Orientador: Fernando Pinhabel Marafão / Banca: Francisco de Assis dos Santos Neves / Banca: Jakson Paulo Bonaldo / Resumo: O emprego de switching power interfaces em problemas relacionados a qualidade de energia, tem se tornado uma alternativa interessante na busca de aproveitar ao máximo a contribuição de recursos energéticos distribuídos. Além da função majoritária, que é a injeção de potência ativa, serviços auxiliares são possíveis devido à flexibilidade de operação destes dispositivos, sendo capazes de prover suporte para potência reativa e muitas outras necessidades. Inversores multifuncionais, assim como também são chamados, podem especialmente ter papéis fundamentais na redução de distorção harmônica, que pode se tornar um ponto crítico em microrredes de baixa tensão com alta densidade de cargas não lineares dispersas. Entretanto, para usufruir dos benefícios da multifuncionalidade, é fundamental que se estabeleça uma operação coordenada desses inversores distribuídos. Portanto, este trabalho propõe uma topologia hierárquica de dois níveis focada na operação cooperativa de inversores, com o intuito de empregar atividades multifuncionais relacionadas à compensação harmônica em microrredes monofásicas de baixa tensão. A recente metodologia do chamado Current-Based Control é proposta, visando uma contribuição coordenada de inversores através de um esquema de compartilhamento de correntes, com a tentativa de melhorar a qualidade de energia em um ponto de acoplamento comum. O escopo desta dissertação foca desde o projeto de controladores de nível primário para inversores, passando por exemplos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The employment of switching power interfaces (SPIs) in power quality related issues is becoming a reasonable alternative to pursue maximum contribution of distributed energy resources in electrical grids. Beyond their major functionality, which is active power injection, additional ancillary services are possible due to the flexibility of their operations, being capable of providing interventions in reactive power support and many other important matters. Multifunctional inverters, as they are also called, could specially play a key role on harmonic mitigation, which may become a meaningful matter in low-voltage microgrids with high density of nonlinear loads spread out. Nevertheless, to take advantage of such multifunctional use it is fundamental to conquer a mutual and coordinated operation of many SPIs dispersed over the energy networks. Therefore, this work proposes an alternative two-level hierarchical topology focused on the cooperative operation of distributed SPIs, aiming their use on multifunctional activities related to harmonic mitigation in single-phase low-voltage microgrids. A novel secondary control approach, named Current-Based Control, is proposed aiming at achieving a coordinated contribution of inverters through a current sharing scheme, attempting power quality enhancement in a point of common coupling. The scope of this dissertation ranges from the design of primary level controllers for inverters, passing through simulation examples, up to the final expe... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T23:52:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:44:00Z : No. of bitstreams: 1 176593.pdf: 3385811 bytes, checksum: aec7cf7e8ff04b76862fa140b157af41 (MD5) / Este trabalho se concentrou na andlise, simulagdo e experimentagdo de um inversor em ponte completa para realizar o teste de burn-in de reatores eletr6nicos utilizando-se o concerto de reciclagem de potência. A estrutura proposta substitui o banco de resistores, que tradicionalmente é utilizado pelos fabricantes neste tipo de teste, drenando a corrente de carga exigida, mas apresentando a vantagem de que a maior parte da energia devolvida para a rede. A corrente devolvida para a rede apresenta baixa taxa de distorção harmonica e alto fator de potência. Dessa forma, o teste pode ser realizado com um consumo bem menor de energia elétrica. Finalmente concluiu-se que a reciclagem de potência aplicada ao teste de burn-in de reatores eletrônicos mostrou-se bastante atraente tanto sob o aspecto econômico como também ecológico, seguindo a tendência atual da busca de otimização no uso dos recursos energéticos disponiveis.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:27:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:44:14Z : No. of bitstreams: 1 176599.pdf: 3725737 bytes, checksum: 5beaf74bdd944c14e49b8c38bba815a2 (MD5) / Este trabalho apresenta uma síntese de algumas estruturas conversoras de energia monofásica em trifásica. Inicialmente, faz-se uma divisão de estruturas capazes de regenerar energia e com fator de potencia elevado com estruturas que ndo tem a possibilidade de regenera@,qo de energia e conformaqdo da corrente de entrada senoidal e em fase com a tensdo de entrada. Sdo mencionadas as principals caracteristicas positives e negatives de cada topologia. A seguir, apresenta-se a andlise te6rica de uma estrutura capaz de realizar a conversdo de uma rede de alimentagdo monofdsica em trifdsica, sendo esta estrutura dividida em sua parte retificadora e a sua parte inversora. Demonstra-se os principios de operaqdo, o equacionamento dos esforgos de tensdo e corrente bem como o seu procedimento de projeto. Ao final, tem-se os resultados de simulaqdo e experimentais para um converser monofdsico - trifdsico de 2 kVA, comutando a uma freqii8ncia de 20 kHz.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:59:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T18:45:10Z : No. of bitstreams: 1 182239.pdf: 4426878 bytes, checksum: 85f08d8cd86db634a6d92cbdfba27250 (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo do inversor Três Níveis, também conhecido como inversor com ponto neutro grampeado, da sigla inglesa N.P.C. Inicialmente, são explicados os princípios de funcionamento do inversor, através da utilização da estratégia de modulação por largura de pulso único. A seguir, são apresentadas e comparadas qualitativamente as demais técnicas de modulação existentes na literatura, para aplicação ao inversor Três Níveis. É apresentada a análise teórica, primeiramente demonstrando o equacionamento dos esforços de corrente nos interruptores do inversor, desconsiderando as comutações. Em seguida, a aplicação da técnica passiva de comutação suave, conhecida como Snubber de Undeland (modificado), é explorada detalhadamente. Ao final, tem-se os resultados da experimentação de um inversor de 10 kVA, comutando a uma freqüência de 20 kHz. Diante dos resultados apresentados, são mencionados os efeitos causados pelos componentes parasitas existentes em um circuito real. São, também, comentados os aspectos positivos e negativos da utilização do snubber ao inversor.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T03:21:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T22:58:21Z : No. of bitstreams: 1 150532.pdf: 4456797 bytes, checksum: ef087a96b2f1c734b21e325f2a7291c6 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T12:05:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T16:36:48Z : No. of bitstreams: 1 174624.pdf: 26263078 bytes, checksum: 096e061c12901f40a29d0f20f5bf3a4a (MD5) / Trata-se de um sistema de iluminação para duas lâmpadas fluorescentes de 40W. É composto por um estágio de correção de fator de potência, inversor meia-ponte ressonante para o acionamento das lâmpadas, circuito para a detecção de presença e sensor para o controle de luminosidade. Inicialmente, apresenta-se um estudo comparativo envolvendo os principais sensores de luminosidade disponíveis comercialmente. São também apresentados os métodos mais empregados na detecção de presença. A seguir é apresentada a análise do pré-regulador boost operando no modo de condução crítica, para tensão de alimentação desde 90 até 260V. Esta análise compreende equacionamento, exemplo de projeto e simulação. Na seqüência, apresenta-se a análise do inversor meia-ponte ressonante seguido de exemplo de projeto e simulação. Para o comando, controle e proteção do inversor ressonante é empregado um microcontrolador, o qual também tem seu funcionamento analisado. Na seqüência, é apresentado um estudo sobre fontes auxiliares para a estrutura proposta, contendo as principais alternativas encontradas na bibliografia, com suas vantagens e desvantagens. E, para finalizar, são mostrados os resultados experimentais contendo as principais formas de onda que caracterizam o funcionamento da estrutura. Com isto valida-se a metodologia empregada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T14:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262301.pdf: 17239607 bytes, checksum: 89496fd4dcfed05c6863b0100b51306b (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo e implementação do inversor multinível com diodos de grampeamento (DCML), comparando a estrutura tradicional à conexão piramidal, empregando fibra óptica entre o comando e o estágio de potência. Inicialmente são apresentadas as topologias básicas dos inversores multiníveis e suas vantagens em relação à topologia tradicional, quando aplicados no acionamento de máquinas elétricas de média tensão. Em seguida é feita uma análise mais detalhada do inversor multinível DCML de cinco níveis, onde são apresentados os princípios de funcionamento, técnicas de modulação, problemas de sobretensões, etc. É evidenciado o inconveniente desequilíbrio de tensão nos diodos de grampeamento do inversor DCML tradicional, sendo analisada solução para este problema através de modificação na conexão dos diodos da estrutura. É abordado o uso de fibra óptica nos inversores multiníveis, sendo apresentada metodologia de projeto para esta tecnologia. Por fim, é proposta uma metodologia de projeto para o inversor 5L-DC, com cálculo dos esforços de corrente nos interruptores e dimensionamento dos capacitores do barramento CC. Um protótipo monofásico de 8 kVA foi construído para validar experimentalmente as análises teóricas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T03:33:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 298390.pdf: 10373042 bytes, checksum: 8f4333c73671d8af9ef6af3a043c1398 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade.O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de novas estruturas de conversores multiníveis para inversores de tensão trifásico multiníveis. Estes inversores são híbridos, empregando duas topologias diferentes conectadas em cascata para sintetizar uma tensão de saída com maior quantidade de níveis de tensão e baixa distorção harmônica. A associação proposta é baseada na conexão série de um inversor de tensão trifásico com pares de células monofásicas de conversores meia-ponte. Os conversores meia-ponte são conectados aos pares no intuito de se obter uma tensão sem nível contínuo na saída. Obtêm-se assim conversores modulares e com capacidade de expansão. As etapas de operação, as equações que definem as correntes médias e eficazes nos semicondutores e uma análise teórica da tensão de saída são apresentadas em detalhe. Também é proposta uma estratégia de modulação com a comutação em baixa frequência do inversor trifásico. Esta estratégia permite a alteração da lógica de comutação dos interruptores de forma a manter o fluxo unidirecional de energia nos retificadores de entrada, possibilitando a redução de custos associados a estes. É realizado um estudo detalhado das perdas de condução e comutação nos interruptores, o dimensionamento dos capacitores de barramento e uma comparação do conversor proposto com conversores existentes na literatura. Apresenta-se ainda uma proposta de retificador multipulsos de entrada para realizar a conversão ca-cc, necessária à alimentação com fontes isoladas e garantir correntes drenadas de alta qualidade. / This work presents the proposal, analysis, development and implementation of novel three-phase voltage source multilevel inverter structures. The structures form hybrid inverters employing two different cascaded connected topologies used to synthesize a multilevel output voltage with low harmonic distortion. Specifically, the proposed converter is based on a series connection of a three-phase voltage source inverter with pairs of single-phase halfbridge converters. Thus, a modular converter structure is achieved and the topologies become easily expandable to a high number of levels. The half-bridge converters are connected in pairs to eliminate the dc level at the output voltage. The operation stages, the equations that describes the average and the RMS current values at the semiconductors and a theoretical analysis of the output voltage are presented in detail. An appropriated modulation strategy is also proposed in this work. The proposed modulation switches the three-phase voltage source inverter at the fundamental frequency, while the half-bridge converters are driven at high switching frequency. The modulation scheme features changes in the switching signals to achieve a unidirectional power flow in the input rectifiers. Detailed studies are done regarding conduction and switching losses, design of the retictifier#s dc-link capacitors and a comparison between the proposed converter and converters presented in the literature. A multipulse rectifier is also presented to feed the proposed inverter with low harmonics in the input current.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-23T18:32:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269349.pdf: 2780279 bytes, checksum: 34f48af060e42a598ac57a621f159d93 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é o estudo, projeto e implementação de um conversor CC/CA para a conexão de um gerador eólico à rede elétrica. Faz-se isso utilizando-se um inversor monofásico, com modulação PWM a três níveis, ligado à rede através de um transformador de baixa freqüência. São controladas três variáveis distintas no conversor: a corrente de saída, que deve ser senoidal e com baixa distorção harmônica, a tensão do barramento CC de entrada, que se deve manter regulada e com a ondulação projetada, e a componente média de corrente no primário do transformador, para se evitar que esse último sature. Inicialmente faz-se uma breve introdução sobre o uso da energia eólica, logo em seguida, estuda-se o estágio de potência, malhas de controle e compensadores utilizados e, por fim, implementa-se um protótipo para que seja feita a comprovação experimental de toda a teoria desenvolvida. / The aims of this work are the study, design and implementation of a dc/ac converter for the connection of a wind power generator to the electric grid. It makes use of a single-phase inverter, with three-level PWM modulation, connected to the grid through a low frequency transformer. Three distinct variables are controlled in the converter: the output current, that must be sinusoidal and present low harmonic distortion, the DC link voltage, that must be regulated and within the designed ripple, and the average current component in the primary winding of the transformer, what prevents it from saturating. Initially, a brief introduction on the use of the wind power is performed. Afterwards, studies of the power structure, control models and employed compensators. Finally, a prototype is assembled and tested to validate through experimental results all developed theoretical analysis and design.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:06:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271471.pdf: 6973816 bytes, checksum: bbcdbfdd1de193854c658de3899ba8a6 (MD5) / Este trabalho tem por objetivo estudar uma proposta para conexao de inversores tres niveis com modulacao PWM senoidal para geraçao de uma estrutura multinivel a partir do acoplamento magnetico entre os mesmos. Primeiramente uma breve descriçao dos inversores mais consolidados na literatura e realizada. Posteriormente, uma analise matematica sobre a modulaçao SPWM aplicada em inversores monofasicos em ponte completa e mostrada. A partir disso, inicia-se o estudo sobre o inversor inversores de tensao monofasicos em ponte completa via transformador de tres enrolamentos. Sao examinadas as formas de onda da tensao de saida, espectro harmonico, problemas relacionados a essa conexao bem como equacionamento matematico para dimensionamento dos componentes constituintes da estrutura de potencia. O capitulo seguinte trata das estrategias de controle necessaria para implementaçao da estrutura. O controle do uxo de potencia processada entre os inversores e a eliminaçao da componente de corrente media sao explanadas. Seguidamente, trate-se do topico referente ao projeto fsico do inversor a partir das equaçoes obtidas durante todo processo de estudo. Porem, os resultados de simulaçao e os resultados experimentais obtidos em laboratorio sao comparados para comprovaçao da analise realizada ao longo do trabalho. / This work proposes a connection of three level inverters, which present sinusoidal PWM modulation, in order to create a multilevel structure from a magnetic coupling between them. Firstly, a brief description about the consolidate multilevel inverters is performed. After that, a mathematical analysis about SPWM modulation applied to a single phase inverter, in full bridge structure, is explained. In face of that, a study about multilevel inverters which are originated from a three winding transformer connection using two full bridge single phase voltage inverters is presented. Output voltage waveforms, harmonic spectrum, problems related to the connection, as well as mathematical derivation to determine the power components values are developed. In the following, the control strategy which is necessary for implementation is discussed. The control of the processed power that ows between inverters and the average current component elimination are described. In the sequence, shows the inverter design is shown as the result of the previous study. Finally, simulation and experimental results, which are obtained in the laboratory, are compared in order to prove the analysis performed during the work.