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Pesquisa sem auxílio de agências de fomento Sistemas de automação industrial cada vez mais integrados e usando padrões e protocolos comuns às redes de computadores, fazem com que as redes industriais estejam cada vez mais sujeitas a ataques e invasões. O Modbus é um exemplo de protocolo industrial amplamente utilizado que, como outros, não possui ferramentas nativas para comunicação segura. A segurança para Modbus geralmente é obtida pelo uso de técnicas de segurança presentes nas camadas inferiores da pilha de protocolos. Esta tese apresenta as vulnerabilidades associadas ao Modbus, com foco no Modbus TCP, e oferece uma proposta de proteção através da autenticação dos Mestres e Escravos, na camada de aplicação. A técnica foi implementada por meio do protocolo HB-MP*, e focou na proteção contra a invasão de Mestres ou Escravos. A principal contribuição desta tese está no fornecimento de comunicações Modbus de maior segurança no nível da camada de aplicação, sendo possível como implementação única de segurança na rede, ou aumentando a segurança em conjunto com outras técnicas presentes em camadas inferiores. Para validar a proposta, foi configurada uma rede Modbus TCP com nós Mestre e Escravos realizando comunicação Modbus com autenticação HB-MP*, sujeita à diferentes cenários de invasão. Os resultados mostraram que foi possível detectar os nós invasores e evitar alguns ataques. A implementação apresentou um pequeno custo associado a atrasos de processamento e transmissão. The growth in the integration and use of standards and protocols common to computer networks has seen industrial networks increasingly subject to attacks and invasions. Modbus is an example of a widely used industrial protocol, and like others, does not possess native tools for secure communication. Security for Modbus is achieved generally by use of security techniques on the lower layers of the communication stack. This study highlights vulnerabilities associated with Modbus, with its focus on Modbus TCP, while offering a protection proposal through use of Master and Slave authentication at the application layer level. The technique was implemented with the HB-MP* protocol, which focused on protection against invading Masters or Slaves. The main contribution of this paper is found through providing Modbus communications greater security at the application layer level, as a single security implementation or increasing security in conjunction with other lower layer security techniques. A Modbus TCP network was set up with Master and Slave nodes performing Modbus communication with HB-MP* authentication, subject to different intrusion scenarios. Results showed it was possible to detect invading nodes and prevent some attacks, whereas suffering only a small cost associated with processing and transmission delays. Tese (Doutorado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The objectives of this work and present a class D amplifiers and full-bridge class D amplifier used to supply one or more high pressure sodium lamps (HPS). In this work, the lamps are feed a synthesized waveform to avoid acoustic resonance. The waveform injected contains a fundamental frequency around 1kHz and its third harmonic. The injection waveform synthesized prevents acoustic resonance the spread power the lamp in spectrum frequency. The ease of control of Class D amplifiers ensures a waveform without major changes in relation to entry. The control strategy and operation of the amplifiers stages have been shown. Studies were presented the strategies used to avoid acoustic resonance and detailed analysis of the injection waveform synthesized. The results of the simulations and practical results obtained were presented. O objetivo deste trabalho é apresentar a utilização de amplificadores classe D e um nova topologia de amplificador full-bridge, classe D, para acionar uma ou mais lâmpadas de Alta Pressão de Sódio (HPS). As lâmpadas são alimentadas por uma forma de onda sintetizada para evitar a ressonância acústica, onde a forma de onda contém uma frequência fundamental de 1kHz e sua terceira harmônica. Essa técnica é utilizada para evitar o surgimento da ressonância acústica, espalhando no espectro da frequência a potência distribuída na lâmpada. A facilidade do controle dos amplificadores classe D garante uma forma de onda sem grandes variações em relação à entrada. A estratégia de controle e as etapas de funcionamento dos amplificadores são apresentadas juntamente ao estudo das técnicas utilizadas para evitar a ressonância acústica e a análise detalhada sobre a injeção da forma de onda sintetizada. Os resultados das simulações e os resultados práticos obtidos foram apresentados. Doutor em Ciências

A eletrônica de potência tem se desenvolvido ao longo do tempo e se tornado cada vez mais importante em diversos segmentos da indústria. A aplicação dessa tecnologia tem permitido aumento de eficiência, controle, automação e redução de custos em diversas áreas. O ensino dessa ciência é, portanto, de vital importância para formação de profissionais aptos a projetar e utilizar esses dispositivos. O presente trabalho apresenta um software para projeto de conversores eletrônicos de potência CC-CC básicos não-isolados desenvolvido por alunos do curso técnico em eletrotécnica. O desenvolvimento desse software permitiu maior compreensão do funcionamento desses conversores e das relações entre as oscilações de tensão e corrente com os elementos utilizados no circuito. A ferramenta desenvolvida permite o cálculo de capacitores e a indicação para valores comerciais mais próximos além de permitir o projeto de construção do indutor a partir de seu circuito magnético.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES The population grouth and technological development led to increasing energy demand in the world, which leads many countries to look for fossil fuels to meet the increasing energy damand in the world. The use of fossil fuels, besides being limited, have being provoke ecosystem changes, endangering wildlife and animal in the earth planet. In this way, the looking for renewable sources has become an unovoidable challenge nowadays. The photovoltaic energy draw a big interest due to the numerous advantages it performs. However, photovoltaic panels in many applications can not meet the demand required for a system. High gain DC-DC converters are used to increase the panel voltage value to a bus value connected to the inverter required from the system. There are several techniques used to increase the voltage gain of DC-DC converters. Therefore, many of these techniques require the use of signicative numbers of components, which contributs to the cost, volume and complexity of the converter. This work approach about the coupled inductor technique applied to the boost converter. In coupled inductors, the energy stored in the leakage inductance when non-recycled, provoke a spike voltage on the switch which can permanently destroy it. The active clamp is used to clamp the voltage around the switch in a safe range of voltage operation and to regenerate this energy to the output. Furthermore, to prevant the dependence voltage gain on turn ratio, the differential arragement technique is applied, which make possible to achieve high voltage gains with turn ratio close to the unit. The complete study of the proposed converter is shown and the prototype experimental is presented. The result shows high output voltage of 240V, input voltage of 37.7V, with small duty cycle operating in a safe range of 0.448 and the turn ratio close to the unit. Both switches perform ZVS operation.The maximum efficiency achieved by the converter was 86%. O aumento populacional e o desenvolvimento tecnológico tem ocasionado a crescente demanda energética no mundo, o que leva muitos países a fazerem o uso de combustíveis fósseis para atender a grande demanda energética cada vez mais crescente no mundo. O uso de combustíveis fósseis, para além de limitada, tem causado grandes alterações no ecossistema, pondo em risco a vida selvagem e animal no planeta. Deste modo, a busca por exploração de fontes renováveis, tornou-se um desafio inevitável nos dias de hoje. A energia fotovoltaica desperta grande interesse pelas inúmeras vantagens que apresenta. Todavia, os painéis fotovoltaicos em muitas aplicações, não conseguem atender a demanda requerida para um sistema. Os conversores CC-CC de alto ganho são utilizados para aumentar o valor de tensão do painel, para um valor de barramento conectado ao inversor requerido do sistema. Existem diversas técnicas usadas para elevar o ganho de tensão dos conversores CC-CC. Portanto, muitas dessas técnicas utilizadas requerem o uso de inúmeros componentes, o que contribui com o custo, volume e a complexidade do conversor. Nesta dissertação explora-se a técnica do indutor acoplado aplicado ao conversor boost. Nos indutores acoplados, como a energia armazenada na indutância de dispersão, quando não reciclada pode danificar o interruptor, e sendo assim, é empregado o grampeador ativo para regenerar esta energia para a saída. Além disso, para evitar que o ganho de tensão dependa da razão de transformação, foi aplicada a técnica do arranjo diferencial, o que torna capaz de conseguir-se altos ganhos de tensão com o valor da razão de transformação perto da unidade. O estudo completo do conversor proposto é mostrado e os resultados experimentais do protótipo são apresentados. Os resultados apresentam valores altos de tensão de saída de 240 V, tensão de entrada de 37.7V, com valor de razão cíclica operando numa faixa segura de 0.448 e o valor de razão de transformação perto da unidade, com ambas as chaves operando em ZVS. A eficiência máxima atingida pelo conversor foi de 86%.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES This thesis presents a study on isolated DC-DC converters for the interface between a low voltage bus, EBT (48 V), and a low voltage bus, BT (380 V) for a 1.2 kW residential DC-DC nanogrid. The proposed converter makes use of a composite structure where a DCX converter is designed to operate with a constant duty cycle at the point of minor losses. A DC regulator (DCR) controls the regulator for the extra-low voltage (EBT) DC bus that is regulated by the compound converter. In this sense, two performance indices were used to choose the DCX converter: the Effort Factor (Component Stress Factor - CSF) and Fryze Power Factor. CSF is an analytical method used to evaluate and compare converter topologies for a specific application. The Fryze power factor is a simple method for evaluating the amount of non-active power that is processed by a given circuit. The regulator is modeled and a compensator is designed to control the current through a reference provided by a droop loop. To reduce the non-active power processed by the DC regulator, an adjustable transformer was implemented to reduce the non-active power. The efficiency of the composite converter is compared with that of a cascade regulator. To validate the approaches, a 1.2 kW composite converter was designed, built and evaluated under different tests regarding static gain, waveforms, control and efficiency. Esta tese apresenta um estudo sobre conversores CC-CC isolados para a interface entre um barramento de extrabaixa tensão, EBT (48 V), e um barramento de baixa tensão, BT (380 V) para uma nanorrede CC-CC residencial de 1,2 kW. O conversor proposto faz uso de uma estrutura composta onde um conversor DCX é projetado para operar com razão cíclica fixa no ponto de menores perdas. Um regulador CC (DCR) permite a regulação do barramento CC de tensão extrabaixa (EBT) que é regulado pelo conversor composto. Neste sentido, para a escolha do conversor DCX foram utilizados dois índices de desempenho: o Fator de Esforços (Component Stress Factor - CSF) e Fator de Potência de Fryze. O CSF é um método analítico usado para avaliar e comparar diferentes topologias de conversores para uma aplicação específica. Já o fator de potência de Fryze é um método simples para avaliar a quantidade de potência não-ativa que é processada por um determinado circuito. O regulador CC é modelado e um sistema de controle é projetado para realizar o controle da corrente através de uma referência fornecida por uma malha de droop. Para reduzir a potência não-ativa processada pelo regulador CC, foi implementado um transformador regulável que tem como objetivo reduzir a potência não-ativa. O rendimento do conversor composto é comparado com o de um regulador em cascata. Para validar as abordagens, um protótipo do conversor composto de 1,2 kW foi projetado, construído e submetido a inúmeros ensaios de laboratório, sendo avaliado experimentalmente o ganho estático, forma de ondas, controle e rendimento do conversor proposto.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES With the search for clean renewable energies and the growing of the greenhouse gases, there is an increase in the number of electric vehicles and own generation. As most renewable energies are naturally in DC the best way to integrate them is through a DC microgrid, where there is an energy storage system with dual power flux and with that comes the needs for bidirectional converters more efficient with simple operation, high gain, reliability and ease of control. Based on this, this work proposes to present a brief review about some of the non-isolated bidirectional converters that have the necessary characteristics for the application, as well as the proposal of four new topologies based on the classic bidirectional buck/boost converter with simplicity of operation, high efficiency and synchronous and asynchronous mode. To achieve such a goal in the proposed converters, some alteration in the classical converter has been done in way that the input and output can be connected in series, parallel or both, in order to get lower stresses in the components. For the proposed topologies are presented its operating stages, design methodology, static and dynamic modeling, estimated efficiency and control technique. In the end, a 1 kW prototypes was implemented to validate the theoretical evaluations with experimental results. Com a busca por energias renováveis limpas e a crescente emissão de gases colaboradores com o efeito estufa houve um aumento do número de veículos elétricos e geração própria. Como a maiorias das energias renováveis são naturalmente em corrente contínua (CC) a melhor maneira de integra-las é através de uma microgrid CC, onde há um sistema de armazenamento de energia com duplo fluxo de potência e com isso surge a necessidade de conversores bidirecionais mais eficientes com simplicidade de operação, elevado ganho, confiabilidade e facilidade de controle. Este trabalho se propõe a apresentar uma breve revisão sobre alguns dos conversores bidirecionais não isolados que apresentam as características necessárias para a aplicação, onde a principal contribuição deste trabalho é a proposta de quatro novas topologias baseadas no conversor bidirecional clássico buck/boost, com simplicidade de operação, elevada eficiência e modos de acionamento síncrono e assíncrono. Para alcançar tais características nos conversores propostos, foram feitas alterações no conversor clássico de forma que as entradas e saídas possam ser conectadas em série, paralelo ou ambas, a fim de obter menores esforços sobre os componentes. Para as topologias propostas são apresentadas suas etapas de funcionamento, metodologia de projeto, modelagem estática e dinâmica, eficiência estimada e técnica de controle. Ao fim, foram implementados protótipos de 1 kW para validar as avaliações teóricas com resultados experimentais.

This master thesis presents the development of a light electric vehicles charger using Wide-Bandgap (WBG) devices. The developed charger is composed of two stages, one rectifier (AC-DC converter), with input current power factor correction (PFC), and another DC-DC converter, which is responsible for galvanic isolation between load and grid, and allows the ouput voltage and current control. The topologies under study at this work are the Totem Pole PFC for the AC-DC stage, and the Half-Bridge DC-DC with current doubler for the DC-DC stage. Both topologies are studied in detail, with the main focus on the application of GaN technology, regarding its advantages and disadvantages. Therefore, design and analysis of the converters are presented, with the development of a loss estimation methodology for GaN switches. Also, it is shown the design of a halfbridge module to operate up to 360 W of power, used in both converters. Simulation and experimental results are presented to validate the theoretical analysis. Esta dissertação de mestrado apresenta o desenvolvimento de um carregador para veículos elétricos leves utilizando dispositivos Wide-Bandgap (WBG). O carregador desenvolvido é constituído por dois estágios, sendo um estágio retificador (CA-CC) com controle do fator de potência (PFC- Power Factor Correction), e outro CC-CC, responsável por isolar galvanicamente a rede da carga e permitir o controle das tensões e correntes de saída. As topologias escolhidas para os dois estágios são a Totem Pole PFC para o estágio CA-CC, e a Meia Ponte CC-CC com dobrador de corrente para o estágio CC-CC. As duas topologias são estudadas em detalhe, tendo como foco principal do trabalho a aplicação da tecnologia GaN, explorando suas vantagens e desvantagens. Nesse sentido, ao longo do trabalho é realizada a análise e o projeto dos conversores, sendo apresentada uma metodologia para cálculo das perdas para os dispositivos GaN e também elaborado o projeto de um módulo half-bridge. O módulo projetado é empregado em ambos os conversores, sendo acoplado às placas de potência e destinado a operar com potências de até 360 W. Resultados de simulação e experimentais são mostrados para validar os projetos, bem como as análises e considerações feitas.

Outra Agência Esta dissertação aborda o estudo realizado para colocação de um protótipo que emula um sistema de geração eólica baseado em DFIG (do inglês, Doubly-fed Induction Generator) de 10kW em funcionamento, assim como sua operacionalização e controle. A principal vantagem da utilização do Gerador de Indução Duplamente Alimentado em sistemas de geração eólica com velocidade variável, é que a eletrônica de potência utilizada corresponde apenas a uma fração da potência nominal do gerador, tendo em vista que apenas a potência de escorregamento é processada pelo conversor estático conectado ao circuito do rotor. Ao longo do texto são abordados detalhes desde as etapas de modelagem matemática dos conversores e projeto dos controladores, até a caracterização e operação da bancada. São mostrados resultados simulados e experimentais, assim como análises transitórias envolvendo o paralelismo com diferença entre as amplitudes das tensões da rede e do estator, e o paralelismo com velocidade diferente da síncrona, validando a eficácia das estratégias de controle utilizadas. This dissertation addresses the study carried out to place a prototype that emulates a 10kW DFIG (Doubly-fed Induction Generator) based wind generation system in operation, as well as its operationalization and control. The main advantage of using the Doubly-fed Induction Generator in variable speed wind generation systems is that the power electronics used corresponds only to a fraction of the generator’s rated power. Only the slip power is processed by the static power converter connected to the rotor circuit. Throughout the text, details are discussed, from the steps of mathematical modelling of the converters and their control design. Simulation and experimental results are shown, as well as transient analyzes involving parallelism with difference between grid and stator voltage amplitudes, and parallelism with speed different from synchronous, validating the effectiveness of the control strategies used.

Orientador: Daniel Dotta Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: As Microrredes elétricas são vistas como a nova tendência no que diz respeito a geração e consumo de energia elétrica do futuro. Por se tratarem de estruturas detentoras de fontes predominante renováveis com alta penetração de conversores eletrônicos de potência, altos níveis de controle e automação são necessários para a garantia da estabilidade operacional. Sendo assim, este trabalho apresenta a modelagem dinâmica da CAMPUSGRID, microrrede esta que vem sendo construída na Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), e também traz a respectiva análise do comportamento dinâmico da mesma. Através destes estudos, utilizando como software de simulação o Typhoon HIL Control Center, pode-se constatar que a microrrede apresenta flexibilidade operacional, capaz de se manter estável mesmo após a ocorrência de eventos como: efeitos da flutuação de energia renovável, transição ao modo ilhado, ressincronização e variações de carga Abstract: Electric Microgrid are seen as the new trend related to the future generation and consumption of electric energy. As they are mainly composed of renewable energy sources with high penetration of electronic power converters, high levels of automation and control are necessary to guarantee operational stability. Therefore, this work presents the dynamic modeling of the CAMPUSGRID, which corresponds to a microgrid that has been built at the State University of Campinas (UNICAMP), and presents the analysis of its respective dynamic behavior. Through these studies, using the Typhoon HIL Control Center simulation software, it can be concluded that the microgrid has operational flexibility, capable of keeping stable even after the occurrence of even such as : effects of renewable energy fluctuation, islanded mode transition, resynchronization and load variations Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica Funcamp PD - 00063 - 3058/2019 - PA3058 FAPESP 2019/10033-0

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Tárcio André dos Santos Barros Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O aumento da presença de fontes renováveis de energia nas matrizes energéticas globais está diretamente associado aos aspectos ambientais e ao avanço nos conceitos de redes elétricas inteligentes. Apesar disso, a intermitência de tais fontes é responsável por impactos negativos no fornecimento de energia elétrica, tanto em aspectos de qualidade do produto quanto na confiabilidade do sistema. De modo a superar esses obstáculos, perspectivas futuras indicam os sistemas de armazenamento de energia como soluções promissoras. No contexto de microrredes, o sistema de armazenamento de energia é uma tecnologia crucial para operações em modo autônomo, sendo também importante para melhorar a operação no modo conectado à rede elétrica. A tese proposta tem como objetivo estabelecer estratégias de gerenciamento de potência para aprimorar a qualidade de energia em uma microrrede híbrida CA/CC operando nos modos conectado à rede e autônomo. Para isso, emprega-se uma topologia de conversor de interligação modificada, que atua como um sistema de armazenamento de energia centralizado. Essa topologia é denominada como Conversor de Interligação de Dois Estágios com Dispositivo de Armazenamento de Energia, no inglês, Two Stages Interlinking Converter with Energy Storage Device (TSILC-ESD). Ela é composta por um conversor CC-CC meia ponte bidirecional em conjunto com um conversor CC-CA fonte de tensão, no qual, conecta-se um sistema de armazenamento de energia por baterias no barramento CC de interligação dos estágios dos conversores. Além do TSILC-ESD, um conversor de interligação é utilizado para a formação de microrredes nos dois modos de operação. No gerenciamento de potência em operação conectada à rede, os conversores de interligação atuam na formação da microrrede CC, no compartilhamento de potência, na regulação de tensão, na mitigação de harmônicas e na compensação de reativos, empregando serviços anciliares à rede elétrica. No modo autônomo, os conversores operam de modo a formar as microrredes CA e CC, além de mitigar as harmônicas de tensão, o que permite uma operação satisfatória da microrrede híbrida isolada. Para adicionar aspectos de proteção às baterias, também se propõem um sistema de gerenciamento de baterias com base no estado de carga para cada um dos modos de operação. Quando a microrrede híbrida atua no modo conectado à rede, o dano às baterias é evitado por meio da restrição de operação do TSILC-ESD, enquanto no modo autônomo, tais dispositivos são preservados mediante a seletividade de cargas e fontes do sistema. Assim, o software MatLab/Similink é utilizado para simular a microrrede híbrida com a configuração proposta, de modo a permitir a avaliação da performance dos gerenciamentos de potência e de baterias desenvolvidos nesta tese. Os resultados apresentam uma operação satisfatória nos dois modos de operação, com uma melhora de desempenho na qualidade da energia elétrica nos pontos de acoplamento da microrrede híbrida. Também se verifica uma atuação adequada do sistema de gerenciamento de baterias, evitando condições de operação danosas a esses dispositivos de armazenamento Abstract: The increase of renewable energy sources presence in the global energy matrices is directly associated with environmental aspects and the advances of the smart grid concepts. Despite this, the intermittence of such sources is responsible for negative impacts on the electricity supply, both in terms of product quality and system reliability. In order to overcome these obstacles, future perspectives indicate the energy storage systems as promising solutions. In the microgrids context, the energy storage system is a crucial technology for operations in standalone mode, being also important to improve operation in grid-connected mode. The thesis proposed aims to establish power management strategies (PMS) to improve the power quality of a hybrid AC/DC microgrid operating in grid-connected and standalone modes. For this, a modified interlinking converter topology is used, which acts as a centralized energy storage system. Such topology is called the Two Stages Interlinking Converter with Energy Storage Device (TSILC-ESD), being composed by a bidirectional half-bridge DC-DC converter in cascaded with a voltage source DC-AC converter. Besides, a battery energy storage system is connected in the DC bus between the converter stages. In addition to TSILC-ESD, an Interlinking converter is used to form the microgrids in both operation modes. In the power management of the grid-connected mode, the interlinking converters act in the DC microgrid formation, the power sharing, the voltage regulation, the harmonic mitigation and the reactive compensation, employing ancillary services to the utility grid. In standalone mode, the converters operate act as grid-forming to the AC and DC microgrids, in addition to mitigating voltage harmonics, that allows for satisfactory operation of the standalone hybrid microgrid. To include protection aspects to the batteries, a battery management system (BMS) based on the state of charge is also proposed for each of operation modes. When the hybrid microgrid operates in grid-connected mode, damage to the batteries is avoided by the operation restriction of the TSILC-ESD, while in standalone mode, such devices are preserved by means of the selectivity of loads and sources of the system. Thereby, the MatLab/Similink software is used to simulate the hybrid microgrid with the proposed configuration, in order to allow the evaluation performance of the PMS and BMS developed in this thesis. The results show a satisfactory behave in both operation modes, with an power quality improvement in the point coupling common of the hybrid microgrid. An adequate performance of the battery management system is also verified, avoiding harmful operating conditions for these storage devices Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CAPES 88882.329454/2019-01

Este trabalho apresenta uma célula de comutação com modulação por variação de frequência de chaveamento, do inglês switching cell with switching frequency modulation (SC-SFM) e condução contínua no indutor. Conversores com entrada em corrente baseados na SC-SFM possuem a característica de seguidor de tensão, ou seja, a entrada do conversor se comporta como uma carga resistiva e condução contínua. O comportamento como seguidor de tensão simplifica o controle do conversor sendo necessário apenas um laço de controle de tensão. Comutação suave e corrente nula no bloqueio do diodo é possível para uma ampla faixa de potência. Adicionalmente este trabalho apresenta o princípio de operação, análise matemática, modelagem e esquema de controle para conversores de corrente contínua para corrente contínua (CC-CC) e retificadores com correção do fator de potência, do inglês power factor correction (PFC), neste caso incluindo um controle antecipativo, do inglês feedforward, para aprimorar a qualidade de energia. Resultados experimentais são obtidos a partir de três protótipos baseados na SC-SFM. A saber um protótipo de conversor boost intercalado com modulação em frequência de chaveamento, do inglês interleaved boost converter with switching frequency modulation (IBC-SFM) CC-CC, um IBC-SFM PFC com ponte de diodos e outro IBC-SFM PFC baseado na estrutura totem-pole. Os protótipos possuem potência nominal de 1 kW, tensão de entrada de 100 V e saída de 240 V para o conversor CC-CC e tensão de entrada de 127 V e saída de 400 V para os conversores PFC. Os protótipos apresentaram excelentes valores de rendimento com curva quase plana, sendo os resultados de eficiência máxima iguais a 98,78% para o IBC-SFM CC-CC, 97,15% para o IBC-SFM PFC e 97,99% para o PFC com a estrutura totem-pole. No caso dos conversores PFC a qualidade de energia baseado nos valores de fator de potência (FP), distorção harmônica total de corrente, do inglês current total harmonic distortion (THD) e espectro harmônico apresentam dados excelentes e adequados às normas vigentes de qualidade de energia. This work presents a switching cell with switching frequency modulation (SC-SFM) and continuous conduction in the inductor current. Current-fed converter grounded on SC-SFM have the characteristic of a voltage follower, that is when the input behaves as a resistive load. Simplified control is achieved due to the resistive behavior, only a voltage control loop is needed. Soft switching and current null when the diodes block are reached for a wide power range. In addition, this work presents the operating principle, mathematical analysis, modeling and control scheme for direct current to direct current (DC-DC) converters and power factor correction (PFC) rectifiers, in this case including a feedforward control to improve the power quality. Experimental results are obtained from three prototypes based on SC-SFM. Namely a prototype of interleaved boost converter with switching frequency modulation (IBC-SFM) CC-CC, an IBC-SFM PFC with diode bridge and another IBC-SFM PFC based on the totem-pole structure. The prototypes have a nominal power of 1 kW, an input voltage of 100 V and an output of 240 V for the DC-DC converter and an input voltage of 127 V and an output of 400 V for the PFC converters. Furthermore, the prototypes showed excellent efficiency values with an almost flat curve, with maximum efficiency values equal to 98.78% for the IBC-SFM DC-DC, 97.15% for the IBC-SFM PFC and 97.99% for PFC with totem-pole structure. In the case of PFC converters, the power quality based on power factor (PF), current total harmonic distortion (THD) and harmonic spectrum values present excellent and adequate results for the actual power quality standards.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Ensaios de longa duração em transformadores elétricos são ferramentas importantes para usuários e fabricantes determinarem informações precisas como os limites operacionais do equipamento, seu tempo de vida, comportamento térmico, etc. Esses ensaios são comumente realizados utilizando elementos passivos como, por exemplo, nos testes de burn-in, e, portanto, consomem uma grande quantidade de energia e possuem pouca flexibilidade em emular perfis de carregamento variados (níveis de tensão e corrente, componentes harmônicas, etc). Neste contexto, realizar ensaios em transformadores de potência emulando sua característica de carregamento real é uma tarefa difícil, visto que os procedimentos de testes padronizados não emulam níveis de carregamento variados e os testes de burn-in são ineficientes do ponto de vista energético. Além disso, em redes de distribuição, os transformadores são submetidos a um crescente nível de distorção harmônica de tensão e corrente, além de variações de amplitude e frequência. Dessa forma, é importante que o equipamento seja ensaiado sob estas condições, emulando características mais reais de operação. A utilização de simuladores eletrônicos de cargas (SEC) é uma alternativa para realização de tais testes, podendo ainda apresentar capacidade de regeneração de energia, isto é, consumir apenas as perdas do equipamento sob teste, além de emular diferentes tipos de cargas de forma controlada. Essa tese apresenta um SEC baseado em eletrônica de potência para realização de ensaios em transformadores de potência com baixo consumo de energia e capacidade de impor de maneira controlada perfis variados de tensão e correntes, incluindo componentes harmônicas. O sistema proposto é projetado e avaliado utilizando uma estrutura clássica de controle de conversores estáticos, e validado através de ferramentas computacionais e de resultados experimentais obtidos de um protótipo experimental de 50 kVA. Além disso, são apresentados os estudos de uma metodologia para o projeto dos filtros de saída do SEC e do sistema de controle LQR (regulador linear quadrático) ressonante. Estes estudos são conduzidos de forma a explorar melhor as particularidades do SEC proposto e assim expandir a faixa de transformadores que podem ser ensaiados. Por fim, resultados computacionais são utilizados para avaliar tais estudos, demostrando as vantagens das alterações propostas e definindo o limite operacional de teste de acordo com as características dos transformadores. The long duration tests of electrical transformers are important tools for users and manufacturers to determine precise information as, for example, equipment operational limits, lifespan, thermal behavior, etc. Although useful, these tests are usually conducted using passive elements such as in the burn-in test, consuming a great amount of energy and with limited flexibility to emulate different loading profiles (e.g., current and voltage levels, harmonics content, etc.). In this context, to perform tests in power transformer emulating its real operation conditions can be a difficult task, since the standards procedures do not emulate several loading levels and the burn-in test consumes a high quantity of energy. Moreover, in distribution networks, the transformers are submitted to an increasing level of voltage and current distortions, besides voltage and frequency fluctuations. Thus, it is important to test them under these conditions, emulating more realistic operational behaviors. The use of electronic load simulator (ELS) is an alternative to conduct such tests, and it also can have regenerative proprieties, which is consuming just the system's intrinsic losses, besides emulating different types of loads. This thesis presents a power electronics based ELS to perform tests in power transformers with low energy consumption that is capable of imposing, in controlled manners several levels of voltage and current, including harmonics components. The proposed system is designed and evaluated using classical control structures, and it is validated by computational tools and experimental results of a 50 kVA prototype. Furthermore, it is presented the studies a design methodology for the SEC's output filters and a LQR (linear quadratic regulator) resonant control structure. These studies are conducted in order to explore the proposed ELS particularities and, therefore, expand the range of transformer that can be tested. Lastly, the results of computational simulations are used to evaluate these studies, demonstrating the advantages of proposed modifications, and defining the test operational limit in accordance with the transformers characteristics.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um amplo projeto em eletrônica de potência que, ao final visa a construção de uma única placa contemplando um pré-amplificador de áudio, amplificador de potência classe D e fonte de alimentação chaveada para aplicação em máquinas musicais Jukebox. Nos últimos anos houve uma grande expansão na procura por áreas de lazer de aluguel para festas, confraternizações e eventos. Para o sucesso de tais eventos necessita-se, entre outros, de bons equipamentos de som com boa qualidade sonora e potência suficiente para abranger todo o público. A jukebox agrega valor e garante diversão e entretenimento aos usuários. Para aparelhar uma jukebox foi implementado um amplificador classe D pois esta classe tem alto rendimento, em torno de 90% com boa qualidade sonora. Como circuito auxiliar a qualidade sonora também foi desenvolvido um pré-amplificador com equalizador de três bandas para compensação ou atenuação de frequências graves, médias e agudas. Para a alimentação deste amplificador, completando o projeto, foi implementada uma fonte chaveada de alto rendimento. Este projeto será uma boa opção e um grande diferencial para os proprietários de áreas de lazer trazendo mais diversão com qualidade para as pessoas. O amplificador tem oscilação em torno de 400 kHz com dois canais de 150 WRMS e sua eficiência energética é superior a 90%. A fonte tem seleção automática de rede 127 V/220 V, com controle PWM com frequência de chaveamento de 50 kHz e tensão de saída simétrica de +40 V/-40 V. São apresentados os estágios de controle, circuitos de proteção e potência. Após implementado o protótipo foram realizados testes em bancada para avaliar o desempenho de todas as etapas dos circuitos. Deste modo, observou-se que os resultados experimentais foram satisfatórios. O protótipo funciona de forma esperada com boa qualidade, a fonte chaveada e o amplificador classe D apresentaram um rendimento de 93,2% e 99,5%, respectivamente, o que permite concluir que o projeto é viável tanto do ponto de vista técnico como econômico. This work aims to develop a broad project in power electronics that, in the end, aims to build a single board including an audio preamplifier, class D power amplifier and switching power supply for application in musical machines Jukebox. In recent years there has been a great expansion in the demand for rental leisure areas for parties, get-togethers and events. For the success of such events, one needs, among other things, good sound equipment with good sound quality and enough power to reach the entire audience. A jukebox adds value and guarantees users fun and entertainment. To equip a jukebox, a class D amplifier was implemented because this class has high efficiency, around 90% with good sound quality. As an auxiliary circuit for sound quality, a preamp with three-band equalizer was also developed for compensating or attenuating low, mid and high frequencies. To power this amplifier, completing the project, a high-performance switching power supply was implemented. This project will be a good option and a great differential for leisure area owners, bringing more quality fun to people. The amplifier has an oscillation around 400 kHz with two channels of 150WRMS and its energy efficiency is above 90%. The source of 127 V/220 V mains selection selection, with PWM control with switching frequency of 50 kHz and symmetrical output voltage of +40 V/-40 V. Control stages, protection circuits and power are obtained. After the prototype was implemented, tests were carried out on a bench to evaluate the performance of all stages of the circuits. Thus, it was observed that the experimental results were satisfactory. The prototype works as expected with good quality, a switched power supply and the class D amplifier yield 93,2% and 99,5%, respectively, which allows the project to be feasible both from a technical and economic point of view.

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O objetivo deste trabalho é a construção de um conversor eletrônico de potência monofá-sico completo para conexão à rede elétrica de distribuição de baixa tensão alimentado por painel fotovoltaico Painéis fotovoltaicos comerciais geram uma tensão contínua que varia entre 20 e 50V, dependendo do tipo de painel e da ocorrência ou não de conexão entre os mesmos; sendo necessário, portanto, a adequação dos níveis de tensão gerados pelo painel com o nível de tensão da rede elétrica de distribuição, na qual ele será conectado. O conversor eletrônico de potência utilizado neste trabalho é constituído de dois estágios sendo o primeiro CC ¿ CC e o segundo, um inversor, CC ¿ CA. Ele será controlado de duas maneiras: a primeira será responsável pelo con-trole da tensão de entrada do conversor CC - CC e pela injeção de potência no conversor CC - CA o qual, além de ser o responsável pela transformação da tensão contínua em alternada também é responsável pelo sincronismo do conversor CC - CA com a rede elétrica. São apresentados resultados de simulação do funcionamento do conversor para geração fotovoltaica de energia elétrica, sua malha de controle e o funcionamento do sistema elétrico completo. O projeto com-pleto dos conversores e dos circuitos auxiliares bem como os resultados experimentais obtidos em laboratório são apresentados Abstract: The objective of this work is the construction of a complete single-phase power electronic converter for grid connection of low voltage distribution powered by photovoltaic panels. Photo-voltaic panels generates a DC voltage that varies between 20 and 50V, depending on the type of panel and presence or absence of connection between them, it is necessary, therefore, the ade-quacy of voltage levels generated by the panel with the voltage level of the electrical distribution network, in which it is connected. The power electronic converter used in this study consists of two stages with the first is a dc ¿ dc converter and the second is a dc-ac converter, frequency inverter. It will be controlled in two ways: the first is responsible for controlling the input voltage of the dc-dc converter and the power injection in the ac-dc converter which, besides being res-ponsible for the transformation into alternating voltage is also responsible by the synchronism of the converter dc-ac with the utility grid. Simulation results of the converter operation connected to the utility grid are presented, its network control and operation of the complete electrical sys-tem. The complete design of converters and auxiliary circuits and the experimental results obtai-ned in the laboratory are presented Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

This doctoral thesis presents the development of an analythical method to characterize the parasitic elements and surface temperatures in a synchronous boost power converter. Initially is presented the bibliography review punctuating the inherent challenges and scientific researches developed in the power electronics research field in the evolution of DC/DC power conconverters design, like power density, switching frequency, efficiency and reliability increasing. From this point further study on high frequency power converters is made, highlighting power losses and negative effects which occur in the electrical circuit. Furthermore, are evaluated the impacts of the power converter PCB layout in the definition of parasitic elements and the thermal behavior of the constituent elements. After building the theoretical foundation is developed an analythical method which quantifies the parasitic elements and the surface temperature of the main power converter elements in a synchronous boost before its prototyping process in two distinct PCB layouts, with different surface area, cooper thickness, PCB thickness and pcb path dimensions. The analythical method was validated through experimental measurements in two physical prototypes and FEA simulation developed with Ansys Icepak and Ansys Q3D softwares. The obtained results are satisfactory and provide and improvement to the state of the art of high power density and efficient power converters design. A presente tese de doutorado apresenta o desenvolvimento de um método analítico para a caracterização dos elementos parasitas e as temperaturas superficiais em um conversor estático boost síncrono. Inicialmente apresenta-se a revisão bibliográfica contemplando os desafios e pesquisas científicas desenvolvidas no campo da eletrônica de potência na evolução dos conversores estáticos CC/CC, como o aumento da densidade de potência, aumento da frequência de comutação, o aumento do rendimento dos dispositivos eletrônicos e a confiabilidade. A partir disto, aprofunda-se o estudo sobre o comportamento dos conversores estáticos comutados em altas frequências, destacando as perdas e efeitos negativos que ocorrem no circuito elétrico. Ainda, avaliam-se os impactos do layout da PCB dos conversores na definição dos elementos parasitas do circuito elétrico e o comportamento térmico dos elementos constituintes do conversor. Após a construção do embasamento teórico deste tema, desenvolveu-se um método analítico que quantifica os elementos parasitas e as temperaturas superficiais dos principais elementos de um conversor boost síncrono antes da sua prototipação desenvolvidos em dois distintos layouts, com valores diferentes de áreas superficiais, espessura total, espessura dos planos condutores e dimensões das trilhas. Validou-se o método analítico através de medições experimentais em dois protótipos físicos e ferramentas de engenharia assistida por computador (CAE) através da análise por elementos finitos (FEA) desenvolvidas nos softwares Ansys Icepak e Ansys Q3D. Os resultados obtidos são satisfatórios e proporcionam um incremento ao estado da arte no projeto de conversores estáticos com maiores densidades de potência e rendimento.

Orientador: Jose Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: O ozônio se apresenta como um excelente produto químico para ser usado em substituição ou em conjunto com o cloro para o tratamento de água. O ozônio é um potente bactericida e viricida e não deixa resíduos no meio ambiente. A produção deve ser local e requer apenas ar e eletricidade. Um método simples e eficaz para a produção de ozônio é através de microdescargas em barreiras dielétricas em oxigênio. A produção da microdescarga é feita numa célula onde é aplicada uma alta tensão, da ordem de quilovolts. A alta tensão é gerada através de um circuito eletrônico de alto rendimento e interage com a carga para produzir a alta tensão desejada. A fonte de alta tensão foi projetada para fazer o uso das não idealidades do conjunto formado pelo transformador de alta tensão associado a célula ozonizadora. O comportamento da carga permite que a potência de saída seja ajustada pela freqüência de trabalho. A potência de saída é uma variável que está associada com a produção de ozônio a qual pode ser ajustada. O controle da potência foi realizado por um microcontrolador que também incorpora funções de proteção e comando remoto. Os resultados obtidos pela implementação prática do circuito eletrônico corroboram o modelo e as simulações feitas. O circuito foi desenvolvido por uma demanda da indÚstria. A etapa de desenvolvimento do circuito em laboratório atingiu uma maturidade satisfatória para industrialização Abstract: The ozone gas is a powerful oxidizing substance and it can be used for the treatment of water. It is known to be a potent bactericide and viricide and leaves no harmful residues to the environment. Ozone has to be produced on-site and requires only air and eletricity. An efficient way to produce ozone is through diclectric-barrier discharge in oxigen. An electronic high-efficiency circuit is used to generate the necessary high- voltage to make the electric discharge. The circuit was designed to use the resonance of the transformer plus the silent-discharge ozone-generator tube. The transformer non-idealities are usefull for allowing the converter operation in the resonance region, minimizing the commutation losses. The output power can be adjusted setting the switching frequency. The circuit works properly and the practical results match to the simulations. This converter was developed according to the specification of an industry and it is now going into commercial production Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta um estudo aplicado a Filtro Ativo Monofásico de Potência, tendo como "foco principal" o projeto do filtro passivo de saída e da malha de controle. Na análise são considerados os limites estabelecidos por normas internacionais com respeito à interferência eletromagnética conduzida e ao limite de harmônicas de corrente. Os efeitos da impedância da linha e das perdas no filtro passivo também são considerados para o correto dimensionamento do mesmo, visando a não degradação da performance do filtro ativo. Consegue-se uma filtragem da corrente drenada da rede por uma carga não linear, de maneira satisfatória, com freqüência de corte do filtro passivo de saída superior a 3kHz (50!:! harmônica da corrente de linha) sendo os limites de IEM atingidos através do filtro de saída, não amortecido, e com ordem elevada. Resultados de simulação e experimentais são apresentados Abstract: This work presents a study of single-phase active filters investigating specifically the design of the output filter and the control loop. The limits imposed by international standards regarding harmonics and conducted EMI are considered. The effect of the line impedance and the losses in the filter elements must be taken into account to have a secure design. An excellent harmonic compensation is obtained by means of a flat frequency response up to 3kHz, while the EMI limits is obtained by using a high order undraped low-pass filter. Simulation and experimental results are presented. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: A presente dissertação trata do estudo de um Filtro Ativo de Potência (FAP) trifásico a três fios, em sistemas elétricos nos quais se considera a presença de tensões simétricas, mas distorcidas, seguindo o método da síntese de carga resistiva. Discutem-se os problemas que podem surgir no sistema quando se faz a síntese de corrente senoidal em situações com tensões distorcidas. O circuito de controle está baseado em multiplicadores, como nos circuitos corretores do fator de potência, permitindo assim que a corrente siga a mesma forma de onda da tensão, usando um modulador MLP. No projeto foram considerados os limites estabelecidos pelas normas internacionais com relação às harmônicas de corrente e à interferência eletromagnética conduzida. Apresentam-se resultados práticos e de simulação do FAP trifásico Abstract: This work deals with the study of a Three-Phase Active Power Filter in a Three-wire grid, used in electric systems where the voltage is balanced but distorted. This work follows the Resistive Load Synthesis over the Sinusoidal Current Synthesis. The control structure is based on multipliers, like in power factor corrector topologies, in order to generate the necessary compensating current using a PWM modulator. The limits imposed by international standards regarding harmonics and conduced EMI are considered in the filter design. Simulations and experimental results are presented. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: o tema da qualidade de energia elétrica adquiriu grande importância em anos recentes. O número crescente de cargas baseadas em conversores eletrônicos criou a preocupação com a distorção harmônica em sistemas de energia elétrica. Qualidade de energia é um assunto importante tanto para as companhias distribuidoras e geradoras de energia elétrica como para os consumidores. A poluição harmônica pode causar sérios problemas às companhias e aos consumidores. Alguns dos possíveis problemas são a instabilidade na operação do sistema, distorções de tensão, perdas de energia, interferência eletromagnética e ressonâncias perigosas. A utilização de equipamentos para eliminação de harmônicos tornou-se necessária e são versas as soluções possíveis. Tradicionalmente se utilizam Itros passivos do tipo série ou paralelo. Esses Itros resentam como desvantagem suas grandes dimensões, seu custo elevado, elevadas perdas de energia, pouca e cácia, dependendência da interação com parâmetros do sistema e risco de introdução de novas freqüências de ressonância. O desenvolvimento recente da eletrônica de potência e do processamento digital de sinais tornou possível a utilização de Itros ativos de potência, que são condicionadores eletrônicos de energia. Filtros ativos de potência podem ser utilizados para realizar a Itragem de harmônicos em sistemas elétricos, sem os problemas apresentados pelos dispositivos passivos. Filtros ativos série são utilizados para eliminar distorções de tensão e Itros ativos paralelos são usados para eliminar correntes harmônicas originadas por carga não lineares. Esses últimos podem ainda ser usados para corrigir o fator de potência e para equilibrar as correntes de linha em sistemas desbalanceados com quatro os. Este trabalho estuda a aplicação de Itros ativos paralelos a sistemas trifásicos com quatro os. São estudados teorias de potências, métodos de compensação de harmônicos e sistemas de controle. A principal contribuição do trabalho está no emprego de um método seletivo de compensação de correntes baseado em redes neurais adaptativas, além do estudo do emprego de redes neurais no controle de correntes. Esses e outros assuntos foram experimentalmente comprovados com um protótipo de Itro ativo construí do em laboratório Abstract: Electricity power quality has gained increased importance in the past few years. The growing number of power electronicsbased loads has created a preoccupation about harrnonic distortion in electric systems. Electricity power quality is an important issue both for energy utilities and consumers. Harrnonic poIlution may cause severe problems to electricity utilities and consumer networks such as system instability, voltage distortions, power losses, electromagnetic interference and harrnful resonances. The use ofharrnonic ltering equipment has become necessary and many solutions have been studied. Traditional passive devices such as tuned shunt lters and series reactors present disadvantages such as bulky sizes, high costs, increased losses, smaIl effectiveness, dependence on the parameters of the electric system and yet more risk of resonance with other elements of the network. Recent deve10pments in the major of power electronics and digital processing have made possible the pplication of electronic power conditioners such as series and shunt active lters. Active power lters may be used to overcome the drawbacks of passive devices. Series active power lters are used to reduce voltage distortions of electric systems. Shunt active power lters are used to mitigate harrnonic currents originated by nonlinear loads. The latter may be also used for increasing power factor and for balancing line currents in four-wire systems with unbalanced loads. This work is concerned with the application of shunt active power lters to three-phase four-wire electric systems. Power theories, compensation methods and control systems are discussed. The application of a se1ective compensation method based on adaptive neural networks and the employment of a neural network in the current controlIer are the main contributions of this work. These and other subjects were experimentalIy tested with a prototype of an active. power lter built in laboratory Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação Resumo: Este trabalho aborda a implementação de um filtro ativo de potência utilizando um inversor mul­tinível com topologia em cascata assimétrica. Justificativas para utilização de estruturas multiníveis são discutidas. O sistema de controle utilizado garante um fornecimento nulo de potência ativa pelo filtro ativo e que a corrente fornecida pela fonte de alimentação tenha a mesma forma de onda da tensão de alimentação. Com isso, o fator de potência visto pela fonte é próximo de seu valor unitário e a fonte fornece apenas potência ativa à carga. Resultados de simulações e experimentais validam o esquema adotado. Também é descreva uma proposta para se realizar o controle das tensões CC da topologia em cascata assimétrica. Palavras-chave: Eletrônica de Potência, Inversor Multinível, Qualidade da Energia Elétrica, Fil­tro Ativo de Potência, Controle Digital Abstract: This work regards a shunt active power filter implementation using an asymmetrical cascaded multilevel convel1er. Reasons for using multilevel structures are discussed. The system control gua­rantees that the active power filter does not supply active power and the source current has the same waveform of the source voltage. Consequently, the power factor from the source side is almost one and the source only supplies active power to the load. Simulation and experimental results validate the applied scheme. A proposal for controlling the DC voltages from the asymmetrical cascaded topology is also described. Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica Resumo: No setor elétrico algumas indústrias que produzem fontes de' alimentação, "no-break" e estabilizadores de tensão testam estes equipamentos, utilizando resistores para simulação da carga. Isto acarreta perda de energia elétrica por geração de calor. O resultado é o aumento do custo de produção. Este trabalho apresenta uma Carga Eletrônica Regenerativa que substitui os resistores. A energia drenada do equipamento sob teste é devolvida à rede, e o gasto de energia limita-se às perdas nos componentes da carga eletrônica. A topologia básica é um conversor Cuk com capacitor flutuante. Este conversor permite controlar independentemente as correntes de entrada e saída. A topologia apresenta comutações suaves, do tipo (ZVS), sem a necessidade de circuitos adicionais. O mesmo conversor , mas com as posições de entrada e saída invertidas, pode ser utilizado como Fonte de Tensão Com Alto Fator de Potência. As características de comutação suave e alto rendimento são preservadas. O conversor permite obter isolação em alta frequência. Protótipos, em ambas configurações, comprovam os resultados teóricos Abstract: The conventional method for testing power supplies, batteries, uninterruptible power supply (UPS) and other sources of electric power uses resistors as load. This results in wasted heat and increases the equipments production cost.This work presents a Regenerative Electronic Load to substitute those resistors. The basic topology is a capacitive idling Cuk converter. This converter allows to control independently the input current and permits to provide a sinusoidal output current. An appropriate-gate command allows to have some soft-commutation without the use of any auxiliarycircuit. The same converter, with input and output changed, can operate as a Power Supply with Input Power Factor Correction. The characteristics of soft-commutation and high efficiencyare maintained. A simplehigh-efficiencytransformer allows output isolation. AlItheoretical results are experimentally verified. Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho apresenta algumas alternativas para o emprego da máquina de indução trifásica com rotor tipo gaiola na geração de energia elétrica. Os sistemas propostos asseguram boa qualidade de energia, mantendo tensão trifásica regulada, com forma de onda senoidal e freqüência constante em 60 Hz. Pretende-se que estes sistemas sejam empregados em microcentrais hidrelétricas sem regulação de velocidade da turbina, para geração de energia em áreas rurais ou com baixa densidade populacional. O gerador de indução é conectado a um inversor PWM de tensão, o qual opera com freqüência fundamental constante, fixando a freqüência síncrona do gerador. Desta forma, o balanço de potência do sistema é refletido pela tensão CC do inversor, a qual pode ser regulada através do controle da carga CA ou da carga CC do sistema; ou ainda, através da operação como co-gerador, em conexão assíncrona com a rede monofásica da concessionária. Uma terceira alternativa é o emprego de reguladores de velocidade em sistemas de geração acionados por motores a combustão. Os resultados experimentais obtidos atestam a robustez dos sistemas analisados, e a viabilidadede implementação destas alternativas com potências de até 50 kW...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital Abstract: Some alternatives to the three-phase cage-rotor induction machine application in electric power generation were analyzed in this investigation. The proposed generation systems ensure satisfactory energy quality, as they are able to maintainbalanced three-phase voltage, with sinusoidal waveform and constant frequency at 60Hz. These systems are intended to be employed in unregulated-haft turbinedriven microhydroelectric power plants to supply rural as well as low-densely populated areas. The induction generator is connected to the AC side of a voltage-fed PWM inverter, which operates with constant fundamental frequency, maintaining constant synchronous frequency at the generator leads. Thus the system power-balance status is indicated by the inverter DC-voltage, which can be egulated through the AC or the DC load-control; as well as through the operation as single- phase utility-grid connected cogenerator. Moreover, a governed shaft-speed induction-generator based system was investigated. Such an alternative is intended to be applied in fuel-engine driven systems. The experimental results led to the conc1usionthat the studied structures are robust and feasible with rated power up to 50 kW...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Helmo Kelis Morales Paredes Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese apresenta contribuições para a utilização multifuncional de conversores eletrônicos de potência aplicados à geração distribuída de energia. Através das técnicas propostas, o conversor, que convencionalmente atua como interface entre fontes alternativas de energia e a rede elétrica, agrega funcionalidades relacionadas ao tratamento de problemas de qualidade da energia elétrica, passando a operar, também, como um filtro ativo de potência. As estratégias desenvolvidas para viabilizar o uso multifuncional do conversor têm como base a corrente que flui por uma carga local conectada ao ponto de acoplamento do conversor. Através da decomposição da corrente da carga em parcelas ortogonais relacionadas aos distúrbios de qualidade de energia, podem ser escolhidos os distúrbios a serem compensados, bem como o grau de compensação a ser aplicado. Entretanto, devido ao comportamento intermitente e imprevisível das cargas e das fontes alternativas de energia, a capacidade de potência ou corrente do conversor pode ser insuficiente para realizar sua função primária, isto é, a injeção da energia produzida pela fonte local, simultaneamente à compensação de distúrbios de qualidade de energia. Por isso, são desenvolvidas estratégias para limitar a potência ou corrente processadas pelo conversor, priorizando a injeção da potência gerada pela fonte local. Também é apresentado um breve estudo sobre a operação coordenada entre conversores multifuncionais em microrredes inteligentes de energia. Através de uma rede de dados os conversores são conectados a uma central de monitoramento e supervisão que ajusta de forma "on-line" as funções auxiliares que devem ser executadas por cada um dos conversores. As análises e testes realizados ao decorrer do trabalho consideram um cenário comumente encontrado em redes de distribuição de energia em baixa tensão, cujas impedâncias são elevadas e a distorção harmônica presente na tensão é considerável. As estratégias multifuncionais propostas neste trabalho foram validadas por resultados experimentais obtidos através da implementação de protótipos de conversores multifuncionais Abstract: This thesis presents the development of strategies to operate grid-tied power electronic converters, which are conventionally used as power interface between renewable power sources and the grid, as a multifunctional device. Through the application of the proposed control techniques, the grid-tied converter is able to aggregate additional features intended to perform ancillary services related to power quality improvement. Therefore, the original function of the grid-tied converter is combined with features of an active power filter. The strategies developed to allow the multifunctional operation are based on the current throughout a local load which is connected at the point of coupling of the converter. By means of the decomposition of the load current into orthogonal components it is possible to choose the kind of disturbance to be compensated, as well as, the level of compensation. However, due to the unpredictable behavior of renewable energy sources and loads, the power or current capacity available in grid-tied converter may be insufficient to perform its primary function, i.e. the injection of the active power generated by the energy source, along with the power quality improvement. Therefore, strategies to limit the power or current processed by the converter are developed giving priority to the active power injection. It is also presented a brief study about the coordinated operation of multifunctional power converters used in smart microgrids. A communication network is used to connect the power converters to a remote central of supervision that adjusts the ancillary services each converter should perform. Analysis, tests and discussions performed in this thesis consider a scenario commonly observed in low voltage energy networks, where the grid is weak and, in general, non-sinusoidal. The strategies and techniques proposed were validated through experimental results obtained by the implementation of multifunctional power converters prototypes Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica FAPESP 2011/15884-6

Orientador: Jose Antenor Pomilio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Esta tese apresenta métodos para a síntese de indutâncias negativas, bem como suas aplicações e estudos de estabilidade. Este comportamento não-natural é analisado com base em modelagem matemática, simulações e resultados experimentais. São apresentados métodos já descritos na literatura, como o VAPAR e o BVI, bem como uma metodologia alternativa, a SDR, que apresenta vantagens em aplicações em que a indutância negativa é inserida em série em um circuito elétrico. Todos os três métodos utilizam conversores CC-CA para realizar a síntese da tensão exigida. As aplicações estudadas são a correção do fator de potência, a regulação de tensão e a compensação de linhas de transmissão Abstract: This doctorate dissertation presents methods for emulating negative inductance, as well as their applications and stability analysis. Such non-natural behavior is analyzed based on mathematical modeling, circuit simulations and experimental results. Previously presented synthesis methods, the VAPAR and the BVI are described, and a new strategy, called SDR is introduced. The SDR method is useful when the negative inductance is series connected to an electrical circuit. All the methods use a DC-AC converter for synthesizing the necessary voltage. The applications include power factor correction, voltage regulation and transmission line compensation Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta tese apresenta contribuições para o emprego de inversor multinível em cascata simétrica como filtro ativo de potência. O balanceamento das tensões nos barramentos CC é feito a partir de informação de um único bit obtido em cada módulo do conversor. O balanceamento é realizado através da postergação ou da supressão dos pulsos e, também, pela organização da ordem de acionamento das chaves semicondutoras de potência. A estratégia de modulação desenvolvida permite também a equalização dos pulsos de chaveamento entre os diversos módulos do inversor e suprime um porcentual de comutações redundantes ou irrelevantes, minimizando as perdas do conversor. Toma-se como parâmetro de qualidade a distorção harmônica decorrente de tais procedimentos. A técnica desenvolvida viabiliza a inserção de células em redundância, o que aumenta a confiabilidade da operação, favorecendo sua aplicação em filtros ativos de potência e dispositivos de condicionamento aplicados em redes de energia elétrica. O controle da corrente do filtro ativo e o controle das tensões nos barramentos CC são executados por dois controladores independentes, cujos projetos são detalhados e equacionados. A estratégia foi avaliada em um protótipo experimental de baixa tensão, constituído de um conversor multinível composto por quatro células simétricas, sendo uma em redundância, comandadas por um microcontrolador. Foram realizadas, também, simulações, considerando um alimentador de distribuição com 22,5 MVA e 13,8 kV. Nas análises dos resultados, são considerados os valores estabelecidos por normas relativas ao limite de harmônicas de corrente Abstract: The present thesis shows contributions to the use of symmetrical cascaded multilevel inverter as active power filter. The balancing of the voltages on the DC bus is made from a single bit of information obtained in each converter module. Balancing is performed by postponement or suppression pulses and also for organizing the order of activation of the power semiconductor switches. The modulation strategy developed also allows the equalization of switching pulses between different inverter modules and removes a percentage of redundant or irrelevant switching, minimizing the losses of the converter. Taken as the quality parameter was the harmonic distortion resulting from such procedures. The technique developed enables the insertion of cells in redundancy, which increases reliability of the operation, in favor of their use in active power filters and conditioning devices used in power grids. The current control of active filter and control voltages in DC buses are performed by two independent controllers, whose projects are detailed and calculated. The strategy was evaluated in an experimental prototype low-voltage, consisting of a multilevel converter composed of four symmetrical cells, one redundancy, controlled by a microcontroller. It was also performed simulations considering a distribution feeder with 22.5 MVA and 13.8 kV. In the analysis of the results it was taken into account established values by standards for harmonic current limit Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) The three-phase dc-ac converters based on power electronics are the main equipment used to connect renewable sources to the electricity distribution system. The three-phase four-wire distribution system with voltage unbalance has undesired negative and zero sequence components, which can cause several negative impacts to the system. Among these impacts, it stands out as synchronism failures between the dc-ca converter and the electrical grid, which is normally done through Phase Lock Loop (PLL). The Synchronous Reference Frame-PLL (SRF-PLL) is it used. However, this method does not perform well when the electrical grid has voltage unbalance, since negative and zero sequence components are present in the unbalanced system. There are PLLs that can be used, within certain operating limits, in an electrical grid with voltage imbalance, such as Dual Second Order Generalized Integrator-PLL (DSOGI-PLL) that allows the synchronism between the converter cc-ca and the mains even in conditions of voltage imbalance. In this work, the performance of SRF-PLL and DSOGI-PLL is studied when the cc-ca converter is subjected to several imbalance factors. The simulation results are obtained, bulletin with the balanced system. In addition, the system was simulated with unbalanced loads, considering some operating situations. The main conclusion obtained is that the cc-ca converter can inject sinusoidal currents into the electrical grid up to a certain operating limit using the DSOGI-PLL Os conversores cc-ca trifásicos baseados em eletrônica de potência são os principais equipamentos empregados para a conexão de fontes renováveis ao sistema de distribuição de energia elétrica. O sistema de distribuição trifásico quatro a fios com desequilíbrio de tensão apresenta componentes indesejados de sequência negativa e zero, que podem ocasionar vários impactos negativos ao sistema. Dentre esses impactos, destacam-se as falhas de sincronismo entre o conversor cc-ca e a rede elétrica, que é feito normalmente por meio do PLL (Phase Lock Loop). O SRF-PLL (Synchronous Reference Frame-PLL) é utilizado. Entretanto, esse método não apresenta bom desempenho quando à rede elétrica possui desequilíbrio de tensão, uma vez que componentes de sequência negativa e zero estão presentes no sistema desequilibrado. Existem PLLs que podem ser usados, dentro de certos limites de operação, em uma rede elétrica com desequilíbrio de tensão como, por exemplo, DSOGI-PLL (Dual Second Order Generalized Integrator-PLL) que possibilita o sincronismo entre o conversor cc-ca e à rede mesmo em condições de desequilíbrio de tensão. Neste trabalho também é estudado o desempenho do SRF-PLL e DSOGI-PLL quando o conversor cc-ca é submetido a diversos fatores de desequilíbrio. Os resultados de simulação são obtidos, inicialmente, com o sistema equilibrado. Além disso, o sistema foi simulado com cargas desequilibradas, considerando algumas situações de operação. A principal conclusão obtida é que o conversor cc-ca pode injetar correntes senoidais à rede elétrica até um certo limite de operação utilizando o DSOGI-PLL. 88882.427094/2019-1

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A presente tese refere-se a um modelo de controle de corrente para conversores em matriz trifásico para trifásico e inversores fonte de tensão trifásica sem capacitor no elo de corrente continua com o objetivo minimizar e compensar as distorções presentes nas tensões de saída dos conversores de modo a obter correntes elétricas senoidais na carga. Nesses conversores, por não possuírem elementos armazenadores de energia de grandes valores, os desequilíbrios e/ou distorções presentes nas tensões de entrada irão se refletir nas tensões de saída. O modelo de controle de corrente proposto consiste em manter constante o módulo do vetor espacial das correntes de saída do conversor em matriz por meio de um regulador PI que altera dinamicamente a razão cíclica de acionamento das chaves de potência compensando os desequilíbrios e distorções das tensões trifásicas de entrada. O desempenho do controle proposto é validado por meio de simulações executadas no Matlab e em resultados experimentais obtidos no protótipo de um inversor fonte de tensão sem capacitor no elo de corrente continua alimentando uma carga RL trifásica Abstract: This thesis concern a current control method for three-phase matrix converter and three-phase voltage source inverter without a dc link capacitor in order to mitigate and compensate the distortions present in the output voltages so that the output currents are sinosoidal. In these converters, because of lack of large storage elements, imbalances and/or distortions present in the input voltage will be immediately reflected to the converter output voltages. The proposed current control model forces the magnitude of the output space vector current to be constant through a PI controller that dynamically alters the duty cycle of the power converter switching for compensating the imbalances and distortions from input voltages. The performance of this current control is validated by simulations implemented in Matlab and experimental results on the prototype of a voltage source inverter without a DC link capacitor feeding a three-phase RL load Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho é uma contribuição ao estudo de conversores eletrônicos para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída de energia elétrica. O objetivo principal é apresentar o desenvolvimento e os resultados de um conversor eletrônico trifásico para a conexão de um conjunto de painéis solares fotovoltaicos à rede elétrica de baixa tensão. São apresentados resultados experimentais e estudos teóricos sobre a modelagem e a simulação de dispositivos fotovoltaicos, a regulação da tensão fotovoltaica, o rastreamento da máxima potência e a modelagem e o controle de um conversor eletrônico de dois estágios Abstract: This work is a contribution to the study of power converters for photovoltaic distributed generation systems. The main objective is to present the development and results of a threephase power converter for a grid-connected photovoltaic plant. The work presents experimental results and theoretical studies on the modeling and simulation of photovoltaic devices, regulation of the photovoltaic voltage, maximum power point tracking, and the modeling and control of a two-stage grid-connected power converter Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho aborda as características que envolvem o gerenciamento da operação de um sistema monofásico de geração distribuída. Embora tais características possam ser expandidas para sistemas trifásicos e de potência elevada, o sistema proposto está relacionado com aplicações de geração distribuída em baixa tensão ou naquelas que envolvam consumidores residenciais. O funcionamento do sistema proposto é baseado em um conversor eletrônico de potência elaborado a partir da estrutura multinível na topologia cascata assimétrica de 19 níveis. Nesta topologia, as tensões dos barramentos CC devem ser isoladas e desiguais entre si. Tal condição permite o envolvimento, nos barramentos CC do inversor, de múltiplas ou diferentes fontes alternativas de energia elétrica tais como sistemas fotovoltaicos, sistemas de células a combustível ou sistemas eólicos associados com conversores CC/CC. Com o sistema em operação, busca-se uma injeção apenas de potência ativa no sistema de distribuição alimentador e um fornecimento ininterrupto de energia elétrica para uma carga local mesmo quando nesta predominar características não-lineares de alimentação. Assim, de acordo com os seus objetivos, o sistema proposto opera de forma contínua e intercalada entre os modos ilhado e compartilhado. Detalhes sobre tais modos de operação e suas respectivas transições são apresentadas. As transições envolvem a detecção de ilhamento e o êxito no sincronismo. Em função disso, é apresentado um método ativo de detecção de condições de ilhamento. Tal método representa a adaptação de um método ativo já existente (AFDPF) aos requisitos de operação do sistema proposto neste trabalho. Justificativas e detalhes dessa adaptação do método ativo AFDPF são apresentados. Com relação à outra transição, um método de sincronismo baseado em técnicas PLL é apresentado. Tal método de sincronismo atende os requisitos estabelecidos em IEEE Std 1547-2003, diminuindo os impactos de uma possível religação com o sistema de distribuição. Para permitir um melhor funcionamento sob diferentes requisitos, também são descritas as etapas que envolvem os métodos de projeto dos controladores adotados: controlador PI de corrente de saída; controlador PI de potência média injetada; e controlador P+Ress de tensão na carga. Em especial, é apresentada uma nova metodologia de projeto do controlador proporcional e ressonante (P+Ress) de tensão baseada na sua resposta em malha fechada observada no domínio do tempo, em contrapartida ao seu método clássico de projeto baseado no domínio da freqüência. Um modelo matemático para simulações computacionais e um protótipo experimental utilizando o DSP TMS320F2812 foram considerados. Resultados de simulações computacionais e experimentais são comparados e permitem a verificação do comportamento do sistema proposto sob condições normais e anormais de operação Abstract: This work regards the issues related to the operation management of a single-phase distributed generation system. Although these issues can be applied three-phase systems and high power systems, the proposed system is related to low voltage distributed generation applications or related to residential consumers. The operation of the single-phase proposed system is based on an utility-interactive power electronics converter which is composed by an asymmetrical cascaded multilevel inverter. This topology is able to create an output signal with up to 19 levels and it is supplied by DC voltage power sources that must be isolated and unequal from each other. By this demand it is possible to combine multiple and/or different alternative DC voltage power supplies as photovoltaic, fuel cells or wind energy systems into the DC buses of the single-phase multilevel inverter. During the operation of the proposed system, an injection of only active power into the grid utility and an uninterrupted load supply are achieved even when the local load (or group of local loads) has predominant nonlinear characteristics. For those reasons the proposed system operates continuously and alternately between two operation modes: grid-connected mode and stand-alone mode. Details about them and its transitions are also presented. The transitions are related to a correct detection of islanding situations and also to an effective synchronization method. The islanding detection is achieved by adaptations on an already known active method (AFDPF) to accomplish the project's goals. The reasons and details about these adaptations are presented. Furthermore the synchronization method is described and it is based on PLL techniques. Both transition methods meet the IEEE Std 1547-2003 requirements and it decreases the impacts from the proposed system into grid utility. To guarantee a suitable operating under several conditions, a wide range of operation points can be found by using the design methods described to each proposed controller: PI output current controller; PI injected active power controller; and a P+Ress load voltage controller. In highlights it is proposed a new design method to proportional and resonant controller (P+Ress) based on its closed-loop time response, instead of the classical method based on its open-loop frequency response. A mathematical model for simulations and an experimental low power prototype based on DSP TMS320F2812 have been considered. Simulation and experimental results are compared and they allow examining the performance of the proposed system operating under normal and abnormal conditions Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: José Antenor Pomilio, Edson Adriano Vendrusculo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os filtros híbridos combinam o filtro passivo com o filtro ativo para a obtenção de um filtro que aproveita as qualidades de ambos. O filtro híbrido possui uma redução de potência na sua parte ativa e apresenta um melhor desempenho que o filtro passivo. Existem diferentes topologias de combinações entre o filtro passivo e o filtro ativo, cada uma com suas características. A topologia mais usual é aquela em que o filtro ativo fica em série com o filtro passivo. Neste trabalho será analisada a topologia com o filtro ativo em paralelo com o indutor do filtro passivo. A vantagem desta topologia é a divisão das correntes harmônicas entre ambos os filtros, o que não ocorre na topologia série. O funcionamento do filtro híbrido na compensação das harmônicas de corrente da carga é aprofundado, ampliando as discussões anteriormente publicadas, identificando novas características de operação, contribuindo no estabelecimento de procedimentos de projeto tanto do circuito de potência quanto de controle. Um estudo teórico da atuação do filtro híbrido em um alimentador industrial de média tensão descrito na norma IEEE 519-1992 (workbench) é também apresentado. Resultados experimentais de implementação em um protótipo são apresentados de modo a comprovar a técnica de controle usada e também avaliar a compensação de correntes harmônicas em situações distintas de carga e harmônico de tensão na rede Abstract: Hybrid Filters combine the passive filter with the active filter to obtain a filter that takes advantage of the qualities of both. The hybrid filter has a power reduction in its active part and presents better performance than the passive filter. There are different topologies of the combinations between the passive filter and the active filter, each with its own characteristics. The most common topology is the active filter in series with the passive filter. In this work the topology that will be analyzed is one where the active filter is parallel to the inductor of the passive filter. The advantage of this topology is the division of the harmonic current between the two filters, this does not occur in the series topology. The operation of the hybrid filter in the compensation of the load harmonic current is improved, expanding the discussions previously published, identifying new characteristics of operation, contributing to the establishment of design procedures in the power circuit as in the control. A theoretical study of the hybrid filter performance in an industrial medium voltage power supply described in IEEE standard 519-1992 (workbench) is presented too. Experimental results from a prototype implementation are presented in order to check the control technique used and also to evaluate the current harmonic compensation in different situations of the load and harmonic voltage in the source Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Carlos Alberto dos Reis Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho propõe uma nova estrutura de circuito elevador de tensão de onda completa implementável em tecnologia CMOS padrão, que tem como características relevantes uma eficiência energética maior do que estruturas similares anteriores, seu controle é efetuado por apenas duas fases de clock e também esta estrutura implementa controle de sobre-tensão no óxido de porta de seus transistores MOS, de modo que seja o mínimo possível. A estrutura proposta é apresentada em quatro diferentes versões, que têm por objetivo otimizar o funcionamento do circuito de modo a reduzir o tempo de subida de sua curva de tensão de saída, e também buscando uma estrutura livre de sobre-tensão no óxido de porta de todos os seus transistores. No desenvolvimento deste trabalho foram projetados e fabricados em tecnologia CMOS 0.35jm distintas configurações de circuitos elevadores de tensão, conhecidos na literatura como chargepumps. Os resultados obtidos tanto das simulações como das caracterizações destes circuitos permitem constatar que o trabalho realizado representa uma contribuição na área. Abstract: This work proposes a new full wave voltage multiplier structure realizable in standard CMOS technology, which features a power efficiency that is higher than previous similar structures, its control is performed by only two clock phases, and it also performs gate-oxide voltage overstress control of its MOS transistors toward making it be as low as possible. The new structure is presented in four different versions. These distinct versions were developed aiming at to optimize the circuit operation in order to reduce the rise-time of its output voltage, and also to accomplish a structure without gate-oxide overstress in all its MOS transistors. Throughout the course of this work, distinct configurations of voltage multiplier circuits were designed and manufactured in 0.35jm CMOS technology, these circuits are known in the literature as charge pumps. The conclusion that this work represents a contribution in this field is based on the simulations and measurement results of these circuits. Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomílio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: O trabalho tem como aplicação a geração de ozônio, que se dá em uma célula ozonizadora a partir de descargas eletrostáticas resultantes da aplicação de alta tensão por um transformador. Uma ressonância série essencialmente determinada pela indutância de dispersão e a capacitância equivalente do sistema surge, para este caso, em frequências na ordem de kHz. A operação do inversor de alimentação com uma frequência de chaveamento pouco maior do que a frequência de ressonância série tem como vantagens a comutação suave das chaves do inversor, um alto ganho de tensão e a possibilidade da construção de transformadores menores comparado à operação em 60 Hz. Visando o aumento da potência total do sistema e, consequentemente, aumento na capacidade de geração de ozônio, como alternativa para tal é feita a conexão em paralelo de diversos conjuntos formados por transformadora e respectiva célula, com potência da ordem de centenas de Watts, sendo estes alimentados por um único inversor. No entanto, a dispersão de parâmetros dos transformadores e células, leva a diferentes valores de potência por conjunto, estando alguns com potência acima da nominal e outros abaixo. A fim de se obter uma distribuição igual de potência entre as cargas, é apresentada uma estratégia para a equalização de potência em uma associação em paralelo de circuitos ressonantes com dispersão de parâmetros. O ajuste da sintonia é feito por meio de compensação série utilizando a técnica de síntese direta de reatâncias. Um modelo baseado no método médio generalizado foi obtido para que os parâmetros do controlador utilizado na equalização de potência fossem determinados. O uso de transformadores geralmente traz a necessidade de se precaver a um processo de saturação, todavia, é apresentada uma estratégia de controle capaz de impedir a saturação, por meio da síntese de capacitância variável série. Resultados de simulação e experimentais mostram o comportamento dos circuitos e das estratégias de controle propostas Abstract: The work is applied to ozone generator, which occurs in an ozone generator cell through electrostatic discharges produced by high voltage transformer. A series resonance essentially determined by the leakage inductance and equivalent capacitance of the system arises in this case, at frequencies on the order of kHz. The operation of the inverter which feeds the load with switching frequency above the series resonance frequency has the advantages of soft switching at the inverter switches, a high voltage gain and the possibility of construct smaller transformers compared to operation at 60 Hz. Seeking to increase the total power system and, consequently, the capacity of ozone generation as an alternative is placed in parallel several loads formed by the transformer and respective cell, with a power of hundreds of Watts, fed by a single inverter. However, due to electrical parameters dispersion, there is not an equal distribution of power among the loads, with some being above the nominal power and other below. Order to obtain an equal distribution of power, a strategy is presented for balancing the power among paralleled loads. The balance is achieved through series compensation using the Direct Reactance Synthesis. A model based on the generalized average method is obtained for the controller parameters used in the equalization of power were found. Transformers usually need attention to avoid saturation; therefore, this work presents a control strategy to prevent the saturation, by synthesis of series variable capacitance. Simulation and experimental results show the behavior of circuits and proposed control strategies Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma arquitetura de regulador de tensão do tipo multi-fase para alimentação de microprocessadores, os quais demandam pequena variação em sua tensão, mesmo face aos seus agressivos transitórios de corrente. O estudo engloba a análise, que descreve as vantagens e desvantagens de topologias de reguladores chaveados, o projeto, a simulação, a fabricação e a caracterização experimental do regulador. Na etapa de projeto, uma nova abordagem no dimensionamento do filtro externo LC é apresentada, considerando-se seus respectivos elementos parasitas, a partir da introdução do parâmetro .fator de não idealidade., ou n, que é compreendido no intervalo [0, 1]. Quanto mais n se aproxima da unidade, menores serão os elementos parasitas do filtro, facilitando a escolha dos capacitores e indutores no mercado. Adicionalmente, é proposta uma técnica de projeto do compensador em freqüência, aplicada em topologias realimentadas por tensão. Esta consiste na soma de sua tensão de saída com a diferença de potencial entre dois de seus nós internos, que ocorre apenas durante o transitório de carga, reduzindo o tempo de resposta do regulador. Simulações mostraram uma queda de mais de 25% na ondulação da tensão de carga utilizando esta técnica, em comparação com a solução convencional. O processo, simulador e modelos utilizados neste trabalho são, respectivamente, o AMS H35, PSPICE e Bsim3v3. O layout do regulador foi feito via Mentor Graphics e possui área efetiva de 0,444mm2. A fabricação na foundry AMS foi viabilizada pelo programa multi-usuário da FAPESP. A caracterização experimental compara o tempo de resposta do regulador nas mesmas condições da etapa de simulação. Resultados experimentais indicaram uma redução de 96,1% na ondulação da tensão de carga durante seu transitório de corrente utilizando a técnica proposta, em comparação a solução convencional, validando a nova técnica de projeto do compensador em freqüência. O presente trabalho é concluído enfatizando-se os objetivos alcançados e principais resultados experimentais obtidos, dificuldades de projeto e limitações da arquitetura do regulador chaveado estudada Abstract: This work aims to study the topology of multi-phase voltage regulators applied to microprocessors, where only tiny variations in the supply voltage are allowed, even when facing aggressive current transients. This study consists in the analysis, which describes the advantages and disadvantages of switched voltage regulator topologies, design, simulation, layout and experimental characterization of the proposed regulator. In the design phase, a new approach in sizing the external LC filter is herein described, considering their stray elements, through the introduction of the .non ideality. parameter, or n, which is valid within interval [0,1]. As more as n approaches unity, less parasitic elements the filter will have, easing the choice of the capacitors and inductors commercially available. In addition to this, a new technique applied to voltage feedback topologies is proposed, which consists in adding the output voltage of the frequency compensator to a voltage between two of its internal nodes. With such an approach, the response time of the regulator to load transients decreases. Simulation results show a reduction over 25% in the output voltage ripple using this new approach, when comparing to the traditional solution. The process, simulator and models used in this work are, respectively, AMS H35, PSPICE and Bsim 3v3. The layout of the regulator was edited through Mentor Graphics, and it has an effective area of 0.444mm2. The fabrication in foundry AMS was done by multi-user program of FAPESP. The experimental characterization compares the response time of the regulator in the same conditions of simulation phase. Experimental results indicated a 96,1% reduction in load voltage ripple during transient, when comparing the purposed technique with the traditional solution, validating the excellent performance of the regulator with the new design technique. This work is concluded by emphasizing the reached objectives and main experimental results reached, design difficulties and limitations of the switched-regulator architecture studied Mestrado Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A conexão de inversores para sistemas fotovoltaicos de geração distribuída à rede de distribuição cria situações de risco às cargas que estão conectadas ao ponto de acoplamento comum (PAC) e aos funcionários da concessionária que fazem a manutenção da rede elétrica. Uma situação de risco que deve ser evitada consiste no fornecimento de energia elétrica, por um ou mais inversores, à rede de distribuição após a desconexão da rede elétrica principal. O isolamento de sistemas de geração distribuída que continuam com a alimentação da potência requerida pela carga no PAC é conhecido na literatura como ilhamento. O ilhamento não intencional pode ser evitado utilizando técnicas de detecção de ilhamento. Neste trabalho, são apresentados um estudo detalhado das principais técnicas de anti-ilhamento encontradas na literatura e os principais inversores para sistemas fotovoltaicos. Para validar o funcionamento de estratégias de detecção de ilhamento em uma rede de distribuição de energia elétrica, dois inversores monofásicos de dois estágios conectados à rede elétrica foram simulados e construídos e os métodos de anti-ilhamento Active frequency drift e Active frequency drift with positive feedback foram implementados e testados. Três casos de estudos são analisados. O primeiro leva em conta o ilhamento de apenas um inversor. O segundo caso quando se inclui outro inversor ao PAC. Por fim, é inserido comunicação serial entre os dois inversores para melhorar a resposta da detecção de ilhamento. Os resultados de simulação e suas comprovações experimentais são apresentadas ao final Abstract: The connection of inverters for distributed generation photovoltaic systems to the distribution network creates situations of risk to the loads that are connected to the point of common coupling (PCC) and personals who maintain the power grid. A risk that should be avoided is the supply of electricity, by one or more inverters, to the distribution network after disconnecting the main power grid. The isolation of distributed generation systems that continue to supply the power required by the load at the PCC is known in the literature as islanding. The unintentional islanding can be avoided by using islanding detection techniques. In this work, we present a detailed study of the main anti-islanding techniques found in the literature and the main inverters for photovoltaic systems. To validate the operation of islanding detection strategies in an electrical power distribution network, two single phase two-stage photovoltaic systems connected to the grid were simulated and built and the anti-islanding methods Active frequency drift and Active frequency drift with positive feedback have been implemented and tested. Three case studies are analyzed. The first takes into account the islanding of only one inverter. The second case when it includes another inverter to the PAC. Finally, serial communication is incorporated between the two inverters to improve islanding detection response. The simulation results and their experimental verifications are presented at the end Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CNPQ 831346/1988-4

Orientador: José Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Os conversores CC-CC possuem importantes aplicações no aproveitamento de fontes renováveis de energia elétrica e nos veículos elétricos. Nestas aplicações, muitas vezes é desejável que o conversor opere com elevado ganho de tensão. Esta dissertação investiga topologias de conversores CC-CC não isolados, que possuem potencial de trabalhar com elevado ganho de tensão. Uma das topologias estudadas, o interleaved double dual boost, é utilizado parademonstrar as técnicas de projeto e controle do conversor. São apresentados resultados experimentais para este conversor. Abstract: The DC-DC converters have important applications in the electric energy generation using renewable energy sources and in the electric vehicles. In those applications, it is often required that the converter operates with high voltage gain. This work investigates some non-insulated topologies of DC-DC converters that can be used when high voltage gain is necessary or convenient. One of the studied topologies, the six-phase interleaved double dual boost, is used to demonstrate the design and control techniques. Experimental results for this converter are presented. Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Esta dissertação aborda conversores eletrônicos de potência utilizados em processos de produção de ozônio por descarga eletrostática em alta freqüência, propondo técnicas para melhorar o desempenho do sistema, bem como aumentar a confiabilidade do mesmo. Uma das técnicas propostas é utilizada para evitar a saturação dos transformadores de alta tensão, por meio da introdução de um controle rápido de corrente. Um controle lento da tensão também é introduzido, visando eliminar níveis médios que possam existir nas tensões, evitando assim a atuação prolongada do controle de corrente. Com intuito de aumentar a potência do sistema e, conseqüentemente, a geração de ozônio, são realizados estudos baseados em uma topologia de conversores polifásicos. É proposta uma nova técnica de controle para equalizar as potências nas fases do conversor. Discrepâncias nas potências ocorrem devido às diferenças entre os valores dos parâmetros das células geradoras de ozônio e dos transformadores, levando a um desbalanceamento da carga polifásica conectada ao conversor. A técnica de equalização consiste basicamente em aplicar tensões desbalanceadas à carga para compensar o desequilíbrio. Para tanto, é necessário realizar a realimentação de tensões e correntes no primário dos transformadores. São apresentados estudos, simulações e resultados experimentais para validar as técnicas e topologia propostas. Os resultados obtidos a partir da implementação prática convergem para os resultados obtidos por simulação, indicando que os métodos estudados são viáveis para a aplicação Abstract: This work discusses power electronic converters used in ozone generation by highfrequency electrostatic discharge, suggesting techniques to improve the system performance and increase its reliability. One of the techniques is used to avoid saturation of the high voltage transformer through the introduction of a fast current control. A slow voltage control is introduced too. This control eliminates average levels that may exist under the voltage, thus avoiding the actuation of the current control for long time. A poly-phase topology is studied in order to increase the power delivered to the load and, consequently, the generation of ozone. A new control technique is proposed to equalize the power among the phases of the converter. Discrepancies in power values, among converter phases, are due to the dispersion of the parameters of the ozone generating cells and transformers, leading to a load imbalance. The equalization technique consists basically on applying unbalanced voltages to the load, in order to compensate the load unbalance. Therefore, it is necessary to perform the feedback voltage and currents on the primary side of transformers. It is presented studies, as well as, simulations and experimental results to validate the topology and the proposed techniques. The results obtained from the implementation converge to the simulated ones, indicating that the studied methods are feasible for implementation Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomilio Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Este trabalho aborda o acionamento da máquina síncrona de magnetos permanentes em um sistema com frenagem regenerativa. O controle da máquina é realizado por orientação de fluxo e possui observadores para estimar a posição e a velocidade angular do rotor. O sistema de armazenamento de energia é uma topologia híbrida bateria/capacitor. A alimentação do inversor é fornecida por um barramento CC de tensão controlada por um conversor CC/CC elevador de tensão. Esse conversor é controlado por malhas aninhadas de corrente no indutor e tensão no capacitor, que determinam o fluxo de energia entre os sistemas de armazenamento. A referência da tensão CC é uma função da velocidade do rotor e possibilita que o capacitor forneça e absorva energia da máquina. O dimensionamento do capacitor do barramento CC e a administração de energia faz com que picos de potência na bateria sejam atenuados durante as acelerações e as desacelerações Abstract: his work adresses the driving of a permanent magnet synchronous machine in a system with regerative braking. The machine control is done by flux orientation and has observers for estimation of the rotor position and speed, needed in this control. The energy storage system is a hybrid topology battery/capacitor. The feeding of the inverter is supplied by the DC link that is controlled by a DC/DC boost converter. The converter control is executed by nested loops of inductor current and capacitor voltage that manages the energy flow between the storage systems. The DC voltage reference proposed is a function of the machine speed and it allows the DC link capacitor to supply and absorb kinetic energy from the machine. The sizing of the DC link capacitor and the energy managing makes the power peaks, in the battery, lower during the accelerations and the brakings Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica CAPES 1490992

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Neste trabalho de Mestrado, foi projetado um conversor DC/DC charge-pump (CP) duplicador de tensão para corrente de carga máxima de 20mA, e que necessita de circuitos de controle para o apropriado acionamento das chaves, regulação de tensão e proteção do estágio duplicador de tensão. O sistema de controle projetado é composto por um circuito de regulação linear (CRL), um regulador Skip, um limitador de corrente (LC) e um circuito de bootstrapping (BOOT) que auxilia o acionamento do estágio duplicador. CP corresponde ao estágio de potência do sistema que faz interface direta com a carga, sendo sua tensão de entrada (PVIN) nominal no valor de 1,5V. O trabalho objetiva obter um conversor DC/DC funcional (demonstrado por resultados de Silício) atingindo resultados experimentais com o menor desvio possível comparados aos valores simulados durante o projeto. A tensão simulada de saída (VOUT), a vazio (sem carga), é 3V. Para carga máxima DC (20mA), o valor de VOUT simulado é de 2,4V. O circuito BOOT gera uma tensão na faixa de 4,5V - 5V, para uma carga DC de 1mA. A corrente limitada pelo bloco LC no circuito duplicador é 30mA. O CLR gera uma tensão inversamente proporcional a VOUT, tendo seus limites mínimo e máximo de 1,3V e 5,2V, respectivamente. Todo o sistema foi integrado no processo de fabricação AMS 0.35um HV, exceto os capacitores do estágio duplicador e do circuito de bootstrapping que são externos. Os resultados experimentais mostram desvio (comparados com simulação) de -12,5% em VOUT @ 20mA DC e -0,13% sem carga, -6% à saída de BOOT @ 1mA DC, +23% CLR mínimo, -3,85% em CRL máximo e +10% na corrente limitada. Durante o desenvolvimento deste trabalho, o Circuito de Regulação Linear (CRL) foi publicado no SBCCI 2009 apresentando sua rápida resposta à transientes de carga, o que é sua grande vantagem comparado a circuitos anteriormente propostos Abstract: In this work, a DC/DC charge-pump voltage-doubler converter, for maximum load current of 20mA, was designed and fabricated. The Charge Pump (CP) needs control circuits for properly switching, voltage regulation and protection of voltage doubler stage. The control system designed comprises a linear regulation circuit (CRL), a Skip mode regulator, current limitation circuit (LC) and a bootstrapping circuit (BOOT), which provides the appropriate voltage to turn on CP power transistors. The voltage doubler is the power stage that interfaces directly to the load and its nominal input voltage PVIN is 1.5V. The objective of this work is to guarantee that the proposed DC/DC converter works properly (proved by Silicon results) and to achieve experimental results with the least deviation possible compared to simulation. The nominal output voltage (VOUT) with no load is 3V. For maximum DC load (20mA), simulated VOUT is 2.4V. BOOT circuit provides voltage within 4.5V - 5V for DC current load of 1mA. The LC limits the drawn current through the voltage-doubler at 30mA. The CRL provides a control voltage inversely proportional to VOUT and its minimum and maximum are 1.3V and 5.2V respectively. The whole system has been integrated in AMS 0.35um HV except the capacitors of CP and BOOT circuits. The experimental results show deviation (comparing to simulation) of -12,5% on VOUT @ 20mA DC and -0,13% @ no load , -6% on BOOT output @ 1mA DC, +23% CLR minimum, -3,85% CRL maximum and +10% on LC circuit. During the development of this work, the CRL circuit has been published in the SBCCI 2009 conference to present its fast-response to stringent load transient which is the biggest CRL advantage compared to previously proposed circuits Mestrado Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: Durante o processo de conversão de energia elétrica a partir de um sistema fotovoltaico (SFV) é comum existirem perdas devido às condições não-uniformes causadas por sombreamento, sujeira, temperatura, entre outros fatores. Neste contexto, novas arquiteturas e dispositivos são estudados e projetados para compensar ou reduzir as perdas. Um desses dispositivos é o otimizador de potência para sistemas fotovoltaicos, que tem sido uma opção por trabalhar com o rastreamento da máxima potência do módulo fotovoltaico (FV) individualmente ou em pequenos grupos. A função desse dispositivo é realizada através de um conversor CC/CC e de um sistema de controle para rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT). Em virtude da limitação e da ausência de estudos referentes aos otimizadores de potência, este trabalho realiza um estudo sobre otimizadores de potência e analisa o comportamento e o desempenho de sua aplicação. Para tanto, foram exercidas uma análise micro e uma análise macro sobre o tema. Na análise micro foi realizado o projeto de um otimizador de potência e sua dinâmica de funcionamento foi avaliada com a variação da irradiância nos módulos FV. Para isso, foram executadas simulações e a montagem experimental dos otimizadores de potência e de um inversor FV. Na análise macro foram realizadas simulações da aplicação de modelos de otimizadores disponíveis no mercado de SFV sob condições diversas e em diferentes locais. Desse modo, com a análise micro foi possível entender o comportamento dos circuitos otimizadores de potência, conhecer opções de topologias e suas limitações. Na análise macro os cenários testados apresentaram um desempenho superior da arquitetura com otimizadores em relação a arquitetura convencional de SFV. Os otimizadores mostraram ser uma excelente opção em situações com mismatch (discrepância de características ou condições operacionais dos módulos FV) de fabricação ou operação. Além disso, os otimizadores podem ser uma boa opção para locais em que é necessário mais segurança, maior facilidade na manutenção e monitoramento a nível de módulo FV Abstract: During the process of converting electric energy from a photovoltaic (PV) system, it is common to have losses due to non-uniform conditions caused by shading, dirt, temperature, among other factors. In this context, new architectures and devices are studied and designed to compensate or reduce losses. One of these devices is the power optimizer for PV systems, which is an option for working with the maximum power tracking for the PV module individually, or in small groups. The function of this device is performed through a DC/DC converter and a control system for maximum power point tracking (MPPT). Due to the limitation and absence of studies on power optimizers, the work surveys power optimizers and analyzes the behavior and performance of its application. To this end, it was proposed to do a micro-analysis and a macro-analysis on the topic. In the micro-analysis, the design of a power optimizer was performed, and its dynamics of operation were analyzed with the variation of irradiance in the PV modules. For this, simulations and experimental development of the power optimizers and a PV inverter were carried out. In the macro-analysis, simulations of the application of power optimizers available on the market in PV systems were carried out under different conditions and in different locations. Thus, with the micro-analysis, it was possible to understand the behavior of the power optimizing circuits, to know topology options, and limitations. In the macro-analysis, the tested scenarios showed superior performance of the architecture with optimizers concerning the conventional PV architecture. The optimizers proved to be an excellent option in situations with a mismatch (discrepancy in characteristics or operational conditions of the PV modules) of manufacture or operation. Besides, optimizers can be a good option for locations where more security, ease of maintenance, and monitoring at the PV module level is required Mestrado Energia Elétrica Mestre em Engenharia Elétrica Funcamp 2017/PA3032 CNPQ CAPES

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores, A aposta nos veículos elétricos (VEs) tem vindo a aumentar e, como tal, surgem novos desafios a nível da integração da mobilidade elétrica e das redes elétricas. Do ponto de vista da mobilidade elétrica, o tempo de carregamento de um VE e a autonomia continuam a ser os principais inconvenientes associados a estes veículos. Para mitigar estes problemas têm surgido vários sistemas inovadores, nomeadamente: sistemas de carregamento cada vez mais potentes que permitem diminuir o tempo de carregamento; novas tecnologias de sistemas de armazenamento de energia (maioritariamente baterias); e sistemas de gestão das baterias mais avançados e eficientes. Do ponto de vista da rede elétrica, a integração do VE apresenta também um conjunto significativo de vantagens, especialmente, quando os mesmos empregam sistemas de carregamento bidirecionais. Assim, além do modo de operação grid-to-vehicle (G2V), os sistemas bidirecionais permitem também outros modos de operação como o vehicle-to-grid (V2G) e o vehicle-for-grid (V4G). Com o objetivo de simplificar a interface entre o VE e o utilizador, assim como acompanhar as tendências do mercado, surge a necessidade de sistemas de carregamento sem fios. Atualmente, existem diversos sistemas de carregamento sem fios a operar de forma unidirecional com resultados que superaram as expectativas, tanto a nível da potência de carregamento, como de eficiência. Nesta dissertação foi implementado em ambiente de simulação o sistema completo para um carregamento por WPT para mobilidade elétrica. Onde foi validada as topologias dos conversores e os algoritmos de controlo dos mesmo, mais especificamente a interface com a rede elétrica, a transferência de energia bidirecional e o carregamento e descarregamento das baterias. O protótipo desenvolvido na presente dissertação foi dimensionado para uma potência de carregamento de 3,6 kW e realiza a interface entre a rede elétrica e o primário do sistema WPT. O protótipo é composto por uma única Placa de Circuito Impresso (PCB) onde se encontra o conversor CA-CC, o conversor CC-CA de alta frequência, o condicionamento de sinal e o microcontrolador. O sistema desenvolvido permite operar em três modos: G2V, V2G e V4G. Por fim, foram obtidos os resultados experimentais do protótipo que validam os três modos de operação., The focus on electric vehicles (EVs) has been increasing, and new challenges arise regarding the integration of electric mobility and electric networks. According to electric mobility, an EV and autonomy charging time continues to be the main drawbacks associated with these vehicles. Several innovative systems have emerged to mitigate these problems: increasingly powerful charging systems that reduce charging times; new technologies for energy storage systems (mainly batteries); and more advanced and efficient battery management systems. According to the electricity grid, EV integration also presents a significant set of advantages, especially when using bidirectional charging systems. Thus, in addition to the grid to a vehicle (G2V) operating mode, bidirectional systems also allow for other operating modes such as vehicle to grid (V2G) and vehicle for-grid (V4G). To simplify the interface between the EV and the user and follow market trends, the need for wireless charging systems arises. Currently, wireless charging systems operate unidirectionally with results that surpass expectations, both in charging power and efficiency. In this dissertation, the complete system for a WPT charge for electric mobility was implemented in a simulation environment. Furthermore, the topologies of the converters and their control algorithms were validated, specifically the interface with the electrical network, the bidirectional energy transfer, and the charging and discharging of batteries. The prototype developed was dimensioned for a charging power of 3.6 kW and performed the interface between the electrical network and the primary of the WPT system. The prototype consists of a single Printed Circuit Board (PCB) where the AC-DC converter, the high-frequency DC-AC converter, the signal conditioning, and the microcontroller are located. The developed system allows operating in three modes: G2V, V2G, and V4G. Finally, the experimental results of the prototype that validate the three modes of operation were obtained., Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “newERA4GRIDs – New Generation of Unified Power Conditioner with Advanced Control, Integrating Electric Mobility, Renewables, and Active Filtering Capabilities for the Power Grid Improvement”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEIEEE/30283/2017., Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEIEEE/30382/2017.

Orientador: Prof Dr Odilon Luis Tortelli Coorientadora: Profª Drª Elizete Maria Lourenço Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 27/08/2021 Inclui referências: p. 155-165 Resumo: Este trabalho propõe o desenvolvimento métodos de cálculo de fluxo de potência trifásicos capazes de lidar com os avanços tecnológicos dos sistemas de potência contemporâneos e futuros ao tratar de maneira unificada os diferentes níveis de tensão da rede elétrica, seja entre sistemas de transmissão e distribuição ou entre redes primárias e secundárias de distribuição de energia elétrica. São apresentadas duas metodologias capazes de realizar esta análise integrada, ambas baseadas na aplicação de diferentes normalizações de dados para as distintas áreas dos sistemas interligados. Para tanto, a técnica de normalização por unidade complexa (cpu, do inglês complex per unit normalization) é utilizada para virtualmente ajustar a razão entre reatância e resistência (X/R) dos condutores das diferentes áreas do sistema, o que viabiliza a utilização do método Newton-Raphson desacoplado rápido trifásico para a solução do problema de fluxo de potência em redes de distribuição. O primeiro método proposto, denominado de fluxo de potência integrado com compensação fictícia, foi desenvolvido especificamente para análise de sistemas de transmissão e distribuição unificados e considera a aplicação da normalização por unidade convencional (pu) para o sistema de transmissão, enquanto aos sistemas de distribuição é aplicada a normalização cpu. A segunda proposta, denominada de fluxo de potência multinível, é mais abrangente e versátil pois sua aplicação não é limitada somente a análise de sistemas de transmissão e distribuição unificados, mas também pode ser aplicada para análise de redes primárias e secundárias de distribuição, ou entre quaisquer níveis distintos de tensão da rede elétrica. Neste trabalho também são propostas formulações inovadoras, associadas aos métodos propostos, para os principais dispositivos de controle de sistemas de potência e também expande a representação de ramos chaveáveis, como disjuntores e chaves seccionadoras, para a modelagem trifásica considerada. Resultados e simulações computacionais, conduzidas com diferentes sistemas e arranjos topológicos e operacionais, demonstram a efetividade das metodologias propostas, como capazes de viabilizar a eficiente aplicação do método desacoplado rápido em análises unificadas envolvendo qualquer segmentação da rede elétrica, qualificando-as como instrumentos de análise relevantes para o apoio aos desafios de planejamento e operação dos sistemas elétricos atuais. Abstract: This work proposes the development of three-phase power flow methods capable of dealing with the technological trends of contemporary and future power systems by analysing in a unified way different voltage levels of the electrical network, such as between transmission and distribution systems or between primary and secondary networks of the electric distribution network. Two distinct methodologies capable of performing this integrated analysis are presented, both based on the application of different data normalizations for distinct areas of the interconnected systems. To do so, the complex per unit normalization (cpu) technique is used to virtually adjust the reactance over resistance (X/R) ratio of conductors in different areas of the system, which allows the use of the three-phase Newton-Raphson fast decoupled method to solve the power flow problem in distribution networks. The first proposed method, called integrated power flow with virtual compensation, was developed specifically for unified transmission and distribution systems analysis and considers the application of conventional per unit (pu) normalization for the transmission system, while the cpu normalization is applied to distribution systems. The second proposal, called multilevel power flow, is broader than the first one because its application is not limited only to unified transmission and distribution systems analysis, but can also be applied to primary and secondary distribution networks analysis, or among any distinct voltage level networks. This work also proposes innovative formulations for power system’s main control devices, associated with the proposed methods, and also expands the representation of switchable branches, such as circuit breakers and disconnectors, for the considered three-phase modeling. Results and computational simulations were conducted with different systems and topological and operational arrangements, demonstrating the effectiveness of the proposed methodologies, capable of enabling the efficient application of the fast decoupled method in unified analyzes involving any segmentation of the electricity network, qualifying the proposed methods as relevant instruments to help solve the challenges of planning and operation analysis in current electrical systems.

Orientador: Marcelo Gradella Villalva Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: A presente proposta visa o estudo, modelagem e análise de técnicas de controle para conversores de potência em uma microrrede híbrida CA/CC que inclui uma unidade de armazenamento de energia à bateria e uma unidade de geração solar fotovoltaica. As microrredes híbridas CA/CC têm sido foco de pesquisas na última década devido ao fato de poderem conectar fontes de energia distribuídas em CA e CC com microrredes CA e CC, respectivamente, as quais por sua vez são interconectadas através de uma unidade de interligação, portanto o custo de instalação e as perdas de energia são reduzidas. Os conversores de potência são projetados de modo genérico, ou seja independente do hardware de implementação, para que possam operar como unidades de armazenamento, geração ou demanda em microrredes CA ou CC. Além disso, são analisados modelos aproximados e técnicas de controle para conversor de armazenamento baseado em baterias e conversor de geração baseado em módulos fotovoltaicos, bem como estratégias de controle para gerenciamento de potência e energia. As técnicas e estratégias de controle estudadas baseiam-se em métodos clássicos, portanto, as respostas desses métodos são comparadas com o intuito de verificar as vantagens e desvantagens dos métodos quando são usados em microrredes híbridas CA/CC. O funcionamento de cada conversor de potência é verificado experimentalmente, e a operação da microrrede híbrida CA/CC é validada através de simulações Abstract: The present proposal aims at the study, modeling and analysis of control techniques for power converters in a hybrid AC/DC microgrid that includes a battery-based energy storage unit and a solar photovoltaic generating unit. Hybrid AC/DC microgrids have been the focus of research in the last decade due to the fact that they can connect distributed energy resources in AC and DC with AC and DC microgrids, respectively, which in turn are interconnected through an interlinking unit, thus cost of installation and power losses are reduced. Power converters are designed in a generic manner, i.e. indepecdent of hardware implementation, so they can operate as storage, generating or demand units in both AC or DC microgrids. Besides that, approximate models and control techniques are analyzed for battery-based storage converter and photovoltaic-based generating converter, as well as control strategies for power and energy management. The studied control techniques and strategies are based on classical methods, thus the responses of these methods are compared with the intention of verifying the advantages and disadvantages of the methods when they are used in hybrid AC/DC microgrids. Operation of each power converter is verified through experimentation, and the complete operation of the hybrid AC/DC microgrid is validated through simulations Doutorado Energia Elétrica Doutor em Engenharia Elétrica CNPQ CAPES 33003017 FAPESP 2016/08645-9

Orientador: Prof. Dr. José Alberto Torrico Altuna Coorientador: Prof. Dr. Ademir Pelizari Coorientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Capovilla Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Santo André, 2021. O controle de torque e velocidade de um motor DC com imãs permanentes é frequentemente usado em levantadores de vidro automotivos para sistemas antiesmagamento da janela automotiva. Neste tipo de motor os pólos da armadura no rotor produzem uma ondulação da corrente que é proporcional ao torque eletromagnético. Por sua vez, a frequência da ondulação de corrente é proporcional à velocidade mecânica do rotor. Neste trabalho é implementado um modelo variante no tempo do motor DC com magneto permanente utilizando o programa MATLAB/SIMULINK, o modelo considera o efeito do comutador mecânico na corrente, resistência e indutância da armadura. São mostradas as equações convencionais da máquina DC e as equações variantes no tempo considerando as alterações da resistência e indutância da armadura. São apresentados resultados de simulação em malha aberta e fechada. Um controlador PI é usado para controlar a velocidade do motor. Testes experimentais validam os resultados de simulação. Torque and speed control of a permanent magnet DC motor is often used in power windows lifters for automotive applications. In this type of motor the armature slots in the rotor produce a current ripple that is proportional to the electromagnetic torque and the frequency of the current ripple is proportional to the mechanical speed of the rotor. In this work a time-varying model of the DC motor with permanent magnet is implemented using the MATLAB / SIMULINK program, the model considers the effect of the mechanical commutator on the current, resistance and inductance of the armature. Conventional equations of the DC machine and the time-varying equations considering the changes in armature resistance and inductance are presented and analyzed. Open and closed loop simulation results are presented. A PI controller is used to control the motor speed. Experimental tests validate the simulation results.