating integrated topologies for multipole systems. The poles of the system can present the same soft-switching technique or different ones. Experimental results are presented in order to validate the concepts proposed herein. / Esta tese de doutorado apresenta contribuições ao estudo de células de comutação suave com componentes integrados, apresentando três abordagens principais: (i) Células de comutação suave com indutor de filtro acoplado; (ii) Células de comutação suave integradas do tipo ZVT para sistemas multi-pólos; e (iii) Células de comutação suave integradas considerando-se diversas técnicas de comutação para sistemas multi-pólos. Inicialmente é apresentado um diagrama genérico para os conversores com comutação suave e indutor de filtro acoplado. A partir do diagrama genérico são derivadas topologias de inversores snubber de turn-on, ZVT e ZCZVT. Este diagrama genérico é baseado em uma malha auxiliar que apresenta um indutor acoplado ao indutor de filtro. O acoplamento magnético permite fazer com que a corrente através das chaves principais se anule durante as transições de comutação e, como resultado, ocorre a redução das perdas de comutação. A diferença básica entre as técnicas obtidas através deste método é o modo escolhido para implementar as chaves auxiliares e os instantes de acionamento das mesmas. As variações entre as topologias ocorrem em função da escolha da tensão aplicada à malha auxiliar. São obtidas expressões para as topologias derivadas no intuito de avaliar as condições de operação, bem como algumas de suas características. É proposto um procedimento de projeto e verificado o princípio de funcionamento destes inversores através de resultados experimentais e de simulação. A seguir são estudadas as células de comutação suave do tipo ZVT compartilhadas por sistemas que possuem múltiplos pólos. Esta metodologia de síntese é baseada na geração de todas as possibilidades de configurações para as células auxiliares simétricas. A partir disto, as configurações redundantes são eliminadas chegando-se a quatro diagramas capazes de gerar os conversores ZVT integrados presentes na literatura, bem como alguns ainda inéditos. A metodologia de síntese é aplicada para um sistema de fornecimento ininterrupto de energia, sendo que alguns resultados experimentais são apresentados. Finalmente é proposta uma metodologia generalizada para integrar as células auxiliares de diversas técnicas de comutação suave para conversores com múltiplos pólos. Partindo-se da obtenção de modelos para algumas das técnicas de comutação suave, procura-se verificar todas as possibilidades de combinação entre os modelos inicialmente obtidos, gerando-se modelos integrados e a partir disto, obtendo-se topologias integradas tanto para pólos que comutam auxiliados pela mesma técnica de comutação, como para pólos auxiliados por técnicas distintas. São apresentados resultados experimentais comprovando a viabilidade dos conceitos propostos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Ph.D. Dissertation presents contributions to the study of hybrid multilevel systems, analyzing several issues that compose this system, such as: topological variations of the output inverter stage and input rectifier stage, design methodologies, modulation strategies and control system. This extensive analysis is carried out because these issues are closely related, so that a modification in any element can affect the overall system performance. Initially, due to the enormous flexibility and large complexity to design hybrid multilevel converters, this work proposes a unified analysis for these converters, which are composed of several series-connected cells with distinct voltage levels, modulation strategies, topologies and/or semiconductor technologies. This unified analysis includes a detailed comparative analysis among distinct topologies and a new generalized design methodology. Different configurations of hybrid converters are proposed from this new design methodology, depending on the specifications imposed to the multilevel system. Therefore, this work can be used as a valuable tool to define an adequate hybrid configuration for a specific application. After, this work also proposes a new arrangement to implement the isolated voltage sources of the series-connected cells that compose a hybrid multilevel inverter. This new arrangement is based on the multipulse connection of uncontrolled rectifiers processing distinct power levels, unlike conventional multipulse converters. A new design methodology for this input stage is proposed in this work, defining the phase shifts among the secondaries of the isolation transformer to eliminate dominant harmonics from the current drawn from the utility grid even when the active power levels processed by rectifiers are different. This work also investigates the impact of the hybrid multilevel modulation strategy on the harmonic contents of the output voltages and input currents. After to demonstrate the negative impact of the modulation strategy on the input harmonic performance for some operating points, this Ph.D. Dissertation proposes a new modulation strategy that makes possible, together with an asymmetrical multipulse connection of rectifiers, to eliminate undesired harmonics from the input current in any operating point without affecting the output harmonic performance. Beyond these issues, this work also includes a qualitative analysis about hybrid multilevel inverters operating as actuators in closed-loop systems, to motivate a discussion about this new subject. Finally, several experimental results are presented to demonstrate the practical feasibility of some proposals of this Ph.D. Dissertation. / Esta Tese de Doutorado apresenta contribuições ao estudo de sistemas multiníveis híbridos, investigando vários temas que compõem esse sistema, tais como: variações topológicas do estágio inversor de saída e do estágio retificador de entrada, metodologias de projeto, estratégias de modulação e sistema de controle. Isso se deve principalmente ao fato que esses temas estão intimamente relacionados, de tal forma que uma alteração em qualquer elemento do sistema pode modificar o desempenho do todo. Inicialmente, devido à enorme flexibilidade e grande complexidade para projetar conversores multiníveis híbridos, esse trabalho realiza uma abordagem unificada desses conversores, que são compostos de várias células em série, com valores de tensão, estratégias de modulação, topologias e/ou tecnologias de semicondutores diferentes. Essa abordagem inclui uma análise comparativa entre várias topologias e uma nova metodologia de projeto generalizada. Assim, esse trabalho pode ser usado como uma importante ferramenta para definir um conversor híbrido adequado para uma determinada aplicação. Posteriormente, esse trabalho também propõe um novo arranjo para implementar as fontes de tensão isoladas das células que compõem um inversor multinível híbrido. Esse novo arranjo é baseado na conexão multipulso de retificadores não controlados que, ao contrário dos conversores multipulso convencionais, processam níveis distintos de potência. Uma nova metodologia de projeto generalizada é proposta nesse trabalho para esse estágio de entrada, determinando os ângulos de defasagem entre os secundários do transformador de isolação para eliminar harmônicas dominantes da corrente drenada da rede pública de energia, mesmo quando os retificadores processam níveis distintos de potência ativa. Esse trabalho também investiga o impacto da estratégia de modulação híbrida tanto no conteúdo harmônico das tensões de saída quanto no conteúdo harmônico das correntes de entrada. Após demonstrar o impacto negativo da estratégia de modulação no desempenho harmônico de entrada em alguns pontos de operação, essa Tese propõe uma nova estratégia de modulação que torna possível, juntamente com uma conexão multipulso assimétrica de retificadores, eliminar harmônicas dominantes da corrente de entrada em qualquer ponto de operação sem prejudicar o conteúdo harmônico das tensões de saída. Além desses assuntos, esse trabalho também realiza uma breve análise qualitativa do desempenho de inversores multiníveis híbridos em sistemas de controle em malha fechada, com o intuito de iniciar uma discussão sobre esse novo tema. Por fim, diversos resultados experimentais, tanto do estágio inversor de saída quanto do estágio retificador de entrada, são apresentados para demonstrar a viabilidade prática de algumas propostas dessa Tese de Doutorado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Among the soft-switching techniques, the zero-voltage-transition (ZVT) technique has been accepted well by the industry due its attractive characteristics, such as simplicity, low losses in the auxiliary commutation circuit (ACC), operation with soft-switching for a wide load range, and closest operation to the PWM converter counterpart. In three-phase voltage-source inverters (multipole converters), a substantial diversity of ZVT topologies has been proposed to improve the performance of the converters, such as the ZVT circuits with six auxiliary switches, which meet the demand for high efficiency, low current and voltage stresses in semiconductor devices, and operation in high switching frequency. Aiming to make the ZVT multipole converter even more attractive to the industry, many topologies have been proposed to reduce the number of auxiliary switches and, consequently, the cost related to the ACC, by means of an integrated auxiliary circuit that provides conditions to commutate every semiconductor device of the multipole converter under zero-voltage condition. Regrettably, these structures introduce some restrictions on converter operation, such as the requirement for synchronized switching events in the PWM poles, resulting in more complex modulation techniques, with poorer power quality than the six auxiliary switch ZVT. To avoid these restrictions, simplified ACCs have been proposed, where the ACC is simplified individually per PWM pole. An important consequence of this approach is that the PWM poles can be modulated independently in multipole applications, allowing the application of any modulation strategy. However, the known simplified ZVT topologies were derived by multiple attempts due to the lack of a synthesis methodology, as had been proposed to integrated topologies. Thus, this work proposes a novel concept to generate simplified ZVT topologies to each bidirectional PWM pole. With the proposed methodology, the already known simplified ZVT topologies are systematized, as well as new topologies can be derived. Additionally, in order to address the benefits and constraints of integrated and simplified ZVT topologies, in this work a comparison is made between the concepts of integration and simplification of ZVT auxiliary circuits applied to bidirectional PWM poles, where the concepts of each approach are defined, recognizing their main advantages and limitations. So, the modulation strategies, the resulting losses in the main and auxiliary circuits and the harmonic content of the voltage synthesized by two selected topologies are theoretically and experimentally analyzed. Therefore, it is demonstrated that when the load demands a voltage with low harmonic content, the simplified ZVT topologies are indicated. However, when the number of components in the auxiliary circuit is the main concern, the integrated ZVT topologies can be employed. / Entre as técnicas de comutação suave propostas na literatura, a técnica de comutação transição sob tensão nula (Zero-Voltage-Transition ZVT) tem sido bem aceita pela indústria em função de suas características atrativas, como simplicidade, baixas perdas no circuito de auxílio à comutação (CAC), condições de comutação sob zero de tensão asseguradas para uma ampla faixa de cargas e operação próxima a do conversor equivalente dissipativo. Em aplicações com inversores trifásicos alimentados em tensão (conversores multipólos), uma grande variedade de topologias ZVT tem sido proposta no sentido de aprimorar o desempenho dos conversores, como as topologias ZVT com seis chaves semicondutoras auxiliares, as quais atendem a demanda por alta eficiência, baixos esforços de tensão e corrente sobre os dispositivos semicondutores, e operação em freqüências elevadas. Buscando tornar as topologias ZVT aplicadas a conversores multipólos ainda mais atrativas a aplicações industriais, inúmeras topologias ZVT integradas, as quais proporcionam condições de comutação sob zero de tensão a todos os dispositivos semicondutores do conversor por meio de um CAC com um número reduzido de chaves semicondutoras auxiliares, têm sido propostas. Infelizmente, essas estruturas introduzem restrições à operação do conversor, resultando em estratégias de modulação complexas, com um conteúdo harmônico nas tensões sintetizadas superior ao observado nas topologias contendo seis chaves auxiliares. Com o objetivo de evitar as restrições mencionadas, CACs simplificados têm sido propostos, onde o CAC é simplificado individualmente em cada pólo PWM do conversor. Como uma importante conseqüência dessa abordagem, os pólos PWM podem ser modulados independentemente, permitindo a aplicação de qualquer estratégia de modulação convencional. Entretanto, diferentemente das topologias ZVT integradas, para as quais a literatura apresenta propostas de metodologias de síntese, as topologias ZVT simplificadas são obtidas sem um procedimento definido. Assim, esse trabalho propõe um novo conceito para sintetizar topologias ZVT simplificadas aplicadas a cada pólo PWM bidirecional do conversor. Com a metodologia de síntese proposta, as topologias ZVT simplificadas já publicadas são sistematizadas, assim como novas topologias podem ser obtidas. Adicionalmente, com o objetivo de identificar os benefícios e as restrições inerentes às topologias ZVT integradas e simplificadas, esse trabalho propõe uma análise comparativa entre ambas as abordagens, onde os conceitos de cada abordagem são definidos, reconhecendo suas vantagens e limitações. Ainda, as estratégias de modulação, as perdas resultantes nos circuitos principal e auxiliar do conversor, e o conteúdo harmônico das tensões sintetizadas por duas topologias selecionadas são comparados teórica e experimentalmente. Assim, demonstra-se que quando a aplicação demanda um CAC com um reduzido número de componentes auxiliares, as topologias ZVT integradas são as indicadas. Por outro lado, quando a aplicação exige um baixo conteúdo harmônico nas variáveis de interesse, as topologias ZVT simplificadas são a alternativa, já que não comprometem os graus de liberdade na modulação do conversor.

Este trabalho trata sobre a utilização de técnicas de comutação suave aplicadas `a conversores estáticos de potência. A técnica analisada em particular consiste em proporcionar comutação em zero de tensão aos interruptores controlados, sendo referenciada na literatura como Zero Voltage Switching (ZVS). Dentre as diversas topologias de circuitos que implementam a técnica ZVS, neste trabalho é utilizada uma célula de comutação Zero Voltage Transition (ZVT), no qual utiliza interruptores controlados e elementos em paralelo com o circuito principal. O foco do trabalho é a aplicação desta célula ZVT a um conversor CC-CA PWM monofásico com saída senoidal. Nesse sentido inicialmente é feita uma revisão das topologias básicas dos inversores, é das técnicas PWM utilizadas para obtenção de saída senoidal. São apresentados os circuitos ZVT convencional e aprimorado descritos na literatura, no qual o ZVT aprimorado é empregado ao conversor CC-CA ponte completa. São apresentadas as etapas de funcionamento e análise matemática. É descrita uma metodologia de projeto para a determinação dos componentes do circuito auxiliar, com base em restrições definidas para o correto funcionamento da célula e das características dos semicondutores utilizados como chave. Um protótipo do conversor é implementado em laboratório para a validação do projeto, verificação das formas de onda nos interruptores e análise do rendimento. Outros dois circuitos de auxílio à comutação são implementados para efeitos de comparação, sendo o circuito ZVT convencional e o dissipativo snubber de Undeland. Os resultados experimentais comprovam a obtenção da comutação suave nos interruptores e o conversor apresentou rendimento de no mínimo 1% superior ao ZVT convencional e 2% ao snubber de Undeland, valores estes para toda a faixa de carga. / This paper discusses above the application of soft-switching techniques to static power conver-ters. The technique discussed in particular consists in provide zero voltage switching (ZVS) to controlled switches. Among the various circuit topologies to implement the ZVS technique, in this work is used a cell Zero-Voltage Transition (ZVT), in which uses controlled switches and elements in parallel with the main circuit. The main objective of the work is the application of this cell ZVT to a single-phase PWM inverter with sinusoidal output. In this sense initially is made a review of the basic topologies of inverters , and of the PWM techniques used to obtain sinusoidal output. Are presented the circuits ZVT conventional and improved described in the literature, in which the improved ZVT is employed on DC-AC full bridge converter. Steps of operation and mathematical analysis are presented. A design methodology is described for the determination of the components of the auxiliary circuit, based on constraints set for the correct functioning of the cell and of the characteristics of semiconductor. A prototype of the converter is implemented in the laboratory for the validation of the project, verification of waveforms the switches and analysis of efficiency. This converter is compared with other two circuits, ZVT conventional and the Undeland snubber. Experimental results show the achievement of soft switching the switches and the converter presenting an efficiency of at least 1% over for the ZVT conventional and 2% to the undeland snubber, these values for all load range.

CAPES / Este trabalho apresenta um estudo voltado ao projeto e desenvolvimento de um emulador de painéis fotovoltaicos. O emulador é composto por uma fonte de alimentação de 4 kW capaz de fornecer tensões e correntes cujo comportamento se assemelha ao comportamento de um arranjo de painéis fotovoltaicos. A estrutura de potência da fonte de alimentação é constituída por um conversor CC-CC Full-Bridge trifásico. Este conversor, isolado em alta frequência, garante menor volume e segurança para um equipamento de laboratório. Estima-se que este trabalho possa ser aplicado no teste de inversores fotovoltaicos com métodos de MPPT com respostas dinâmicas de até 300Hz. A estratégia de controle se baseia na solução numérica do modelo matemático de uma célula fotovoltaica de onde se extrai uma referência de corrente que, a partir de adequações, é imposta à carga ligada ao emulador. Desta forma, é apresentada uma metodologia de projeto da fonte de alimentação proposta. Por fim, são apresentados os resultados práticos que comprovam a funcionalidade do emulador. / This work presents a study, design, and development of a 4 kW photovoltaic array emulator. The emulator is composed of a power supply capable of delivering voltages and currents whose behavior resembles the behavior of a photovoltaic array. The structure of this power supply consists of a three-phase full-bridge DC-DC converter. This high frequency isolated converter provides a smaller volume and ensures safety for laboratory equipment. This work can be applied to test photovoltaic inverters with MPPT methods and dynamic responses up to 300Hz. The control strategy is based on the numerical solution of the mathematical model of a photovoltaic cell from which is extracted a reference current to the control of the emulator. The methodology applied to design the proposed power supply is also presented. Finally, the design, simulation, and practical results of the emulator are shown to prove its operation.

CAPES / Este trabalho aborda a aplicação de uma célula de comutação suave para um conversor matricial. No início do trabalho são apresentadas as características do conversor, apontando suas vantagens e desvantagens. Na sequência, é realizado o estudo da técnica de comutação suave, conhecida como ZVT, que caracteriza-se por não apresentar elementos em série com o circuito matricial. Essa técnica permite que as comutações do conversor matricial ocorram em zero de tensão (ZVS). Para que isso seja possível é utilizado um circuito auxiliar de comutação (CAC). Este circuito tem por finalidade desviar parte do fluxo de potência, permitir a comutação entre as fases do conversor matricial e, na sequência devolver essa energia para a carga. Ainda, esse mesmo circuito realiza as suas comutações, também com condições nulas, isto é, em zero de corrente (ZCS). Todas as etapas necessárias durante as comutações são analisadas; através dos planos de fase, circuitos e das expressões que determinam o tempo de duração de cada etapa. Algumas modificações na atuação do circuito auxiliar são propostas, com a finalidade de reduzir a energia necessária envolvida no processo de comutação. Por fim, para validar o estudo realizado foi implementada uma plataforma de estudos. Nessa plataforma, optou-se pela implementação de um conversor matricial com entrada trifásica e saída monofásica e um circuito auxiliar de comutação. Os resultados obtidos mostram que o circuito auxiliar permitiu que ocorressem as comutações das chaves semicondutoras do circuito matricial em zero de tensão. As modificações propostas possibilitaram que as comutações ocorressem de forma segura, além de garantir a condição nula nos semicondutores, com a redução da quantidade de energia envolvida no processo de comutação. / This paper discusses the application of a switching cell to a soft switching converter matrix. At the beginning of the work are presented the characteristics of the converter, pointing out their advantages and disadvantages. In the sequence, is performed the study on the soft switching technique, known as ZVT, which is characterized by not present the elements in series with the circuit matrix. This technique allows the converter switching matrix occur at zero voltage (ZVS). In order to make this possible is used an auxiliary switching circuit (cac). This circuit has the purpose to divert part of the ow of power, enabling switching between the phases of the matrix converter and, following return this energy to the load. Also, this same circuit performs its switching also with null conditions, i.e. at zero current (ZCS). All steps required during the commutations are analyzed; through phase circuits plans and expressions that determine the duration of each stage. Some changes in the performance of the auxiliary circuit are proposed in order to reduce the energy required in the process of switching. Finally, to validate the study was implemented a platform for studies. On this platform, we chose to implement a converter matrix with three-phase input and single phase output and a switching auxiliary circuit. The results show that the auxiliary circuit allowed to occur semiconductor switches of the switching matrix circuit at zero voltage. The proposed modifications have enabled the commutations occur in safe form, besides ensuring null condition in the semiconductor by reducing the amount of energy involved in the switching process.

CAPES / Este trabalho apresenta um estudo comparativo de perdas em semicondutores empregados em diferentes técnicas de comutação suave aplicadas a inversores alimentados em tensão para aplicações industriais. As técnicas a serem avaliadas são as de transição sob corrente e tensão nulas simultaneamente, conhecida como ZCZVT (Zero-Current and Zero-Voltage Transition). Para que possa ser realizada uma comparação de forma justa, é proposta uma metodologia de projeto do circuito auxiliar para os inversores ZCZVT com circuito auxiliar ressonante e ZCZVT com circuito auxiliar não ressonante, de tal forma que todos os Transistores Bipolares de Porta Isolada (Insulated Gate Bipolar Transistors – IGBTs) assistidos por estes circuitos de auxílio à comutação tenham condições de comutação semelhantes, i.e., comutem sob taxas de variação de tensão e corrente semelhantes. Para tanto, esta metodologia baseia-se nas restrições dinâmicas apresentadas pelos IGBTs em condições de comutação sob corrente e tensão nulas. A partir desta metodologia, tendo sido asseguradas as condições ideais de comutação para todos os IGBTs da ponte monofásica, desenvolveu-se um estudo comparativo dos esforços, perdas e limitações de cada um dos circuitos auxiliares (ressonante e não ressonante). As simulações dos inversores com a tecnologia de transistores IGBTs disponíveis no mercado serviu de base para a montagem de protótipos. Os protótipos são implementados através de um circuito de teste onde a estratégia de chaveamento dos dispositivos semicondutores é elaborada por meio de dispositivos lógicos programáveis de FPGA. Após a aquisição de dados experimentais, os mesmos são comparados com as simulações realizadas a fim de se determinar os reais benefícios e limitações de um inversor em relação ao outro. / This work presents a comparative study of semiconductor losses applied to Voltage Source Inverter - VSI for industrial drives applications with different soft-switching techniques. The evaluated techniques are Zero Current Zero Voltage Transition Inverters, known as ZCZVT. In order to make a fair comparison of them, it is proposed a unified design methodology for the auxiliary circuit of both ZCZVT inverters, with on-resonant auxiliary circuit, in such a way that all the IGBTs transistors assisted by theses auxiliary circuits have similar switching conditions, i.e., similar dv/dt and di/dt during transitions between the switches on and off states. Therefore, this methodology is based on the main physical constrains showed by IGBTs operating under switching conditions. By means of this methodology, the ideal conditions of switching for all IGBTs of the single phase bridge have being assured. Additionally, it was developed a comparative study of the stresses, losses and limitations of each one of the auxiliary circuits (resonant and non-resonant). The simulations of the inverters with some important IGBT technologies available on the market served as the basis to assembly the laboratory prototypes. The prototypes are implemented by a circuit under test with the switching strategy is developed using Field Programmable Gate Array - FPGA. After the experimental data acquisition, the results are compared with the simulations carried out in order to determine actual benefits and limitations of each inverter.