Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T00:47:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T21:37:16Z : No. of bitstreams: 1 137797.pdf: 46629526 bytes, checksum: f7291f70b1eb9736eaf5eb52c5e8468d (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:13:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 271861.pdf: 9387047 bytes, checksum: f5c517d5c31c05b43d78d5da9c63aed5 (MD5) / Descreve-se uma nova topologia de conversor CA-CC trifásico isolado em alta-frequência por único estágio de potência. O novo conversor é constituído de um retificador Buck unidirecional trifásico associado a um transformador forward/flyback com desmagnetização na carga. Para a exploração da nova topologia foram realizados estudos sobre retificadores Buck, algumas técnicas populares de modulação SPWM escalar, uma técnica clássica de filtragem das harmônicas das correntes de entrada e uma técnica de modelagem por espaço-de-estados e controle contínuo do retificador Buck em sistema de coordenadas dq obtidas por transformação de Clarke/Park. Para a obtenção da isolação em alta-frequência sem conversores adicionais foram estudados os princípios de operação do conversor forward/flyback em modo de condução descontínuo para posterior integração do transformador ao retificador trifásico. Os conhecimentos obtidos foram concentrados no retificador Buck trifásico isolado em altafrequência onde foram exploradas a modulação da ponte retificadora, os estados de operação associados ao transformador e a desmagnetização na carga. Ainda, foram obtidos os modelos em espaço-de-estados em coordenadas dq para o retificador Buck com transformador e projetados compensadores PI contínuos para o controle pela tensão na carga. Para a comprovação do conceito da topologia proposta foi projetado e implementado um protótipo de 2;5 kW para conexão em rede trifásica sem neutro de 220 V e tensão de 48 V para a carga regulada por circuito controlador digital baseado na arquitetura de baixo custo dsPIC. / This work presents a new topology for an AC-DC three-phase converter with single-stage high-frequency isolation. The new converter is composed of an unidirectional three-phase Buck rectifier and a forward/flyback transformer with demagnetization through the load. The study of Buck rectifiers principles has been performed as a basis to develop the new topology. The scalar SPWM modulation techniques, the classic design of filters to input currents and a state-space modeling technique at dq components to design the feedback control for a Buck rectifier have been studied. The forward/flyback converter operating at discontinuous conduction mode has been studied to allow a high-frequency isolation to the Buck rectifier without the cascade of extra switched converters. The three-phase Buck rectifier with high-frequency isolation has been analyzed regarding pulse width modulation, operational states and requirements for demagnetization through the load. Moreover, the state-space models at dq components have been derived and standard PI regulators have been designed to control the proposed rectifier. The validation of the proposed topology has been performed on an experimental prototype with the following specification 220 V three-wires mains source and 2:5 kW at 48 V output regulated by a digital control based on dsPIC low cost architecture.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:24:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 227985.pdf: 6391551 bytes, checksum: 50e87d1487ed584f9e0e831a2c46647a (MD5) / Este trabalho apresenta a aplicação da modulação vetorial a retificadores trifásicos PWM unidirecionais de dois níveis. Os conceitos da modulação vetorial e controle vetorial são introduzidos, tomando como exemplo a aplicação destas técnicas de controle e modulação ao retificador trifásico PWM bidirecional. Estratégias de modulação vetorial são propostas para os retificadores unidirecionais conectados em Y, ? e em ponte. Verifica-se a validade da extensão das técnicas de modulação propostas à outros retificadores e define-se uma metodologia generalizada para aplicação da modulação vetorial aos retificadores unidirecionais de dois níveis. São analisadas as estruturas de controle vetorial e a adaptação da modelagem proposta a cada tipo de retificador. Os projetos das estruturas de potência e de controle digital com DSP são realizados e os resultados da aplicação da modulação vetorial aos retificadores trifásicos são verificados através de simulação digital e da experimentação de um protótipo de 20kW. Os retificadores implementados apresentam alto rendimento, baixa taxa de distorção harmônica para as correntes de entrada e elevado fator de potência.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:39:52Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:24:40Z : No. of bitstreams: 1 261750.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Este trabalho apresenta o estudo dos retificadores de tensão trifásicos isolados em baixa freqüência, com fator de potência unitário e regulação das tensões de saída, baseados nos transformadores trifásicos/bifásicos. Trata-se de conversores que transferem energia de uma fonte CA trifásica para uma fonte CC, fazendo circular na fonte CA uma corrente senoidal de alta qualidade. A separação de circuitos proporcionada pelos transformadores trifásicos/bifásicos, como a conexão Scott e a conexão Le-Blanc, permite o uso de retificadores monofásicos elevadores (boost) e abaixadores (buck) para obter uma retificação trifásica a três fios. Abordam-se, inicialmente, a conexão série do retificador elevador e, posteriormente, as estruturas abaixadoras série, paralelo e série-paralelo. Todas as estruturas são analisadas matematicamente e avaliadas em simuladores numéricos computacionais. São propostas estratégias de controle em malha fechada e metodologias de projetos para cada estrutura estudada. Complementarmente às simulações, são implementados três protótipos para corroborar os resultados das análises teóricas. Os resultados experimentais validam os resultados teóricos obtidos.

OLIVEIRA, E. F. de. Retificador trifásico PWM de alta eficiência com função bypass e características elevadora e abaixadora de tensão para carregamento de baterias de veículos elétricos. 2013. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2013-08-08T14:00:31Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_efoliveira.pdf: 2345099 bytes, checksum: 349db55930128c7ee4db98b071ede97e (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2013-08-08T14:00:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_efoliveira.pdf: 2345099 bytes, checksum: 349db55930128c7ee4db98b071ede97e (MD5) / Made available in DSpace on 2013-08-08T14:00:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_efoliveira.pdf: 2345099 bytes, checksum: 349db55930128c7ee4db98b071ede97e (MD5) Previous issue date: 2013-05-28 / When operating with large differences between input and output voltage levels, it is normally possible to identify a significant reduction on the performance of practically all topologies in regard of conversion efficiency. Reason for this is the increasing amount of processed energy that needs to be firstly stored in a passive element (inductor) before reaching the load. It is therefore possible to say that the higher the amount of such “indirect” energy is; the lower will be the converter efficiency. Such situation is especially critical when considering the operation of inverters or controlled rectifiers with power factor correction (PFC) because the converter sweeps practically all the possible values of duty cycle. In the case the difference between peak AC value and DC value is large; the modulation index will strongly deviate from 1. Consequently, even higher amount of losses are expected. In order to deal with the above referred drawbacks, it is proposed a 5-level three-phase PFC rectifier with an innovative approach, named bypass concept. This function allows the converter to switch between one of the available DC-links that best matches the required output levels depending on the operating point of the sinus wave, thus maximizing the efficiency. Furthermore, the referred bypass function enables direct access to the required lower voltage level by the load, reducing significantly the amount of losses. The 5-level operation allows the voltage steps to be lower than those found in three and two-level topologies, from where lower harmonic contents, reduction of common mode current and EMI are observed. Finally, the output DC-DC converters are designed for only a fraction of the nominal power, having a rather reduced impact on additional losses and also on the converter size. In addition, possible power electronics configurations for charging of EVs are presented. Suitable three-phase PFC rectifier topologies with sinusoidal input currents and controlled output voltage are analyzed and proposed, and their functionality and basic characteristics briefly described. Analytical formulas for calculating the current stresses on the power semiconductors are provided, and in order to evaluate comparatively the performance of selected topologies, dimensionless benchmark factors are derived concerning the semiconductor stresses and the volume of the main inductive components. The characteristics of the proposed system, including the principle of operation, modulation strategy, dimensioning equations and calculated losses and efficiency, are described in detail. Finally, the feasibility of the bypass concept is demonstrated by means of experimental results obtained from a 22 kW hardware prototype. / Quando um conversor opera com uma larga diferença entre os níveis de tensão de entrada e de saída, normalmente é possível identificar uma redução significante no seu desempenho. A razão disto é o aumento da quantidade de energia processada, que primeiramente precisa ser armazenada em um elemento passivo (indutor), antes de ser entregue à carga. É possível dizer que quão maior for a quantidade dessa energia “indireta”, menor será a eficiência do sistema. Tal situação é especialmente crítica para inversores e retificadores com correção de fator de potência (PFC), visto que a razão cíclica dos interruptores abrange praticamente todos os possíveis valores. Em casos em que a diferença entre o valor de pico da tensão CA e o valor médio da tensão CC é grande, o índice de modulação é desviado consideravelmente de 1 e, consequentemente, maiores perdas são esperadas. Para lidar com tal situação, é proposto um retificador com característica abaixadora e elevadora utilizando uma função chamada de bypass. Esta função permite que o retificador escolha entre os dois barramentos o que melhor se adapta ao nível de saída desejado em função do ponto de operação da tensão senoidal de entrada, maximizando a eficiência. Algumas das vantagens esperadas com a utilização da função bypass são: redução das perdas totais por meio da operação parcial com estágio único; maior número de níveis de tensão, reduzindo a corrente de modo comum e o volume do filtro de entrada, além de resultar em menores esforços de tensão sobre os semicondutores; e, finalmente, redução de perdas adicionais e no tamanho do sistema, visto que o conversor Buck de saída é projetado para apenas uma fração da potência total. Em adição, são apresentadas possíveis configurações de conversores de potência para o carregamento de baterias de veículos elétricos. Topologias de retificadores trifásicos com PFC com corrente de entrada senoidal e tensão de saída controlada são analisadas e propostas, e suas funcionalidades e características básicas descritas brevemente. Fórmulas analíticas para o cálculo dos esforços de tensão e corrente sobre os semicondutores de potência são fornecidas. A fim de avaliar comparativamente o desempenho das topologias selecionadas, fatores adimensionais de referência são definidos com base nos esforços elétricos sobre os semicondutores e no volume dos indutores. As características do sistema proposto, incluindo princípio de operação, estratégia de modulação, equações de dimensionamento e cálculos de perdas e eficiência, são descritas em detalhes. Finalmente, a viabilidade do conceito de bypass é demonstrada por meio de resultados experimentais obtidos a partir de um protótipo de 22 kW.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-09-15T04:07:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334240.pdf: 21187793 bytes, checksum: 5eed8d694e0cd83ca67ef80b1723acda (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese de doutorado tem por objetivo a proposta de uma nova família de conversores ca-cc três níveis unidirecionais híbridos a capacitor chaveado. São propostos conversores monofásicos e trifásicos. As características principais dos conversores são o fornecimento de alto fator de potência e elevado ganho de tensão sem o uso de transformadores. Para isso, unem dois conceitos distintos dentro da eletrônica de potência moderna que são: o controle de corrente por armazenamento indutivo e a elevação de tensão por comutação capacitiva. Os conversores apresentam baixos esforços de tensão, reduzido número de semicondutores comandados e baixa distorção harmônica na corrente de entrada. É proposta uma especificação de projeto com potência de saída de 2500 W para os conversores monofásicos e de 7500 W para os retificadores trifásicos, alimentados com tensão de entrada ca de 220 V e tensão de saída cc de 1600 V. O estudo é conduzido de forma a propiciar o entendimento, projeto e dimensionamento dos elementos do sistema. São apresentados estudos teóricos, simulações, além de resultados experimentais.<br> / Abstract : This thesis aims studies of a new family of ac-dc three-level hybrid switched-capacitor converters. Are proposed both single-phase as well as three-phase converters. The main features of the proposed converters are high power factor correction and high voltage gain operation without isolation transformers. These converters merge two different concepts in modern power electronics, that are: current control by inductive storing energy and increased of the output voltage by capacitive commutation. The converters have low voltage stress, reduced number of switches and low harmonic distortion in the input current. Experimental and simulation results for a 2500 W, single-phase converters, and 7500 W, three-phase converters, laboratory prototype are shown. Both converters work with input voltage of 220 Vac and output voltage of 1600 Vdc. This Thesis is focused to theoretical understanding and design of all elements of the system.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T11:31:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 310449.pdf: 21721330 bytes, checksum: c168d93cdf83455b450594dd9b356bfd (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova topologia de retificador trifásico de estágio único com característica Buck-Boost. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica envolvendo as publicações mais relevantes na área de estudo. Na sequencia são apresentadas a motivação para o trabalho e as contribuições da Tese. A topologia proposta é apresentada sendo descritas a sua origem e seus modos de operação de interesse. São analisados então os modos de condução descontínua (MCD) e contínua (MCC). No MCC são analisados os modos de operação Buck, Buck+Boost e Boost. As etapas do estudo de cada modo de operação compreendem a descrição das etapas de operação, análise teórica estudos por simulação numérica, definição das equações de projeto e resultados experimentais. / This work presents a new topology of three-phase rectifier with singlestage and Buck-Boost characteristic. Initially a literature review is presented which brings the most important publications in the study area. Following it is presented the motivation for the work and the contributions of this thesis. The proposed topology is then presented, with descriptions of their origin and their operation modes of interest. Are then analyzed the discontinuous (DCM) and continuous (CCM) conduction modes. At MCC, we analyze the operation modes Buck, Boost and Buck + Boost. The study stages of each mode of operation include the description of the operation stages, theoretical analysis, numerical simulation studies, definition of design equations and experimental results.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:20:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307896.pdf: 8014354 bytes, checksum: e7f5c5f26cf0e245f5bbdc82d9fe7865 (MD5) / Este trabalho apresenta uma nova topologia de retificador monofásico com fator de potência e rendimento elevados, com o objetivo de adaptar-se aos requisitos de sistemas de conversão modernos. O conversor se caracteriza por integrar as etapas de retificação e conversão CC-CC em um único estágio e por operar com três níveis de tensão para o controle da corrente de entrada. A estrutura possibilita a redução das perdas em condução e de comutação, bem como a redução do volume de dispositivos magnéticos. Uma operação eficiente do retificador é obtida com uma técnica de modulação adequada, também foco deste trabalho. Duas técnicas de controle para o retificador foram analisadas e implementadas em um controlador digital de sinais de baixo custo. Uma análise de estabilidade é apresentada para a técnica de autocontrole de corrente considerando-se os efeitos dos atrasos de transporte da implementação digital. Um novo controlador adaptativo e metodologia de projeto são propostos para permitir a operação do conversor em ampla faixa de variação de carga utilizando esta técnica. A verificação experimental é realizada através de um protótipo de 3 kW desenvolvido em laboratório, para o qual se utilizou uma metodologia de projeto que minimiza o volume de material magnético utilizado no indutor boost. / This work presents a novel single-phase rectifier topology with high power factor and high efficiency, aiming to fulfil modern conversion systems requirements. This converter is characterized by integrating the rectifying and DC-DC conversion stages into a single stage and operates with three voltage levels for controlling the input current. The topology enables low conduction and commutation losses and reduced volume of magnetic devices. Efficient rectifier operation is achieved with a suitable modulation technique, which is also within the focus of this work. Two control techniques for the rectifier have been analysed and implemented in a low-cost digital signal controller. A stability analysis is presented for the current self-control technique considering the effects of the transport delays found in the digital implementation. A new adaptive compensator and design method are proposed to allow the converter to operate with wide load variation range using this technique. Experimental verification is performed with a 3 kW labprototype employing a boost inductor optimized design that minimizes magnetic material volume.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:44:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221955.pdf: 4165172 bytes, checksum: 22aa268b17d24d57759bd0bfd1dd1b6c (MD5) / Este trabalho apresenta uma análise, proposição de novos modelos, e estratégias de controle das correntes de entrada, sem a utilização de referências de corrente artificiais, para os retificadores pwm com fator de potência unitário. Inicialmente é analisado o boost pfc monofásico, com o objetivo de chegar ao foco principal, que está voltado para os retificadores pwm trifásicos. São analisadas três topologias conhecidas na literatura, com características bem distintas, objetivando a maior generalidade possível da análise. São exploradas as características físicas destes conversores, como a possibilidade de processar energia reativa com topologias unidirecionais e estratégias de controle para o balanço de tensão nas topologias três-níveis Apresenta-se também a modulação vetorial, associada à estratégia de controle proposta, para os retificadores trifásicos, inclusive para os unidirecionais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:08:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 277742.pdf: 4170721 bytes, checksum: 818984defe10acee48396e741a2d2053 (MD5) / O presente trabalho aborda o estudo e a implementação de um filtro ativo paralelo de dois quadrantes aplicado a um retificador monofásico com filtro indutivo. Seu propósito principal é de corrigir o fator de potência e reduzir o conteúdo harmônico da corrente de entrada desse retificador. Outra motivação, para a aplicação do filtro ativo no retificador indutivo, é a ampliação de sua faixa de operação no modo de condução contínua. Primeiramente, o estudo do retificador é apresentado, juntamente com uma análise da corrente de entrada. Conhecidas as características do retificador, o funcionamento e o equacionamento da estrutura, com o filtro ativo proposto, são detalhados. De posse das funções de transferência do sistema, a estratégia de controle é proposta e o procedimento para a determinação dos compensadores analógicos é desenvolvido. O projeto de todos os circuitos necessários para a implementação prática da estrutura, com a finalidade de confirmar a teoria, também é apresentado. Os resultados obtidos por simulação e experimentalmente validam toda a análise e modelagem realizada e, ainda, comprovam os objetivos do trabalho.