É cada vez maior a preocupação com a qualidade da energia elétrica tanto do ponto de vista do consumidor quanto da concessionária. Um dos grandes problemas encontrados é o desequilíbrio de correntes trifásicas devido à utilização de cargas monofásicas, bifásicas ou trifásicas desequilibradas em sistemas trifásicos de potência. Para eliminar esse desequilíbrio é necessária a identificação da parcela de corrente de seqüência negativa presente no sistema e sua eliminação. A injeção das correntes de compensação via conversores estáticos operando em PWM (Pulse Width Modulation) é uma das soluções aplicadas. Esta solução exige o cálculo em tempo real da componente instantânea de seqüência negativa, que será utilizada para a obtenção da referência de corrente do conversor. Neste trabalho, alguns dos métodos mais conhecidos para a determinação das correntes de referências são agrupados segundo suas características comuns e suas notações são uniformizadas. Estes métodos são simulados e comparados segundo suas características a partir de resultados obtidos via simulação numérica utilizando o software MATLAB (Simulink-Power System Blockset). Um novo método é proposto para a extração em tempo real da componente da corrente de seqüência negativa, apresentando um bom desempenho em comparação com os outros métodos. O desempenho de um compensador completo é verificado via simulação numérica, utilizando-se um conversor do tipo fonte de tensão operando em PWM, incluindo as malhas de controle de corrente do lado CA e da tensão no barramento CC. As metodologias do projeto do conversor (indutor CA e capacitor CC) e das malhas de controle (rastreamento da corrente CA e regulação da tensão CC) são apresentadas. / The concern with the power quality is great, not only from the consumer\'s point of view but also from the utilities point of view. One of the most common problems is the unbalanced three-phase currents due to the use of single-phase loads, two-phase loads or unbalanced three-phase loads in three-phase power systems. In order to eliminate this unbalance it is necessary to identify the negative sequence components of the load current and to eliminate it. The injection of the compensating currents by means of static converters using PWM (Pulse Width Modulation) is one possible solution. This solution needs an algorithm for the real time extraction of the negative sequence component that will be used for generating the reference current for the converter. In this work, well-known methods for determination of the reference currents are organized and explained according to their common characteristics. All the methods have their simbology unified and their performance are compared based on simulation results. A new method, faster than the existing ones, is proposed. It is fully simulated using a voltage source converter operating with PWM. Design methodologies are proposed for the converter (AC inductor, DC capacitor) and for the control loops (AC current tracking and DC voltages regulation).

This dissertation looks closely at deployment of thin-film integrated inductors within power electronics, including details on the state-of-the-art technology for such inductors and related packaging techniques. Design challenges for systems using these inductors are discussed in detail, including the current outlook on magnetics development and the impact of these non-linearities on system design. In particular, this work looks closely at effects often left behind in modern discrete-component-based power module design, such as soft core saturation and significant high-frequency losses. In conjunction with the magnetics, a well-known non-linear controller for buck converters is analyzed in-depth for the first time, using frameworks from variable structure and sliding-mode control. This allows for development of a more profound rationale for the heuristic design guidelines that have been heretofore provided for this class of controllers. To verify the theoretical development, a testbench integrated CMOS front-end for a switched-inductor step-down, or buck converter is used to investigate departures of system behavior from the general wisdom around buck converter performance. Two packaging methodologies are explored for integration, and their impact on the design cycle and module lifetimes are discussed in some detail.

It has become a case of great desire and, in some instances, a requirement to have systems in engineering be energy efficient, in addition to being effectively powerful. It is rare that there is a single technique that has the range to make this possible in a wide collection of areas in the field. The work done in this thesis exhibits how Pulse Width Modulation (PWM) bridges LEDs, plug in vehicles, fuel cells and batteries, all seemingly different sub categories of electrical engineering. It stems from an undergraduate directed independent study supervised by Dr. Zilouchian that encircled LEDs and electric vehicles and how they contribute to a smart electric grid. This thesis covers the design and development of a prototype board that test how PWM saves energy, prolongs lifespan and provides a host of customizable features in manufactured LED lights that are used in the marine industry. Additionally, the concept of charging batteries that provide power to electric vehicles was explored. It is stressed that consumers who are interested in electric vehicles are concerned about refueling and recharge times. It is natural that a competing product, such as the electric vehicle in a world dominated by internal combustion engines, will perform on par if not better than existing choices. Tests are conducted to investigate the methods of fast battery charging and the challenges this technique creates. Attention is also given to the development of a pulsed Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cell, specifically to prove whether pulse modulation is more efficient in a hydrogen producing fuel cell as opposed to direct-driven voltage and current alternatives. / by Wayne W. Watt. / Thesis (M.S.C.S.)--Florida Atlantic University, 2011. / Includes bibliography. / Electronic reproduction. Boca Raton, Fla., 200?. Mode of access: World Wide Web.

L'évolution des composants d'électronique de puissance se heurte aujourd'hui aux limites physiques du silicium. L'utilisation des semi-conducteurs à large bande interdite permettraient de dépasser ces limites. Parmi ces nouveaux matériaux, le diamant possède les propriétés les plus intéressantes pour l'électronique de puissance : champ de rupture et conductivité thermique les plus élevés parmi les solides, grandes mobilités des porteurs électriques, possibilité de fonctionnement à haute température. Les substrats de diamant synthétisés actuellement par des méthodes de dépôt en phase vapeur ont des caractéristiques cristallographiques compatibles avec l'exploitation de ces propriétés en électronique de puissance. L'utilisation technologique du diamant reste toutefois difficile ; ses propriétés de dureté et d'inertie chimique rendent son utilisation délicate. L'objet de ces travaux est dans un premier temps d'évaluer les bénéfices que pourrait apporter le diamant en électronique de puissance. Ensuite, différentes étapes technologiques nécessaires à la fabrication de composants sur diamant sont étudiées : dépôts de contacts électriques, dopage et gravure ionique. Enfin, une étude sur la fabrication de diodes Schottky est présentée. Les résultats obtenus permettent d'établir les perspectives à ces travaux et les challenges scientifiques et technologiques qu'il reste à relever. / The evolution of power electronic devices is getting more and more limited by the silicon intrinsic properties. This limitation could be overcome by using wide bandgap semiconductors. Among these materials, diamond properties are the more fitted for power electronics: the highest critical electric field and thermal conductivity amongst the solids, high carriers mobility, high temperature operation possibility. At this time, diamond samples grown by chemical vapour deposition methods exhibit crystallographic properties that are suitable for a use in power electronics. Though, the realization of diamond power devices remains difficult due to its hardness and chemical inertness, among others. First, this work aims at determining the profit that could represent diamond for power electronics. Second, different technologic steps that are necessary to the realisation of electronic devices are studied: ohmic contacts deposition, doping and ion etching. Finally, the first devices we realised, Schottky diodes, are presented. Their characterisation allows establishing new objectives for the future developments of our studies.

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.

Este trabalho visa o estudo das regiões de operação de conversores CC/CC isolados bidirecionais do tipo DAB (Dual Active Bridge). É feito um estudo do comportamento do circuito com a variação dos valores das reatâncias de acoplamento, avaliando-se aspectos como eficiência, fator de potência, reativos, entre outros. A seguir é proposta uma estrutura de controle que permite a operação com tensões nos barramentos DC diferentes das nominais, minimizando as correntes absorvidas. Além disso, propõe-se uma estratégia de controle para regular a potência transferida. O trabalho inclui modelagem teórica, implementação em simulação computacional e medidas em protótipo experimental. / This work investigates operation regions of Dual Active Bridge DC-DC isolated bidirectional converters, studying circuit behavior with the variation of the coupling reactance, evaluating parameters like efficiency, power factor, reactive flow etc. A control structure is proposed which allows operating with DC voltages different from nominal voltages, reducing the AC currents. Furthermore, a control strategy to regulate the power transferred is proposed. Methodology includes theoretical modeling, computer simulation and experimental prototype measurements.

Este trabalho tem como objetivo reunir, registrar, estudar e comparar as estratégias de controle utilizadas em inversores para fontes ininterruptas de energia, efetuado através de levantamento bibliográfico, englobando estratégias antigas (implementadas muitas vezes na forma analógica) e recentes (com implementação digital). É realizada comparação dos desempenhos, determinados analiticamente por modelamento e/ou por simulação computacional, entre algumas estratégias de controle. É apresentado um método para a implementação digital de um inversor monofásico para fontes ininterruptas de energia com transformador na saída. O método utilizado consiste de: Análise e modelagem dos controladores e planta, adotando-se critérios para o ajuste dos respectivos parâmetros; Simulação no modo de tempo contínuo; Roteiro da discretização para possibilitar implementação digital; Simulação em tempo discreto; Implementação em protótipo experimental. O controle é realizado com uma estratégia de múltiplas malhas, usando três malhas: uma malha interna de corrente usando controlador proporcional com compensação feedforward da perturbação da tensão de saída no controle da corrente e uma malha externa de tensão com um controlador proporcional + ressonante. Uma terceira malha de controle externa a malha de tensão é adicionada para prevenir a saturação do núcleo do transformador. O inversor é implementado através de um arranjo físico de baixa potência, possibilitando comparação dos resultados de simulação e experimentais. / This dissertation intends to collect, register, study and compare control strategies used in inverters for uninterrupted power supplies. Older control strategies, which use analogical control, as well as contemporary ones, which use digital control, were studied. A performance comparison between some strategies is made using analytical modeling and computational simulation. It is proposed a method for implementation of digital controller for a one-phase inverter with output transformer for uninterruptible power supplies applications. The method consists on: Analysis and modeling of plant and controllers, adopting criteria for parameters adjust; Continuous time computational simulation; Discretization guide for digital implementation; Discrete time computational simulation; Experimental prototype implementation. Control uses a multiloop approach, with three control loops: An internal current loop with proportional controller and feed-forward output voltage disturbance compensation, an external voltage loop using a proportional + resonant controller, and a third external loop to prevent the saturation of the output transformer. A low power experimental setup of the inverter is implemented, allowing comparison of simulated and experimental results.

O trabalho desenvolve o estudo de retificadores PWM para aplicações em processos galvânicos. A utilização de técnicas PWM é objeto de estudo, visando à obtenção de alto fator de potência, baixo conteúdo harmônico e baixo ripple de corrente que atendam tanto às necessidades de qualidade de energia, quanto à demanda das aplicações de carga. O trabalho contempla a criação de um protótipo que preencha os requisitos de aplicações industriais voltadas ao tratamento de superfícies, tais como: eletrodeposição, eletro-polimento, entre outros e a melhora na qualidade de energia. As simulações em ambiente computacional com MATLAB® e o software PSIM®, forneceram a base para o desenvolvimento do protótipo e comprovar o estudo. Na prática, pequenas chapas de latão foram banhadas com o protótipo nos modos de controle de ângulo de fase, controle PWM regular e PWM senoidal e obtidas fotos microscópicas para a análise da camada do banho depositada, onde foi comprovado o rendimento protótipo em relação a Qualidade da Energia Elétrica. / The current work aims to study PWM rectifiers for applications in galvanics processes. The use of PWM techniques is the object of study in order to obtain high power factor, low harmonic content and low ripple current that meet both the needs of power quality, the demand of load applications. The study aims to create a prototype which meets the requirements of industrial applications focuses on the treatment of surfaces, such as electroplating, electro-polishing, among others, and the improvement of energy quality. The simulations in computing environment with MATLAB and software PSIM®, provided the basis for the development of prototype and verify the study. In practice, small plates of brass were bathed with the prototype in modes of phase angle control, regular PWM control and sinusoidal PWM and obtained microscopic images for the analysis of the deposited bath layer, where it was proven the prototype income in relation to Quality Electric Power.

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.

A system to improve efficiency performance of a DC-DC converter is simulated and built. The proposed system combines multiple DC-DC converters in parallel and implements a digital control scheme and load-share controller. A model of the system is developed in MATLAB Simulink and the model demonstrates the improved converter’s efficiency particularly at low load conditions. This simulation is then designed into a hardware system running three DC-DC converters in parallel, controlled by a microcontroller and a load-share controller. The hardware also confirms the simulation results, although some hardware refinements are evident as simulation results are superior. The system is designed to be scalable in the number of converters and the total output power, as well as being DC-DC converter topology-independent. Simulation results show the system maintaining better than 88 % efficiency over almost 90 % of the load range of the system. This system could be implemented where dynamic loads typically occur, such as in electric vehicle charging.