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The generic concept of quasi-single-stage (QSS) power conversion topology for ac-dc rectification and dc-ac inversion is proposed. The topology is reached by direct cascading and synchronized switching of two variety of buck or two variety of boost switching networks. The family of QSS power converters feature single-stage power processing without a dc-link low-pass filter, a unidirectional pulsating dc-link voltage, soft-switching capability with minimal extra commutation circuitry, simple PWM control, and high efficiency and reliability. A new soft-switched single-phase QSS bi-directional inverter/rectifier (charger) topology is derived based on the QSS power conversion concept. A simple active voltage clamp branch is used to clamp the otherwise high transient voltage on the current-fed ac side, and at the same time, to achieve zero-voltage-switching (ZVS) for the switches in the output side bridge. Seamless four-quadrant operation in the inverter mode, and rectifier operation with unity power factor in the charger (rectifier) mode are realized with the proposed uni-polar center-aligned PWM scheme. Single-stage power conversion, standard half-bridge connection of devices, soft-switching for all the power devices, low conduction loss, simple center-aligned PWM control, and high reliability and efficiency are among its salient features. Experimental results on a 3 kVA bi-directional inverter/rectifier prototype validate the reliable operation of the circuit. Other single-phase and three-phase QSS bi-directional inverters/rectifiers can be easily derived as topological extensions of the basic QSS bi-directional inverter/rectifier. A new QSS isolated three-phase zero-voltage/zero-current-switching (ZVZCS) buck PWM rectifier for high-power off-line applications is also proposed. It consists of a three-phase buck bridge switching under zero current and a phase-shift-controlled full-bridge with ZVZCS, while no intermediate dc-link is involved. Input power and displacement factor control, input current shaping, tight output voltage regulation, high-frequency transformer isolation, and soft-switching for all the power devices are realized in a unified single stage. Because of ZVZCS and single-stage power conversion, it can operate at high switching frequency while maintaining reliable operation and achieving higher efficiency than standard two-stage approaches. A family of isolated ZVZCS buck rectifiers are obtained by incorporating various ZVZCS schemes for full-bridge dc-dc converters into the basic QSS isolated buck rectifier topology. Experimental and simulation results substantiate the reliable operation and high efficiency of selected topologies. The concept of charge control (or instantaneous average current control) of three-phase buck PWM rectifiers is introduced. It controls precisely the average input phase currents to track the input phase voltages by sensing and integrating only the dc rail current, realizes six-step PWM, and features simple implementation, fast dynamic response, excellent noise immunity, and is easy to realize with analog circuitry or to integrate. One particular merit of the scheme is its capability to correct any duty-cycle distortion incurred on only one of the two active duty-cycles which often happens in the soft-switched buck rectifiers, another merit is the smooth transition of the input currents between the 60o sectors. Simulation and preliminary experimental results show that smooth operations and high quality sinusoidal input currents in the full line cycle are achieved with the control scheme. / Ph. D.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Este trabalho apresenta o estudo e desenvolvimento de um sistema eletrÃnico de aproveitamento de energia eÃlica a partir de um gerador sÃncrono de Ãmà permanente conectado a uma turbina de vento. O sistema opera com velocidade variÃvel, permitindo o mÃximo aproveitamento da energia cinÃtica incidente na turbina de vento. Essa energia cinÃtica à convertida em energia elÃtrica pelo gerador sÃncrono de Ãmà permanente e depois de totalmente condicionada, injetada na rede elÃtrica convencional. Esse condicionamento à feito por um sistema eletrÃnico objeto de estudo e desenvolvimento deste trabalho, o qual consiste em um retificador trifÃsico interligado a um inversor monofÃsico em ponte completa com saÃda em corrente. SÃo apresentadas a revisÃo bibliogrÃfica de sistemas de aproveitamento de energia eÃlica para geraÃÃo de energia elÃtrica pertinentes ao escopo do trabalho, a anÃlise do estÃgio retificador (potÃncia e controle), a anÃlise do estÃgio inversor (potÃncia e controle), uma comparaÃÃo teÃrica de rendimento entre o retificador trifÃsico proposto neste trabalho (bridgeless trifÃsico) e o retificador trifÃsico dois nÃveis, e os resultados experimentais de um protÃtipo de validaÃÃo de 5kW do sistema proposto. / This work presents the study and development of an electronic system for wind energy exploitation from a permanent magnet synchronous generator connected to a wind turbine. The system operates with variable speed, allowing maximum use of the kinetic energy incident on the wind turbine. This kinetic energy is converted into electrical energy by the permanent magnet synchronous generator and, after being fully conditioned, injected into the conventional power grid. This conditioning is done by an electronic system object of study and development of this work, which consists of a rectifier connected to a single-phase full-bridge inverter with current output. Are presented the literature review of the relevant wind energy conversion systems to the scope of work, the analysis of the rectifier stage (power and control), the analysis of the inverter stage (power and control), a efficiency theoretical comparison between the proposed rectifier (three-phase bridgeless) and the three-phase fullbridge rectifier, and the experimental results of an 5kW validation prototype of the proposed system.

Orientador: Falcondes José Mendes de Seixas / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a proposição de um retificador trifásico boost semi-controlado, com correção ativa do fator de potência, que faça uso de técnicas de controle de razão cíclica variável, visando reduzir o conteúdo harmônico de corrente em baixa frequência. O conversor proposto opera em modo de condução descontínua, desta forma, a corrente de entrada segue uma envoltória senoidal. Além disso, devido ao modo de condução, o conversor apresenta a entrada em condução da chave com corrente nula, diminuindo assim, as perdas por chaveamento. Inicialmente, são apresentados, estudos teóricos da topologia em questão e, por meio de gráficos e equações, verifica-se a distorção harmônica imposta devida à operação com razão cíclica constante. Funções que permitam a variação permanente da razão cíclica, durante um ciclo da rede, serão apresentadas. Tais funções possuem o intuito de minimizar a distorção harmônica da corrente de entrada, com foco principal na 5ª componente harmônica. Resultados de simulação demonstram eficácia das técnicas de controle por razão cíclica variável e apontam redução no conteúdo harmônico de corrente. Resultados experimentais demonstram conteúdo harmônico de corrente em torno de 18% para operação do conversor com razão cíclica constante. A utilização de razão cíclica variável proporciona uma redução no conteúdo harmônico de corrente para 13%, resultando em um aumento do fator de potência. / Abstract: This work aims propose a three-phase rectifier boost half-controlled, with power factor correction, that makes use variable duty cycle control techniques, in order to reduce the harmonic content of current in low frequency. The proposed converter operates in a discontinuous current conduction mode, this way, the input current is naturally corrected. Moreover, due to the conduction mode, the converter presents entry in conduction of switch with null current, thus decreasing, the losses by switching. Initially, are presented theoretical studies of the topology in question and, through of graphs and equations, the harmonic distortion imposed by operation due constant duty cycle is verified. Functions that allow permanently the variation of duty cycle, during a network cycle, are presented. These functions have as main objective minimize the harmonic distortion in the input current, with focus in the 5th harmonic component. Simulation results demonstrate efficacy of techniques by variable duty cycle control and indicate a reducing of harmonic content of current. Experimental results demonstrate a reducing around 18% for operation with constant duty cycle. The use of variable duty cycle provides a reducing around 13%, resulting in an increase of the power factor. / Mestre

Submitted by DOUGLAS CARVALHO MORAIS (morais.sccp.carvalho@gmail.com) on 2018-04-26T20:36:20Z No. of bitstreams: 1 RETIFICADOR TRIFÁSICO BOOST SEM PONTE DE DIODOS, COM ELEVADO FATOR DE POTÊNCIA E CONTROLE POR RAZÃO CÍCLICA VARIÁVEL.pdf: 3578931 bytes, checksum: 59462e5e8af8153b4c38efb1636c59de (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-27T12:43:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 morais_dc_me_ilha.pdf: 3578931 bytes, checksum: 59462e5e8af8153b4c38efb1636c59de (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T12:43:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 morais_dc_me_ilha.pdf: 3578931 bytes, checksum: 59462e5e8af8153b4c38efb1636c59de (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho tem como objetivo a proposição de um retificador trifásico boost semi-controlado, com correção ativa do fator de potência, que faça uso de técnicas de controle de razão cíclica variável, visando reduzir o conteúdo harmônico de corrente em baixa frequência. O conversor proposto opera em modo de condução descontínua, desta forma, a corrente de entrada segue uma envoltória senoidal. Além disso, devido ao modo de condução, o conversor apresenta a entrada em condução da chave com corrente nula, diminuindo assim, as perdas por chaveamento. Inicialmente, são apresentados, estudos teóricos da topologia em questão e, por meio de gráficos e equações, verifica-se a distorção harmônica imposta devida à operação com razão cíclica constante. Funções que permitam a variação permanente da razão cíclica, durante um ciclo da rede, serão apresentadas. Tais funções possuem o intuito de minimizar a distorção harmônica da corrente de entrada, com foco principal na 5ª componente harmônica. Resultados de simulação demonstram eficácia das técnicas de controle por razão cíclica variável e apontam redução no conteúdo harmônico de corrente. Resultados experimentais demonstram conteúdo harmônico de corrente em torno de 18% para operação do conversor com razão cíclica constante. A utilização de razão cíclica variável proporciona uma redução no conteúdo harmônico de corrente para 13%, resultando em um aumento do fator de potência. / This work aims propose a three-phase rectifier boost half-controlled, with power factor correction, that makes use variable duty cycle control techniques, in order to reduce the harmonic content of current in low frequency. The proposed converter operates in a discontinuous current conduction mode, this way, the input current is naturally corrected. Moreover, due to the conduction mode, the converter presents entry in conduction of switch with null current, thus decreasing, the losses by switching. Initially, are presented theoretical studies of the topology in question and, through of graphs and equations, the harmonic distortion imposed by operation due constant duty cycle is verified. Functions that allow permanently the variation of duty cycle, during a network cycle, are presented. These functions have as main objective minimize the harmonic distortion in the input current, with focus in the 5th harmonic component. Simulation results demonstrate efficacy of techniques by variable duty cycle control and indicate a reducing of harmonic content of current. Experimental results demonstrate a reducing around 18% for operation with constant duty cycle. The use of variable duty cycle provides a reducing around 13%, resulting in an increase of the power factor.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-13T15:20:14Z No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-13T19:33:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T19:33:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) Previous issue date: 2016-11-07 / O objetivo geral desta dissertação é o aperfeiçoamento do projeto de uma nova fonte de corrente em desenvolvimento para o acelerador de partículas Sirius. A corrente da fonte é aplicada em magnetos de elevada indutância e são programadas para apresentar forma de onda com significativa componente senoidal em corrente contínua e em baixa frequência, de acordo com as características operacionais necessárias do Sirius. Para efeitos de estudo, a metodologia empregada consiste essencialmente em desacoplar a análise e o projeto do controle em um estágio regulador de tensão seguido de um estágio de síntese da corrente. Foram realizados ensaios em uma fonte em construção no Laboratório Nacional de Luz Síncroton e em um protótipo desenvolvido na UFJF. As principais contribuições descritas nesta dissertação são: i) atenuação da propagação de distúrbios de baixa frequência para a rede elétrica; ii) emprego de retificador de tensão controlado para regulação da tensão do barramento CC, melhoria do fator de potência e redução de componentes harmônicas. Os resultados experimentais evidenciam que as alterações de projeto propostas nesta dissertação apresentam grande potencial para melhorar o desempenho da fonte de corrente em termos da qualidade de energia elétrica e da sintetização de corrente senoidal no magneto do acelerador de partículas. / This work consists in the evaluation and improvement of a current source for a particle accelerator. The output current presents a DC sinusoidal waveform in low frequecy which flows through the windings of high inductance electromagnets. The methodology consists in separating the analysis and project of the control into two parts: a voltage regulator stage,followedbyacurrentsynthesisstage. Testswereperformedonacurrentsourceunder construction at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) and on a prototype developed at UFJF. The work main contributions are: i) Attenuation of the low frequency disturbances on the electrical grid; ii) Use of a controlled rectifier to regulate the voltage of the DC bus, improvement in power factor and reduction of harmonic components. The experimental results show that the proposed changes have potential in improving the performace of the current source in terms of its electric power quality and synthesis of sinusoidal current in the particule accelerator.