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Orientador: Daniel Wisnivesky Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica Resumo: Define-se uma nova topologia para a implementação de uma fonte de corrente contínua, de alta estabilidade, e rigorosos padrões de desempenho. Este tipo de fonte será utilizado na alimentação da rede magnética dos aceleradores de elétrons construídos pelo Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. A topologia consiste, basicamente, numa associação de um retificador controlado a tiristores e fontes chaveadas. O primeiro fornece cerca de 90 % da potência exigida pela carga, ficando para as fontes chaveadas a regulação fina e a garantia da obtenção do desempenho necessário. O equipamento deve apresentar estabilidade do valor médio da corrente e ondulação relativa da ordem de 0,01% de sua corrente máxima. O protótipo construído e estudado é capaz de fornecer uma corrente de até 300 A, com uma tensão de até 50 V. Desta forma a variação máxima admitida na corrente é de 30 mA. São estudados ainda aspectos relativos a elementos parasitas presentes nos componentes e na montagem, especialmente indutâncias e capacitâncias, verificando-se sua influência em termos da operação do sistema e da proteção dos componentes. O método de controle da corrente é por Modulação por Limites de Corrente, MLC, o qual garante uma ondulação constante de corrente para qualquer valor da corrente média de saída da fonte. Estuda-se os limites de operação do sistema, levando em consideração a resposta dinâmica do circuito de controle e da carga, bem como a presença de elementos não lineares e atrasos de transporte Abstract: Not informed. Doutorado Doutor em Engenharia Elétrica

As micro e nanorredes aparecem como uma das soluções para o processamento de energia e expansão do sistema elétrico atual. Nesse contexto, a proposta do presente trabalho é a implementação e o gerenciamento de conversores de potência para o processamento de energia em corrente contínua em uma nanorrede off grid, empregando fontes alternativas e armazenadores de energia. A busca por trabalhos semelhantes na literatura demonstra que o método amplamente empregado é o controle hierárquico com chaveamento de estruturas de controle. Solução que pode trazer instabilidade para a nanorrede durante ou após o chaveamento, aumento no tamanho da estrutura de controle e perda da capacidade de busca de potência no painel fotovoltaico. Todavia, o presente texto propõem um gerenciamento droop tensão-corrente, que modera a geração ou consumo de energia com malha única, sem o chaveamento de controladores ou circuitos. Para os conversores é realizada uma investigação de circuitos presentes na literatura, e são apresentados os métodos de seleção, dimensionamento e projeto de cada categoria de circuito utilizado. Os resultados de simulação e bancada comprovaram que a coordenação realizada pela arquitetura de gerenciamento desenvolvida apresenta modularidade e capacidade de operar em diferentes cenários de geração e demanda, com o deslizamento de tensão no capacitor central comunicando as necessidades de ajuste nos níveis de corrente de cada circuito, através do conjunto de curvas com característica droop. Micro and nanogrids appear as one of the solutions for power processing and expansion of the prevailing electrical system. In this context, the purpose of this thesis is the implementation and management of power converters for power processing in direct current in an off grid nanogrid, using alternative sources and storage devices. Similar solutions in the literature demonstrates that the most common method is the use of multi-mode algorithms. However, this text proposes a voltage-current droop management, which moderates the generation and consumption of energy with a single loop, without switching controllers or circuits, which can bring instability to the nanogrid. For the converters, an investigation of circuits present in the literature is carried out, and the selection, dimensioning and design methods of each category are presented. The simulation and bench results prove that the coordination performed by the developed management architecture presents modularity and ability to operate in different generation and demand scenarios, with the voltage deviation in the central capacitor communicating through a set of droop curves, the adjustment requested on the current of each circuit.

Neste trabalho é proposto um controlador por modos deslizantes mais PI para o controle da tensão e da corrente de um conversor elevador num sistema fotovoltaico. Este controlador caracteriza-se por operar com frequência de chaveamento constante, diferenciando-se dos outros controladores modos deslizantes. Os parâmetros do controla- dor proposto são calculados usando a técnica de otimização por enxame de partículas modificada (Weighted-DOCHM-PSO). O desempenho do controlador proposto é comparado com o desempenho de um controlador linear projetado para a planta estudada. O controlador linear corresponde a um controlador avanço-atraso projetado através da análise da resposta em frequência do sistema. O módulo fotovoltaico, o conversor e os controladores são simulados usando a toolbox Simulink de Matlab. Finalmente, tanto o controlador linear como o proposto são implementados no kit solar TMDSSOLAR (P/C) EXPKIT da Texas Instruments com o propósito de verificar experimentalmente desempenho dos controladores estudados. Os resultados de simulação e experimentais mostraram que os controladores apresentaram um desempenho dinâmico satisfatório pois as referências de tensão e corrente foram atendidas. In this work, a sliding mode controller plus PI is proposed for the control of the vol- tage and current converter in a photovoltaic system. This controller is characterized by operating with constant switching frequency, differentiating it from other sliding mode controllers. The parameters of the proposed controller are calculated using the modified particle swarm optimization technique (Weighted-DOCHM-PSO). The performance of the proposed controller is compared to a linear controller designed for the system. The linear controller is an lead-leg type controller designed by analyzing the system\'s frequency response. The photovoltaic module, the converter, and the controllers are simulated using Matlab\'s Simulink. Finally, both the linear and the proposed controller are implemented in the Texas Instruments TMDSSOLAR (P/C) EXPKIT solar kit with the purpose of experimentally verifying the performance of the studied controllers. The simulation and experimental results showed that the controllers presented a satisfactory dynamic performance because the voltage and current references were met.

Este trabalho apresenta uma proposta de modelagem e controle para conversor modular multinível (Modular Multilevel Converter-MMC) trifásico operando com três e quatro fios. A partir do modelo do MMC apresenta-se decomposição em circuitos desacoplados de corrente circulante e de rede. A análise da contribuição das parcelas das tensões e correntes, de rede e circulantes, nas tensões dos capacitores dos submódulos leva à proposta de uma estratégia de controle baseada em um conjunto de malhas concatenadas que usam controladores simples dos tipos proporcional (P) e proporcional integral (PI). O desacoplamento das variáveis permite i) separar o sistema originalmente do tipo Multiple Input Multiple Output (MIMO) em diversas malhas Single Input Single Output (SISO) e ii) propor método de ajuste dos controladores. Como o desempenho das malhas de balanceamento das tensões individuais dos capacitores dos submódulos se degrada na operação com baixos valores de corrente de rede, propõe-se solução com bom desempenho baseada na injeção de correntes circulantes que não afetam a corrente no lado DC nem as do lado AC. As propostas são validadas por simulações e experimentos. This work presents a modelling and control strategy for the three-phase modular multilevel converter (MMC) operating with three and four wires. The presented model allows a decomposition of the circulating and grid currents in two decoupled circuits. The contribution of circulating and grid currents in the arm capacitor voltages grants the proposal of a control strategy based on concatenated control loops. This work proposes the use of simple proportional (P) and proportional integral (PI) controllers in the control loops. The achieved decoupled modelling permits: i) to separate the originally Multiple Input Multiple Output (MIMO) system in multiple Single Input Single Output (SISO) control loops, ii) the proposal of a tuning method for the controllers. This work shows that the behavior of the voltage balancing strategies deteriorate in low current injection cases; therefore, a solution based on additional current injection is proposed. The additional current proposed to stabilize the voltage balancing control does not interfere with the other control loops. The proposed control strategy is validated by simulation and experimental results.

O uso crescente de fontes alternativas de energia exige conversores de energia capazes de aumentar sua tensão nos terminais e conectá-los ao sistema de distribuição. Neste contexto, o conversor step-up clássico (conversor de potência CC/CC) e o inversor de fonte de tensão (VSI) são as soluções mais aplicadas para processar o fluxo de energia da fonte para a rede. No entanto, apresentam um baixo rendimento devido ao duplo estágio de conversão, isto é, a energia flui também através dos conversores de energia CC/CC e CC/CA. Para evitar esse tipo de desvantagem, no início da última década, o Z-Source-Inverter (ZSI) foi introduzido. Nesta nova solução, o conversor de energia CC/CC responsável por elevar a tensão nos terminais do conversor foi removido e uma rede de impedância LCLC foi adicionada com duas tarefas, ou seja, aumentar a tensão do terminal e melhorar a eficiência do ZSI. Infelizmente, os trabalhos da literatura não apresentaram um modelo matemático generalizado para apoiar os projetistas de conversores de potência na análise de estabilidade, projeto de controladores ou avaliar o ganho de tensão do conversor. Neste sentido, esta dissertação propõe o desenvolvimento de um modelo matemático completo e a análise de estabilidade da planta. Para suportar todo o desenvolvimento teórico, foi realizado um conjunto de análises no domínio do tempo e da frequência. Por fim, verificou-se o controle da tensão do elo CC para suportar todas as afirmações apresentadas neste trabalho (controle da tensão no capacitor da rede Z). The growing use of alternative energy sources require power converters able to boost their terminal voltage and connect them to the distribution system. In this context, the classical step-up converter (DC/DC power converter) and the voltage source inverter (VSI) are the most applied solutions to process the power flow from the source to the grid. However, they present a low efficient because of the double stage of conversion, i.e. the power flows through the DC/DC and DC/AC power converters as well. To avoid this type of drawback, in the beginning of the last decade the impedance source inverter (ZSI) was introduce. In this new solution, the DC/DC power converter responsible for boosting the voltage at the DC-source terminals was removed and a Z (LCLC-network) was added with two tasks, i.e. boost the DC-source terminal voltage and improve the ZSI efficiency. Unfortunately, the papers in the literature did not present a generalized mathematical model to support designers of power converters in the analysis of stability, design of controllers or evaluate the voltage gain of the converter. In this sense, this thesis proposes the development of a complete mathematical model and the stability analysis of the plant. To support all the theoretical development a set of analysis in the time and frequency-domain was performed. Finally, the control of DC-link voltage was verified to support all the statements presented in this thesis (control on the Z-network voltage capacitance).

Recentemente os sistemas de transferência de energia sem fio WPT (do inglês Wireless Power Transfer) têm sido amplamente estudados com o propósito de alimentar eficientemente diversos tipos de cargas através de técnicas específicas, dentre elas destaca-se a transferência capacitiva de potência CPT (do inglês Capacitive Power Transfer) e a transferência indutiva de potência IPT (do inglês Inductive Power Transfer), sendo esta última objeto deste estudo. Em um sistema de transferência indutiva de potência a carga é alimentada através de um transformador fracamente acoplado. Em função do elevado espaçamento entre as bobinas primária e secundária, da ausência de núcleo magnético, ou o emprego do núcleos divididos e separados por um grande entreferro, o transformador apresenta alta reatância de dispersão e baixa reatância de magnetização, o que resulta em elevadas correntes, baixa eficiência e regulação da tensão ruim quando houver variação da carga. Com o intuito de aumentar a eficiência e melhorar a regulação de tensão (ou corrente) são aplicadas compensações capacitivas em ambos os lados do transformador, elevando o número de elementos reativos, o que dificulta a compreensão do seu comportamento. Adicionalmente, as diversas configurações geométricas possíveis para a construção das bobinas dificultam a otimização do projeto de transferência indutiva de potência. Esta dissertação analisa e compara as estratégias de compensação série-série (SS) e série-paralela (SP) sob diversos pontos de vista, identificando pontos de operação relevantes nos quais o sistema atua como uma fonte de corrente ou de tensão em malha aberta, modela os elementos que constituem um sistema de transferência indutiva de potência para alcançar à eficiência requisitada. Adicionalmente este trabalho lista os impactos na fonte e na carga quando do desvio das condições nominais de operação e dá diretrizes que permitem escolher os elementos de um sistema IPT. Na sequência esta dissertação propõe as diretrizes para a construção do transformador com valores predefinidos de fator de qualidade, indutâncias próprias e fator de acoplamento. Por fim, o presente trabalho dimensiona e confecciona alguns sistemas IPT a partir de uma lista de especificações, usando uma metodologia de projeto baseada em fórmulas aproximadas e a valida experimentalmente. Recently Wireless Power Transfer (WPT) is widely studied in order to efficiently feed many different kinds of loads using specific techniques, such as Capacitive Power Transfer (CPT) and Inductive Power Transfer (IPT). IPT system relies on large air gap and loosely coupled transformer which will be studied in this work. Due to the large separation between the primary and secondary coils, the absence of a magnetic core, or the presence of split cores the transformer presents large leakage inductances, resulting in poor voltage regulation against load variation. Moreover, the low magnetizing inductance results in high magnetizing currents, reducing the overall efficiency. In order to improve the WPT performance, capacitive compensation techniques are applied in both sides of the transformer. Series compensation is commonly used at the primary side of the WPT transformer while Series or Parallel compensation is eligible to the secondary side. In addition, the loosely coupled transformer must be designed, in spite of the complex relationship between the various electrical and geometrical parameters of the coils that complicates the transformer construction and its optimization. This work compares Series-Series and Series-Parallel compensation strategies based on a simple approach, comprehensively highlighting the pro and cons of each one. Also the open loop operation in voltage source and current source modes, and the effect of the gap length for both compensation strategies are discussed. Moreover, the elements that constitute an inductive power transfer system are modeled in order to achieve the required efficiency. This research also proposes some guidance to build the transformer with high figure-of-merit and coupling. Finally, the present work designs and builds few IPT systems that satisfies a set of specifications, based on a simplified design procedure. The proposed design methodology is experimentally validated.

A Transferência Indutiva de Potência (TIP) é uma maneira de se realizar transferência de energia elétrica sem fio e tem se popularizado atualmente por conta da comodidade e segurança que ela proporciona. Esta dissertação apresenta o estudo de um sistema TIP para recarga de baterias e existem vários desafios que devem ser superados nesta área. Um deles é a metodologia de projeto dos indutores primário e secundário, pois não é uma tarefa trivial encontrar uma relação entre parâmetros geométricos, elétricos e magnéticos. Diante deste fato este trabalho apresenta e aperfeiçoa uma metodologia de projeto utilizando uma ferramenta computacional gratuita baseada no método dos elementos finitos. Os resultados experimentais demonstram que o método é válido e a ferramenta é adequada não somente para o projeto dos indutores, mas também para análise do comportamento dos mesmos diante de desalinhamentos espaciais. Além disso, é apresentado o funcionamento básico de dois conversores muito utilizados em TIP e o estado da arte das malhas ressonantes, cuja função é minimizar a energia reativa consumida nos circuitos primário e secundário. Em seguida são discutidas técnicas de estimação de tensão e corrente na carga utilizando medidas de tensão e/ou corrente em elementos do circuito primário. Essas técnicas são importantes, pois permitem a utilização apenas do controlador presente no circuito primário e isto implica na redução dos custo e complexidade do sistema TIP. Durante o estudo verificou-se na literatura que não existia uma técnica de estimação para o sistema TIP adotado neste trabalho e portanto, foi necessário desenvolver uma nova proposta de estimador. Os resultados de simulação demonstram que o estimador possui um bom desempenho mesmo diante de variações do coeficiente de acoplamento e da resistência na carga e é portanto adequado para situações em que é necessário realizar recarga de baterias com TIP. Inductive Power Transfer (IPT) is a way to conduct wireless power transfer and has become popular today because of the convenience and security it provides. This dissertation presents the study of a IPT system for battery recharging and there are several challenges that must be overcome in this area. One of them is the design methodology of the primary and secondary inductors, since it is not a trivial task to find a relation between geometric, electric and magnetic parameters. In view of this fact, this work presents and improves a project methodology using a free computational based on the finite element method. The experimental results demonstrate that the method is valid and the tool is suitable not only for the design of the inductors, but also for the analysis of their behavior in face of spatial misalignments. In addition, this dissertation presents the basic operation of two widely used IPT converters and the state of the art of compensations networks, whose function is to minimize the reactive energy consumed in the primary and secondary circuits. Next, load voltage and load current estimation techniques are discussed using voltage and/or current measurements on elements of the primary circuit. These techniques are important because they allow the use of a single controller in the primary circuit, reducing the cost and complexity of the IPT system. During the study, it was verified in the literature the inexistence of a estimation technique for the IPT system adopted in this work and therefore, it was necessary to propose and develop a new estimator. The simulation results show that the proposed estimator performs well even in the case of variations in the coupling coefficient and load resistance and is therefore suitable for situations where it is necessary to recharge IPT batteries.

O objetivo deste trabalho é apresentar um novo tipo de sistema de levitação baseado na força de interação magnética entre uma bobina de núcleo não-magnético e um imã permanente, em casos de simetria axial entre os dispositivos, nos moldes do problema 23 proposto no TEAM Workshop. Este tema é bastante atual e vários métodos têm sido estudados e propostos em razão da complexidade na determinação precisa das forças sobre os imãs permanentes imersos em um campo magnético em um circuito magnético aberto. O primeiro grande desafio deste trabalho é obter uma expressão analítica para esta força de interação magnética em casos de simetria axial usando o método de cargas magnéticas ligadas. Para tal, algumas hipóteses simplificadoras foram adotadas como considerar o campo magnético gerado pela bobina aproximadamente uniforme em toda a face do imã permanente e assumir que a magnetização do imã é constante e independente da variação de sua distância para a bobina. Pretende-se aproveitar o sistema implementado neste trabalho como bancada experimental no Laboratório de Controle da Universidade de São Paulo. Foi projetado um controlador PID através de ferramentas gráficas obedecendo a alguns critérios de desempenho, tanto no domínio do tempo como no domínio da freqüência. Uma vez sintonizado, foi utilizado o toolbox Real-Time Windows Target do Simulink e a placa de aquisição PCI 6221 (da National Instruments) para controlar em tempo real a planta de levitação em malha fechada. Os resultados experimentais foram muito satisfatórios de modo que o modelo analítico foi considerado válido. O sistema apresentou boas características como, por exemplo, um bom acompanhamento do sinal de referência, mesmo em grandes excursões, erro de regime nulo, levitação estável em distâncias relativamente grandes e uma boa estabilidade radial. O uso de dois sensores Hall mostrou-se eficiente na determinação da posição do imã permanente. The objective of this work is to present a new kind of levitation system based on the interaction force between a non-magnetic core coil and a permanent magnet, in the case of axial symmetry between devices, as proposed by TEAM Workshop problem 23. This theme is very current and various methods have been studied and proposed in face of the complexity in determining precisely the force over permanent magnets immersed in a magnetic field in an open magnetic circuit. The first big challenge of this work is to obtain an analytical expression for this interaction magnetic force in the case of axial symmetry using the equivalent magnetic charge method. For this, some simplifying hypothesis have been adopted like considering the magnetic field created by the coil approximately uniform over all the permanent magnets face and assuming that magnets magnetization is constant and independent of the variation of its distance to the coil. The system implemented in this work is intended to be used as an experimental bench for the Laboratory of Control of Sao Paulo University. A PID controller was projected by means of graphical tools according to some criteria for performance, both in the field of time as in the frequency domain. Once tuned, the toolbox Real-Time Windows Target of Simulink and the PCI-6221 acquisition board (of National Instruments) were used to control in real time the levitation plant in closed loop. The experimental results were very satisfactory so that the analytical model was considered valid. The system showed good characteristics as, for instance, a good tracking of reference signal, even in large excursions of it, null stationary error, stable levitation at relatively big gaps and a good radial stability. The use of two Hall-effect sensors proved to be efficient in the determination of permanent magnets position.

Harmônicos e desequilíbrios podem causar uma série de problemas a equipamentos conectados a rede elétrica. Este trabalho propõe um método de extração em tempo real das componentes de seqüência positiva, negativa e/ou harmônicos que não requer transformações de coordenadas ou filtragem de sinais. O método proposto é verificado via simulação numérica e implementado experimentalmente em um DSP. Como exemplos de aplicação apresentam-se: a simulação de um Filtro Ativo de Potência utilizando-se um conversor do tipo fonte de tensão operando em PWM e um Relé de Seqüência Negativa. Harmonics and unbalances cause several problems to equipments connected to AC mains. This work proposes a real time method to obtain the positive and negative sequence components and/or harmonics that requires no coordinate transformation neither signal filtering. Numerical simulation and experimental results are shown to validate the proposed method. As examples of application an Active Power Filter using a voltage source converter operating with PWM and an Negative Sequence Power Relay are presented.

A proposta do presente trabalho é a simulação do sistema de tração elétrica metroferroviária alimentada em corrente contínua. Para isto, o trabalho é iniciado com uma caracterização das instalações móveis e fixas do sistema de tração elétrica. Sobre as instalações móveis, o trabalho dedica um capítulo sobre a dinâmica do movimento e outro sobre os acionamento alimentados em corrente contínua. Sobre as instalações fixas, um capítulo trata dos elementos e configurações da rede de alimentação além de trazer cálculos simples da queda de tensão. Outro capítulo é dedicado exclusivamente ao circuito de retorno e aterramento. Após esta caracterização, o trabalho traz, baseado nos capítulos anteriores, um capítulo sobre a modelagem e a simulação das instalações fixas e móveis. Por fim, um estudo de caso é feito para ilustrar o que foi apresentado. The proposition of this work is the simulation of DC-fed railway and subway systems. To achieve this proposition, this work starts with the characterization of rolling stock and fixed installations. For rolling stock characterization, this work presents one chapter about train dynamics and other chapter about DC-fed traction drives. For fixed installations characterization, this work presents one chapter about fixed installation components, its configuration and also shows some simple voltage drop calculations. The following chapter describes the traction ground system. After these characterizations, the next chapter deals with modeling and simulation of the entire system. To illustrate this work a case study is presented.

Os inversores multiníveis são apropriados para aplicações de média tensão e alta potência, como FACTS e acionamento de motores elétricos de média tensão, devido às suas vantagens em relação aos inversores convencionais de dois níveis. Nestas aplicações as perdas por comutação e o compromisso entre estas e a distorção da tensão na saída são dois dos principais problemas a serem resolvidos. A redução da frequência de chaveamento como forma de redução das perdas por chaveamento provoca um aumento do conteúdo harmônico da tensão. Este trabalho apresenta um novo método de modulação, alternativo aos métodos convencionais normalmente usados: Modulação Por Largura de Pulso Vetorial (SV-PWM), PWM Senoidal (SPWM) e com redução seletiva de harmônicos (SHE). O método proposto permite reduzir as perdas por dissipação nas chaves mais solicitadas do inversor sem produzir uma elevação significativa da distorção harmônica da tensão de saída, além de apresentar um baixo custo computacional. Este método é aplicável a inversores com três níveis ou mais, de qualquer topologia. Suas vantagens em comparação ao método SV-PWM foram comprovadas através da simulação digital de um inversor NPC trifásico de 5 níveis acionando um motor de indução de 4,16kV e 0,5MW. Resultados experimentais utilizando-se um DSP acoplado a uma placa que emula o comportamento de um inversor de 5 níveis comprovaram os resultados obtidos através de simulação. Multi-level inverters are suitable for applications with medium voltage and high power due to its many advantages over conventional two level inverters. In these applications the switching losses on the main switches and the tradeoff between this switching losses and the total harmonic distortion (THD) in the output voltage constitute important problems to be solved. One usual approach to solve this problem is the reduction of the switching frequency which, in turn, increases the THD in the output voltage. This paper presents a new modulation method for multilevel inverters, alternative to the most important methods, like carrier-based Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM), Space Vector Pulse Width Modulation (SV-PWM) and Selective Harmonic Elimination (SHE). The proposed method reduces the switching losses in main switches in comparison with SPWM and SV-PWM methods, without the disadvantages of the SHE method of high output voltage THD and high computational cost of online calculation of switching angles. The proposed method is suitable to multi-level inverters with three or more levels. Its advantages compared to the SV-PWM method were verified by digital simulation of a system composed by a NPC 5 levels inverter driving a 4.16 kV, 0.5 MW induction motor. Experimental results using a digital signal processor (DSP) verify the performance of the proposed algorithm.

O objetivo deste trabalho consiste na implementação de arquiteturas de sistema inteligentes em Processadores Digitais de Sinais (DSP) visando, sobretudo, o controle em tempo real de motores de indução trifásicos. Para tanto, propõe-se uma abordagem fuzzy para o controle de velocidade de motores de indução trifásicos baseado na metodologia de ajuste de tensão e freqüência (Volts/Hertz) proveniente de um inversor PWM, de modo que o fluxo no entreferro seja mantido constante. O enfoque principal consiste no desenvolvimento do sistema de controle em hardware considerando o estudo dinâmico do controlador frente às variações de conjugado de carga, cujo desempenho da metodologia proposta será avaliado mediante simulações computacionais e ensaios experimentais realizados em laboratório. The objective of this work consists of the implementation of intelligent system architecture in Digital Signal Processor (DSP) aiming at the real-time three-phase induction motor control. Therefore, a fuzzy logic speed control drive system for three-phase induction motor is proposed, whereas the control methodology is based on voltage and frequency (Volts/Hertz) adjustment of a PWM inverter so that the airgap flux maintains constant. The main focus concerns about hardware development of the control system considering the controller dynamic response study in relation to load torque variations, from which the proposed methodology performance is evaluated by means of computational simulation and experimental results obtained in laboratory.

Este trabalho tem como principal objetivo apresentar um estudo, uma modelagem e uma simulação de um inversor de comutação suave para aplicação em um filtro ativo para instalações de baixa e média potência. Inicialmente apresenta uma revisão bibliográfica sobre inversores de comutação suave, onde os mesmos são classificados em função do local onde o circuito auxiliar de comutação suave está inserido, gerando três classificações básicas: comutação de linha, comutação de carga e comutação de chave. Três processos de comutação suave são apresentados: comutação em zero de tensão, comutação em zero de corrente e comutação em zero de corrente e zero de tensão. Dentro deste contexto apresentam-se as diversas topologias de inversores de comutação suave. Uma análise de comutação de um inversor em um filtro ativo monofásico é apresentada e o inversor ZCT com duas chaves auxiliares é selecionado para ser aplicado no referido filtro. Uma modelagem completa do inversor ZCT com duas chaves auxiliares é apresentada e corroborada pela comparação dos resultados de simulação obtidos a partir do modelo teórico com os resultados obtidos por meio de simulações realizadas no SPICE. A Modelagem do inversor ZCT com duas chaves auxiliares culmina em uma nova metodologia de projeto, onde é possível determinar com grande exatidão a máxima corrente de carga para a qual o inversor ainda opera no modo ZCT. Diversas simulações realizadas no Simulink/Matlab e no SPICE comprovam as comutações suaves em zero de corrente nas chaves do inversor e também o desempenho dinâmico do mesmo quando operando em um filtro ativo paralelo. This work shows the study, the selection and the analysis of a soft-switched inverter for an ac single-phase active power filter. For this, various topologies of the soft-switched inverters are classified based upon the location of the auxiliary circuit and the topology that achieves the goals for application in the active power filter is selected. Three commutation processes are presented: zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS) and zero current and zero voltage switching (ZCZVS). The ZCT inverter with 2 auxiliaries switches is selected for the application in an ac single-phase active power filter: this topology reduces the turn-on losses and practically eliminates the turn-off losses of all IGBTs of the inverter. Some new guidelines to project the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches are presented, achieving an accurate calculation of the maximum load current for operation in ZCT. The results of the simulation from Simulink/Matlab and SPICE prove some goals of the ZCT inverter: the ZCT inverter with 2 auxiliaries switches reduces the total losses when compared with the hard-commutation inverter and the dynamic performance of the ZCT inverter applied in an ac single-phase active power filter is showed.