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This work presents a general analysis for multilevel converters with flying capacitors and parallel legs. For each converter leg, multilevel structures containing flying capacitors connected in parallel via coupled inductors are used. The usage of decoupled inductors presents the advantage of modularity, whereas coupled inductors have the advantage of suppressing circulating currents and simultaneously providing negligible impedance for the output current. Additionally, coupled inductors present unique output between the converters legs. The usage of different turn ratios between the coupled inductors windings performs a balancing between the converters legs, generating new combinations and increasing the number of output levels of the converter. On the other hand, connecting legs in parallel has the consequence of generating circulating currents which leads to higher stresses and extra losses on the active and passive components of the circuit, being necessary the utilization of techniques for minimizing these circulating currents. Topologies with asymmetric flying capacitors apply different voltage levels on the flying capacitors to synthesize a higher number of output levels. In these converters, the flying capacitors voltages regulation is a pre-requisite for the correct operation of the converter, being necessary the usage of control and modulation techniques that meet this requisite. In this context, this work presents an analysis related to converters with magnetic coupled flying capacitors. From the analysis, techniques for balancing the flying capacitors as well as for regulating and mitigating the circulating currents are proposed. The employment of vector modulation allows to use the converters redundancies to meet the pre-requisites of the operation. To validate the analysis, simulation and experimental results are shown. Este trabalho apresenta uma análise generalizada para conversores multiníveis com capacitores flutuantes e pernas em paralelo. Para cada perna do conversor são utilizadas estruturas multiníveis com capacitores flutuantes, que são conectadas em paralelo através de indutores acoplados. A utilização de indutores desacoplados apresenta como vantagem a modularidade, por sua vez, a utilização do indutor acoplado apresenta como vantagem a supressão das correntes circulantes ao mesmo tempo que fornece impedância desprezível para a corrente de saída. Além disso, o indutor acoplado apresenta saída única entre as pernas do conversor. A utilização de diferentes relações de espiras entre as bobinas do indutor acoplado realiza uma ponderação entre as pernas do conversor gerando novas combinações e incrementando o número de níveis de saída do conversor. Por outro lado, a conexão de pernas em paralelo apresenta como consequência correntes circulantes que implicam em esforços extras e perdas adicionais sobre os componentes ativos e passivos do circuito, sendo necessário empregar técnicas para minimização dessas correntes circulantes. Topologias com capacitores flutuantes assimétricas fazem o uso de diferentes valores de tensão sobre o capacitor flutuante para sintetizar um número maior de níveis. Nestes conversores, a regulação das tensões sobre os capacitores flutuantes é pré requisito para operação correta do conversor, sendo necessária a aplicação de técnicas de controle e modulação que satisfaçam este requisito. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise relacionada aos conversores com capacitores flutuantes magneticamente acoplados. A partir das análises, são propostas técnicas para balanceamento dos capacitores flutuantes bem como a regulação e mitigação das correntes circulantes. O emprego da modulação vetorial permite que as redundâncias do conversor sejam empregadas para atingir os pré requisitos de operação. Para comprovar as análises realizadas ainda são apresentados resultados de simulação e experimentais.

Com o cont´ınuo crescimento industrial, a demanda pela energia el´etrica cresce no mesmo ritmo. Em vista disso, a utiliza¸c˜ao de conversores multin´ıveis de alta potˆencia e m´edia tensa˜o, para atendimento a`s cargas industriais, esta´ cada vez mais presente, em vista das vantagens que os conversores multin´ıveis apresentam. Dentre estas vantagens, pode-se citar a minimiza¸c˜ao da THD das formas de onda de tens˜ao, al´em da minimiza¸c˜ao de efeitos de EMI, (interferˆencia eletromagn´etica). No entanto, mesmo que estejam em alta nas aplica¸c˜oes de m´edia tens˜ao, o controle destes conversores ainda tem se mostrado um desafio: o nu´mero de vari´aveis medidas, vari´aveis de controle e sinais de comando ´e maior em aplica¸c˜oes multin´ıvel, o que tornam os sistemas mais complexos. As t´ecnicas de modula¸c˜ao por largura de pulso, PWM, aplicadas no comando das chaves visam a reduzir impactos como tens˜oes de modo comum, redu¸c˜ao de perdas de chaveamento, minimiza¸c˜ao da THD nos lados da rede e da carga, entre outros problemas. Todos esses paraˆmetros podem impactar na escolha do hardware utilizado para o controle e comando do conversor. Por esse motivo, a escolha correta da t´ecnica de modula¸c˜ao PWM deve ser feita para garantir a opera¸c˜ao adequada do conversor multin´ıvel. Neste trabalho as principais t´ecnicas de modula¸c˜ao por largura de pulso, PWM escalares e vetoriais s˜ao comparadas, sob o ponto de vista destes parˆametros. A topologia escolhida para estudo das t´ecnicas de modula¸c˜ao ´e a topologia NPC em ponte H de cinco n´ıveis trif´asica. Sua escolha se deve ao fato de o conversor apresentar benef´ıcios consider´aveis em rela¸c˜ao `as outras topologias multin´ıveis presentes na literatura - como por exemplo menor dv/dt e THD quando comparado ao conversor NPC de trˆes n´ıveis tradicional, ou a menor complexidade de montagem e simplifica¸c˜ao dos sinais de comando quando comparado ao NPC de cinco n´ıveis. A implementa¸c˜ao e simula¸c˜ao das t´ecnicas de modula¸c˜ao s˜ao realizadas no software Matlab/Simulink, sendo os moduladores avaliados atrav´es dos resultados de simula¸c˜ao obtidos. As simula¸c˜oes permitem concluir que as t´ecnicas de modula¸c˜ao escalar PD-PWM unipolar e SV-PD-PWM unipolar, melhor se adequam `a aplicac¸a˜o de acionamentos el´etricos estudada neste trabalho. O trabalho tamb´em apresenta a s´ıntese matem´atica cl´assica de um modulador vetorial de cinco n´ıveis, discutindo a complexidade matem´atica imposta pela caracter´ıstica do conversor NPC em ponte H de cinco n´ıveis, que apresenta estados redundantes. Por fim, este estudo tamb´em apresenta uma proposta de adaptac¸a˜o do modulador escalar PD-PWM unipolar, visando o balanc¸o das tenso˜es do barramento CC. Uma caracter´ıstica intr´ınseca das topologias multin´ıveis ´e a necessidade de regula¸c˜ao das tens˜oes dos capacitores do barramento, o que justifica a proposta de adapta¸c˜ao do Modulador PD-PWM unipolar na aplica¸c˜ao de acionamentos el´etricos estudada. O modulador adaptado ´e simulado, sendo as formas de onda de tensa˜o e corrente de carga, tensa˜o dos capacitores, CMV e THD apresentados. With the continued industrial growth, the demand for electricity grows at the same pace. In view of this, the use of high power and medium voltage multilevel converters, to meet industrial loads, is increasingly present in view of the advantages that multilevel converters present. The advantages include the minimization of voltage waveform THD and the minimization of EMI (electromagnetic interference) effects. However, even though they are raising in medium voltage applications, the control of these converters has still been a challenge: the number of measured/control variables and command signals is higher in multilevel applications, which makes the systems more complex. Pulse-width modulation techniques, PWM, applied in the command of the switches, aim to reduce impacts such as common mode voltages, reduce switching losses, and minimize the THD on the network and load sides, among other problems. All of these parameters can impact the choice of hardware used in the converter’s driver. For this reason, the correct choice of PWM modulation technique must be made to ensure proper operation of the multilevel converter. In this work the main techniques of pulse width modulation, scalar and vector PWM are compared from the point of view of these parameters. The topology chosen for the study of modulation techniques is the three-phase five-level H-bridge NPC converter. This choice is based in the fact that the converter has considerable benefits over other multilevel topologies present in the literature - such as lower dv / dt and THD, when compared to the traditional three-level NPC converter, or the lower assembly complexity and simplification of command signals when compared to the five-level NPC converter. The implementation and simulation of scalar modulation techniques are performed in Matlab / Simulink software, and the modulators are analysed through the simulation results obtained. The simulations allow us to conclude that the unipolar PD-PWM and SV-PD-PWM unipolar scalar modulation techniques are better suited to the application of electric drives studied in this work. The paper also presents the classical mathematical synthesis of a five-level vector modulator, discussing the mathematical complexity imposed by the five-level H-bridge NPC converter feature, which has redundant states. Finally, this study also presents a proposal to adapt the unipolar PD-PWM scalar modulator, aiming at the DC bus voltage balance. An intrinsic feature of multilevel topologies is the need to regulate busbar capacitor voltages, which justifies the proposed adaptation of the unipolar PD-PWM modulator in the application of electric drives studied. The adapted modulator is simulated and the voltage waveforms of the load current, capacitor voltage, CMV and THD are presented.

This work presents a comprehensive analysis of a single-phase full-bridge asymmetrical flying capacitor multilevel converter. Multilevel converters are a promising alternative to high power applications, since they use low voltage semiconductors to produce output waveforms with an increased number of levels. Among the conventional topologies, the flying capacitor converter has redundant states, which can be used for the voltage balance of the capacitors. Furthermore, the number of output voltage levels can be extended by using different voltage levels for flying capacitors, reducing or even eliminating the output filter. In this work, a methodology for the determination of the flying capacitor voltages is proposed to synthesize equally spaced output voltage levels for a full-bridge asymmetrical flying capacitor converter. A detailed analysis of the flying capacitor voltages balance is also performed, through the space vector modulation. Finally, a nine-level configuration is proposed for reactive power compensation and simulation and experimental results are presented to confirm the viability of the proposals of this work. Este trabalho apresenta uma análise detalhada de um conversor multinível assimétrico com capacitores flutuantes em estrutura ponte completa. Conversores multiníveis são estruturas bastante interessantes em aplicações de alta potência, visto que utilizam semicondutores de baixa tensão para a produção de formas de onda com elevado número de níveis. Entre as topologias convencionais, os conversores com capacitores flutuantes possibilitam a utilização dos estados redundantes do conversor para a regulação das tensões dos capacitores. Além disso, o emprego de diferentes valores de tensão nos capacitores flutuantes dessas topologias constitui uma alternativa para o aumento do número de níveis, possibilitando a diminuição ou até mesmo a remoção dos filtros de saída. No decorrer deste trabalho, uma metodologia para a definição dos valores de tensão para os capacitores flutuantes é proposta para a produção de níveis igualmente espaçados na saída de um conversor assimétrico com capacitores flutuantes em estrutura ponte completa. Uma análise do balanceamento das tensões dos capacitores flutuantes também é realizada através da estratégia de modulação vetorial. Em seguida, é realizado o projeto de uma configuração de nove níveis assimétrica com capacitores flutuantes para aplicação como compensador estático de reativos e resultados de simulação e experimentais são apresentados a fim de comprovar a viabilidade das propostas expostas neste trabalho.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES This Thesis contributes to the modulation of the multi-level three-phase converter with flying capacitors, for which simulations were performed to validate three different modulation algorithms. The first one is a phase shift modulation. In order to regulate the voltage of the flying capacitors, a proportional control loop was used that displaces the modulating one, causing the charging or discharging time in a given capacitor to be altered, thus making it possible to control the voltages in the flying capacitors. The second modulation technique was based on a discontinuous modulation. Through discontinuous modulators that vary between regions of PWM and saturation. It is proposed the alternation between the modulating signals that allows the average current in the flying capacitors to remain around zero without increasing the number of commutions. In addition, a proportional controller was implemented to regulate the voltages of the flying capacitors. The main advantage of this technique when compared to phase shift modulation is the reduce THD of line-to-line voltages. Then, a space vector modulation for FCC is proposed. In this modulation, diagrams were created to help definition of the switching sequences for the sectors of the vector space. For each sector, seven sequences were created, in which the first sequence is chosen among the vectors ina a way that at the end of the sequence none of the flying capacitors charged or discharged, plus two more sequences for each flying capacitor. These two sequences serve to regulate the voltage in each flying capacitor, one of them charging and the other discharging the flying capacitor, thus it is possible to maintain the regulated voltages. A fare comparison was then made between the modulation techniques. Initially, it was in order to take care to ensure equality between modulations, such as using the same simulation parameters and the same number of commutations per sampling period. Thus, the performance of the modulations by THD and the first order distortion factor for the modulations addressed in this work were analyzed. Esta Tese de doutorado contribui para a modulação do conversor trifásico multinivel com capacitores flutuantes, para isso foram realizadas simulações para validar três algoritmos de modulação distintos. A primeira é uma modulação por deslocamento de fase. Para fazer a regulação de tensão dos capacitores flutuantes foi utilizada uma malha de controle proporcional que desloca a modulante fazendo com que o tempo de carga ou descarga num determinado capacitor seja alterado, desta forma, possibilitando controlar as tensões nos capacitores flutuantes. A segunda técnica de modulação foi baseada em uma modulação descontinua. Através de modulantes descontínuas que variam entre regiões de PWM e saturação. A alternância entre as modulantes propicia que a corrente média nos capacitores flutuantes se mantenha em torno de zero sem aumentar o número de comutações. Além disso, um controlador proporcional foi implementado para regular as tensões nos capacitores flutuantes. A principal vantagem desta técnica quando comparada com a modulação por deslocamento de fase é a redução da THD das tensões de linha. Em seguida, uma modulação baseada em space vector foi implementada. Nesta modulação foram criados diagramas para auxiliar a definição de sequências de chaveamento para os setores do espaço vetorial. Para cada setor foram criadas sete sequências, onde a primeira sequência é escolhida entre os vetores de forma que no final da sequência nenhum dos capacitores flutuantes carregou nem descarregou, mais duas sequências para cada capacitor flutuante. Estas duas sequências servem para regular a tensão em cada capacitor flutuante, uma delas carrega e a outra descarrega o capacitor flutuante, dessa forma é possível manter a tensões reguladas. Foi, então, realizada uma comparação entre as técnicas de modulação; inicialmente, foi tomado o cuidado para garantir a igualdade entre as modulações, como, por exemplo: usados os mesmos parâmetros de simulação e a mesma quantidade de comutações por período de amostragem. Assim, foram analisadas a eficiência das modulações pela THD e pelo fator de distorção de primeira ordem para as modulações abordadas neste trabalho.

Dissertação de mestre em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores, A emissão de gases poluentes para a atmosfera tem vindo a provocar alterações climáticas irreparáveis, levantando inúmeras questões relativas ao desenvolvimento sustentável para o futuro que se avizinha. Entre outros, a mobilidade de pessoas e bens apresenta-se como uma das principais origens deste problema. Com o intuito de mitigar este problema, a mobilidade elétrica tem vindo a ter uma presença cada vez mais assídua na sociedade de hoje em dia, proporcionando um meio de transporte com zero emissões. Contudo, a maior desvantagem deste conceito reside no sistema de armazenamento de energia, usualmente baterias eletroquímicas, resultando em autonomias baixas e tempos de carregamento elevados. Com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área de investigação, o objeto de estudo desta dissertação teve como foco principal os sistemas de carregamento de baterias. No presente documento de dissertação de mestrado são apresentados vários tipos de carregamento de baterias existentes no mercado, os seus princípios de funcionamento, bem como vantagens e desvantagens. Tendo em consideração estes últimos pontos, e com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área, foi desenvolvido um conversor de eletrónica de potência para o carregamento de baterias de um veículo elétrico. O carregador de eletrónica de potência desenvolvido é trifásico de carregamento lento e unidirecional, tendo sido adotada uma topologia em fonte de corrente, possuindo uma bobina como elemento armazenador de energia, em vez dos típicos condensadores aplicados aos conversores do tipo fonte de tensão. Além das diferenças mencionadas anteriormente, o conversor fonte de corrente permite ajustar de forma dinâmica a corrente de carregamento da bateria, evitando o uso de um segundo conversor CC-CC para esse efeito. Foi utilizado um sistema de controlo para o conversor funcionar como carregador de baterias que tem com base a modulação vetorial. O estudo e validação teórica do conversor de eletrónica de potência para o carregamento das baterias foi realizada com a ajuda da ferramenta de simulação PSIM. O desenvolvimento do protótipo e consequente validação experimental foi realizado em ambiente laboratorial, onde dispunha dos materiais e equipamentos necessários para a realização deste projeto., The emission of gaseous pollutants into the atmosphere has been causing irreparable climate change, raising several issues regarding sustainable development for the near future. Among others, mobility presents itself as one of the main origins of this problem. In order to mitigate this problem, electric mobility has been an increasingly frequent presence in today's society, providing a means of transportation with zero emissions. However, the major disadvantage of this concept lies in the energy storage system, usually electrochemical batteries, imposing low autonomy and high charging times. To contribute to the technological development in this area of research, the study object of this dissertation was focused on battery charging systems. In this Master Dissertation document are presented various types of battery charging systems existing in the market, its operating principles as well as advantages and disadvantages. Taking into consideration these last points, and with the intention of contributing to the technological development in this area, it was developed a power electronics converter to charge electric vehicle batteries. The developed power electronics converter is a three-phase, slow charging unidirectional device, with a current source topology having a coil as energy storage element instead of the typical capacitors applied in voltage source converters. In addition to these differences, the current source converter allows to dynamically adjust the battery charging current, avoiding the use of a secondary DC-DC converter for this purpose. A control system adapted to the converter was used, the main one being based in the space vector modulation. The study and theoretical validation of the power electronic converter for battery charging was carried out with the help of the PSIM simulation tool. The development of the prototype and consequent experimental validation was performed in laboratory environment, where it had the necessary components and instruments for the realization of this project., Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “Quality4Power - Enhancing the Power Quality for Industry 4.0 in the era of Microgrids”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/28813/2017. 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/EEI-EEE/30382/2017.

International audience; This paper aims to present the theoretical study and the obtaining of experimental results of a single-phase topology based on an interleaved modular multilevel converter. The structure can be employed as the ac-dc stage in solid-state transformer applications. The goal is the connection between a medium voltage ac grid and a low voltage dc grid. The new interleaving technique divides the currents through the legs of the modular multilevel converter and is responsible for the modulation of the voltage across in the submodules. The 10 kHz medium-frequency transformer provides galvanic isolation and connects the interleaved modular multilevel converter to a full bridge converter. The characteristics of the converter are discussed, considering the structure, the principle of operation, the modulation technique, and the control scheme. The control system regulates the input current and the bus voltage, on the high voltage side, and the output voltage and bidirectional power flow, on the low voltage side. The experimental validation of the converter is made with a scaled-down prototype.; Este artigo tem como objetivo apresentar o estudo teórico e a obtenção de resultados experimentais de uma topologia monofásica baseada em um conversor multinível modular entrelaçado. A estrutura pode ser empregada como o estágio ca-cc em aplicações de transformador de estado sólido. O objetivo é a conexão entre uma rede elétrica ca de média tensão e uma rede cc de baixa tensão. A nova técnica de entrelaçamento divide as correntes através das pernas do conversor multinível modular e é responsável pela modulação de tensão nos submódulos. O transformador de média frequência de 10 kHz fornece isolação galvânica e conecta o conversor multinível modular entrelaçado a um conversor de ponte completa. As características do conversor são discutidas, considerando a estrutura, o princípio de operação, a técnica de modulação e o esquema de controle. O sistema de controle regula a corrente de entrada e a tensão de barramento, no lado de alta tensão, e a tensão de saída e o fluxo de potência bidirecional, no lado de baixa tensão. A validação experimental do conversor é feita com um protótipo de pequena escala.

Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores, Atualmente, a utilização de cargas não lineares é cada vez mais frequente. Estas, originam problemas de qualidade de energia elétrica (QEE), resultando em várias consequências, como falhas em equipamentos eletrónicos, podendo causar prejuízos elevados em diversos setores. Os filtros ativos de potência, que também podem fazer interface com fontes de energia renovável, apresentam-se como uma boa solução para mitigar estes problemas. Nesta dissertação de mestrado apresentam-se as topologias de filtros ativos de potência, tendo sido simulada uma topologia de Filtro Ativo Paralelo do Tipo Fonte de Corrente. Nesta simulação, para além do inversor fonte de corrente (Current-Source Inverter - CSI), implementou-se um algoritmo baseado na Teoria p-q, bem como a técnica de modulação vetorial (Space-Vector Modulation - SVM). Estas técnicas foram as escolhidas para efetuar o controlo e a modulação do Filtro Ativo Paralelo do Tipo Fonte de Corrente. Nesta dissertação é ainda efetuado um estudo sobre o estado da arte dos conversores CC-CC utilizados em sistemas solares fotovoltaicos, e sobre os sistemas de controlo aplicáveis aos mesmos. Tendo em conta as características do sistema, foi selecionado o conversor CC-CC push-pull, sendo o mesmo simulado e implementado. Nesta dissertação é realizado o dimensionamento e a construção do transformador de alta-frequência deste conversor CC-CC. São ainda apresentadas as placas do andar de potência e o sistema de controlo, desenvolvido no DSP TMS320F28335 da Texas Instruments. A presente dissertação de mestrado apresenta também os testes realizados ao transformador de alta-frequência e ao conversor CC-CC push-pull a operar isoladamente. São ainda apresentados resultados experimentais para a operação de todas as placas desenvolvidas., Nowadays, the use of no-linear loads in industry and by general consumers is increasingly common. This situation causes Power Quality problems, resulting in various consequences, such as flaws in electronic equipment, which may cause revenue losses in several sectors. Besides that, Power Quality problems contributes to the increase of efficiency losses in domestic and industrial equipment, and also in the electrical installations. The Active Power Filters, which can be incorporated with Renewable Energy solutions, are a good solution to mitigate these problems. In this Master Thesis are presented the main topologies of Active Power Filters, with Current-Source Shunt Active Power Filter being simulated. In this simulation, in addition to the Current-Source Inverter, an algorithm based on the p-q Theory and the Space Vector Modulation technique was implemented. These techniques were chosen to control and modulate the Current-Source Shunt Active Power Filter. In this work, it is also made a study about the state of the art of DC-DC Converters used in Photovoltaic Solar Systems, and the control systems that can be applied to them. Considering the characteristics of the system, the DC-DC Push Pull Converter has been selected, where it is simulated and implemented. In this Master Thesis the design and construction of the high-frequency transformer of this converter was developed. The power stage boards and the control system, implemented in the Texas Instruments microcontroller DSP TMS320F28335, are also developed and presented. This work also presents the tests performed for the developed high-frequency transformer and DC-DC Push Pull Converter. Experimental results of all developed circuits are presented.

Este artigo apresenta uma nova estratégia de modulação vetorial para controle da tensão do ponto central do divisor capacitivo do conversor de ponto neutro grampeado - NPC. O controle da corrente do ponto central do divisor capacitivo garante o equilíbrio e a eliminação das componentes de baixa ordem nas tensões dos capacitores, em toda região linear do inversor independentemente do fator de potência bem como para operação com cargas não lineares. Duas sequências de comutação são exploradas para demonstrar a flexibilidade do método proposto. Resultados de simulação são apresentados e estes ilustram o bom desempenho da técnica modulação proposta. This paper presents a new space vector modulation strategy for the dc capacitor voltages control of neutral point clamped converters. By defining the neutral point current it is possible not only to ensure the balance of the dc voltages as well as to guarantee the elimination of low frequencies harmonic in neutral-point voltage under all load conditions in the entire converter linear operation region. Two switching sequences are explored to show the flexibility of propose method. Experimental results are presented and they show the good perform of the proposed modulation technique.

Orientador: Prof. Dr. José Alberto Torrico Altuna Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. O presente trabalho estuda as técnicas de modulação de inversores trifásicos com aplicação principal em controle de máquinas de indução. Na primeira parte é realizada a pesquisa bilbiográfica considerando as principais técnicas de modulação, sendo apresentado depois o princípio de funcionamento destes moduladores. A operação do inversor é estudada apresentando os sinais trifásicos gerados a partir de uma fonte de tensão C.C. É feita a descrição do PWM senoidal baseado em portadora seno¿triangulo e o PWM baseado em vetores espaciais. Também é apresentada uma estratégia de modulação na região de sobre modulação. O principio de modulação aleatorea é estudado citando as contribuições principais nesta área. Finalmente é apresentada a modulação por eliminação seletiva de harmônicas e as principais referências. São apresentados resultados de simulação dos principais métodos de modulação considerando os principais parâmetros de desempenho. Como aplicação de técnicas de modulação em inversores, é apresentada uma estratégia para compensação de tensão usando restauradores dinâmicos de tensão DVR. This dissertation studies modulation techniques for three-phase inverters intended to induction motor control. The First part is literature review regarding the main modulation techniques. Secondly it is described the operation principle of voltage source inverter showing three-phase signals generated from a C.C voltage. It is made a PWM description based on carrier (sine-triangle) and space vector modulation in both linear and over modulation region. The principle of random modulation is presented mentioning the main contributions in this area. It is showed the modulation by selective elimination of harmonics and the main references. Simulation results from modulation schemes are presented taking into account performance of each method. As application it is presented a strategy for Dynamic Voltage Restorer (DVR).

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores, A Qualidade de Energia Elétrica é um assunto cada vez mais importante devido ao crescente número de problemas e custos relacionados com a diminuição dos níveis de Qualidade de Energia Elétrica. Para compensar os atuais problemas de Qualidade de Energia Elétrica foram desenvolvidos os filtros ativos de potência, que possuem uma resposta temporal rápida, sendo capazes de se adaptar dinamicamente às condições do sistema que estão a compensar. Nesta Dissertação de Mestrado são apresentadas as principais topologias de filtros ativos de potência, sendo que a utilizada foi o Filtro Ativo Paralelo. Esta é considerada uma das mais importantes, por ser capaz de efetuar compensações a nível das correntes. Para a implementação deste filtro ativo de potência foi necessário definir o tipo de inversor, a teoria de controlo e a técnica de modulação a serem utilizadas. Tendo isto em conta, foi efetuado o levantamento do estado da arte relativo aos inversores utilizados em filtros ativos de potência, assim como das principais teorias de controlo e técnicas de modulação aplicáveis no âmbito desta Dissertação. Após isto, foi selecionado o Inversor Tipo Fonte de Corrente (Current-Source Inverter - CSI). A teoria de controlo e a técnica de modulação escolhidas foram, respetivamente, a Teoria p-q e a Modulação Vetorial (Space Vector Modulation - SVM). O sistema de controlo e os circuitos de potência foram simulados no software PSIM para que seja possível validar a sua correta implementação e funcionamento. Uma vez obtida essa validação, os circuitos e sistemas de controlo foram implementados em laboratório, para verificar o seu funcionamento. Finalmente, é de referir que com esta Dissertação pretende-se contribuir para a investigação da utilização de Inversores Tipo Fonte de Corrente em Filtros Ativos Paralelos., Power Quality is a subject with ever increasing importance due to the rising numbers of problems and costs related with the reduction of the Power Quality levels. To compensate the Power Quality problems were developed active power filters that have a quick time response, and that are capable of adapting to the conditions of the system they are compensating. In this Master Thesis are presented the main topologies of active power filters, with the Shunt Active Power Filter being implemented. This topology is considered to be one of the most important active power filter topologies, because it is capable of performing current compensation. For the implementation of this active power filter, it was necessary to define the type of inverter, the control strategy and the modulation technique to be used. Regarding this, a research of the state of the art of inverters, control strategies and modulation techniques used in Shunt Active Filters was performed. After this, the Current-Source Inverter (CSI) was selected. The control strategy and the modulation technique implemented were the p-q Theory and the Space Vector Modulation (SVM), respectively. The control and power circuits were simulated using the software PSIM, so that their operation could be validated. Once this validation was obtained, these systems were implemented in laboratory, to assess their operation capabilities. Finally, it must be said that with this work it is intended to contribute to the research of the use of Current Source Inverters in Shunt Active Power Filters.

A demanda de energia nos últimos anos vem crescendo substancialmente, principalmente devido ao desenvolvimento industrial generalizado. Dessa forma, uma maior atenção tem sido empregada nos ramos de pesquisa e desenvolvimento em geração de energia elétrica distribuída. Os retificadores ativos bidirecionais com filtro LCL são equipamentos que adotam o conceito acima visando apresentar baixo conteúdo harmônico de corrente e tensão, juntamente com a capacidade de regenerar energia para rede em certos modos de operação. Esta dissertação aborda tópicos relacionados ao controle, modulação e amortecimento ativo aplicados a retificadores ativos bidirecionais três níveis conectados a rede através de filtros LCL. Utilizou-se neste trabalho um conceito de modulação vetorial três níveis que parte do pressuposto de que o plano de tensões três níveis pode ser reduzido a seis análogos planos de tensões dois níveis, facilitando e simplificando o modulador independentemente do seu número de níveis. O método de modulação proposto dá luz à uma generalização para algoritmos de sobremodulação, de forma a obter o funcionamento linear de moduladores multiníveis. Juntamente com a estratégia de modulação e sobremodulação, conceitos de controle vetorial utilizando as transformadas de Park e Clarke foram utilizados permitindo a obtenção de um modelo e controle precisos do retificador. O amortecimento adequado da ressonância inerente ao filtro LCL também foi discutido neste trabalho. Para tal, discutiu-se detalhadamente o projeto do filtro LCL, o amortecimento passivo e o amortecimento ativo. O amortecimento ativo não introduz perdas adicionais ao sistema, bem como permite uma maior flexibilidade de implementação. Contudo, o principal desafio em sua utilização é manter um desempenho satisfatório em conversores de maior potência que normalmente apresentam freqüências de chaveamento reduzidas, bem como perante a inserção de incertezas paramétricas quanto à impedância da rede.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work presents the Direct Torque Control technique applied to three-phase cage induction motors. A comparison of two strategies to achieve torque control is made, involving the traditional and discrete space vector modulation techniques. The philosophy of direct torque control is presented. Digital simulations were carried out for the motor operating in several different conditions. A sensorless speed control under direct torque control is achieved. Practical work was developed with basis on digital techniques. All the control strategies were carried out using a fixed point DSP platform. Experimental and simulation results are presented and compared. Este trabalho apresenta a técnica de Controle Direto de Conjugado aplicado a motores de indução trifásico. Uma comparação entre duas estratégias de controle direto de conjugado é realizada, envolvendo as técnicas de controle direto de conjugado tradicional e modulação discreta de vetores espaciais. A filosofia de controle direto de conjugado é apresentada. Simulações digitais foram realizadas para o motor operando em diversas condições de operação. Um controle de velocidade sem sensor mecânico com controle direto de conjugado é realizado. O trabalho prático foi desenvolvido com base em técnicas digitais. Todas as estratégias de controle foram realizadas usando plataforma em ponto fixo DSP. Resultados de simulação e experimentais são apresentados e comparados. Mestre em Ciências