Sistema de tração elétrica flexível baseado em veículos trólebus para alimentação com redes CC e ou CA

Este artigo apresenta os principais resultados e o detalhamento da metodologia e equações de controle de um retificador monofásico pré-regulador de 150kW para sistema trólebus. A estrutura proposta possibilita a Correção ativa do Fator de Potência (CFP) com baixos níveis de Distorção Harmônica Total (DHT) na corrente, em conformidade com a norma internacional IEC 61000-3-4. Fruto de um projeto de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (P) junto à empresa AES Eletropaulo Metropolitana de São Paulo, em parceria com a empresa de transporte Himalaia S.A., o projeto possui como principais objetivos estimular o interesse para a expansão das linhas de trólebus a partir de uma plataforma de alimentação de menor custo de instalação e manutenção, sem a necessidade de subestações retificadoras, e, com vistas a promover a melhoria da qualidade de vida nos grandes centros urbanos. Nessa nova modalidade proposta para o sistema de alimentação, o trólebus pode ser alimentado tanto pelas redes convencionais em corrente contínua (CC) quanto pelas redes de distribuição em corrente alternada (CA), mantendo-se a disposição a dois fios dos sistemas CC, sendo as mudanças de rede de alimentação (CC ou CA) monitoradas e controladas digitalmente. Todo o sistema de gerenciamento e controle do conversor é realizado digitalmente por FPGA XC3S200. Na evolução do sistema proposto, os autores pretendem inclusive eliminar as linhas aéreas de alimentação, através da utilização de postos de alimentação em CA, especialmente desenvolvidos para os pontos de embarque/desembarque de passageiros para este veículo de transporte coletivo, eliminando-se os aspectos visuais negativos das redes de alimentação deste modal, e, reduzindo-se as falhas de operação do sistema.

Power Factor Correction Boost Converter Based on the Three-State Switching Cell

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Performance evaluation of a novel hybrid multipulse rectifier for utility interface of power electronic converters

This paper presents an improved analysis of a novel Programmable Power-factor-corrected-Based Hybrid Multipulse Power Rectifier (PFC-HMPR) for utility interface of power electronic converters. The proposed hybrid multipulse rectifier is composed of an ordinary three-phase six-pulse diode-bridge rectifier (Graetz bridge) with a parallel connection of single-phase switched converters in each three-phase rectifier leg. In this paper, the authors present a complete discussion about the controlled rectifiers' power contribution and also a complete analysis concerning the total harmonic distortion of current that can be achieved when the proposed converter operates as a conventional 12-pulse rectifier. The mathematical analysis presented in this paper corroborate, with detailed equations, the experimental results of two 6-kW prototypes implemented in a laboratory.

Dimmable electronic ballast with high power-factor SEPIC preregulator, for multiple tubular fluorescent lamps

An electronic ballast for multiple tubular fluorescent lamps is presented in this paper. The proposed structure features high power-factor, dimming capability, and soft-switching to the semiconductor devices operated in high frequencies. A Zero-Current-Switching - Pulse-Width-Modulated (ZCS-PWM) SEPIC converter composes the rectifying stage, controlled by the instantaneous average input current technique, performing soft-commutations and high input power factor. Regarding the inverting stage, it is composed by a classical resonant Half-Bridge converter, associated to Series Parallel-Loaded Resonant (SPLR) filters. The dimming control technique employed in this Half-Bridge inverter is based on the phase-shift in the current processed through the sets of filter + lamp. In addition, experimental results are shown in order to validate the developed analysis.

A novel programmable PFC based hybrid rectifier for ultra clean power application

A novel hybrid high power rectifier capable to achieve unity power factor is proposed in this paper. Single-phase SEPIC rectifiers are associated in parallel with each leg of three-phase 6-pulse diode rectifier resulting in a programmable input current waveform structure. In this paper it is described the principles of operation of the proposed converter with detailed simulation and experimental results. For a total harmonic distortion of the input line current (THDI) less than 2% the rated power of the SEPIC rectifiers is 33%. Therefore, power rating of the SEPIC parallel converters is a fraction of the output power, on the range of 20% to 33% of the nominal output power, making the proposed solution economically viable for high power installations, with fast pay back of the investment. Moreover, retrofits to existing installations are also possible with this proposed topology, since the parallel path can be easily controlled by integration with the already existing de-link. Experimental results are presented for a 3 kW implemented prototype, in order to verify the developed analysis.

Programmable PFC based hybrid multipulse power rectifier for utility interface of power electronic converters

In this paper it is proposed a novel hybrid three-phase rectifier capable to achieve high input power factor (PF), and low total harmonic distortion in the input currents (THDI). The proposed hybrid high power rectifier is composed by a standard three-phase 6-pulses diode rectifier (Graetz bridge) with a parallel connection of single-phase Boost rectifiers in each three-phase rectifier leg. Such topology results in a structure capable of programming the input current waveform and providing conditions for obtaining high input power factor and low harmonic current distortion. In order to validate the proposed hybrid rectifier, this paper describes its principles of operation, with detailed experimental results and discussions on power rating of the required Boost converters as related to the desired total harmonic current distortion. It is demonstrated that only a fraction of the output power is processed through the Boost converters, making the proposed solution economically viable for very high power installations, with fast pay back of the investment. Moreover, retrofitting to existing installations is also feasible since the parallel path can be easily controlled by integration with the existing de-link. A prototype rated at 6 kW has been implemented in laboratory and fully demonstrated its operation, performance and feasibility to high power applications. © 2005 IEEE.

A true programmable HPF hybrid three-phase rectifier

In this paper is proposed and analyzed a digital hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier with almost unitary input power factor, composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The digital control allows a programmable THD (Total Harmonic Distortion) at the input currents, and it makes possible that the power rating of the switching-mode converters, connected in parallel, can be a small fraction of the total average output power, in order to obtain a compact converter, reduced input current THD and almost unitary input power factor. The proposed digital control, using a FPGA device and VHDL, offers an important flexibility for the associated control technique, in order to obtain a programmable PFC (Power Factor Correction) hybrid three-phase rectifier, in agreement with the international standards (IEC, and IEEE), which impose limits for the THD of the AC (Alternate Current) line input currents. Finally, the proposed control strategy is verified through experimental results from an implemented prototype. ©2008 IEEE.

Power losses analysis and cooling system design of three topologies of multilevel inverters

This paper presents the comparison of three topologies of multilevel inverters applied to drive an induction motor of 500 kVA/4.16 kV. The multilevel inverters analyzed are: a neutral point clamped inverter, a symmetrical cascaded multilevel inverter and a hybrid asymmetrical cascaded multilevel inverter. The performance indexes used in the comparison are total harmonic distortion, first order distortion factor, semiconductors power losses distribution and heat-sink volume. The comparison is developed with the purpose of finding the efficiency and the heat-sink volume where the three systems present the same output filter. ©2008 IEEE.

Hybrid three-phase HPF rectifier with programmable input current THD, using FPGA device and VHDL language

In this paper is proposed and analyzed a digital hysteresis modulation using a FPGA (Field Programmable Gate Array) device and VHDL (Hardware Description Language), applied at a hybrid three-phase rectifier with almost unitary input power factor, composed by parallel SEPIC controlled single-phase rectifiers connected to each leg of a standard 6-pulses uncontrolled diode rectifier. The digital control allows a programmable THD (Total Harmonic Distortion) at the input currents, and it makes possible that the power rating of the switching-mode converters, connected in parallel, can be a small fraction of the total average output power, in order to obtain a compact converter, reduced input current THD and almost unitary input power factor. Finally, the proposed digital control, using a FPGA device and VHDL, offers an important flexibility for the associated control technique, in order to obtain a programmable PFC (Power Factor Correction) hybrid three-phase rectifier, in agreement with the international standards (IEC, and IEEE), which impose limits for the THD of the AC (Alternate Current) line input currents. The proposed strategy is verified by experiments. © 2008 IEEE.

Desenvolvimento de sistema de aquisição e processamento para aplicações em qualidade de energia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle digital através de dispositivo FPGA aplicado a um retificador trifásico híbrido operando com modulação por histerese variável

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Aplicação de filtro harmônico em sistemas elétricos de baixa tensão utilizando Lógica Fuzzy

Em um sistema elétrico existem vários circuitos e equipamentos industriais que se comportam como dispositivos não-lineares. Esse comportamento geram sinais que causam distorções dentro desse sistema. Essas distorções são chamadas de Harmônicas, que calculada de forma ampla nos fornece o valor do THD (do inglês Total Harmonic Distortion ou Distorção Harmônica Total). Este trabalho apresenta uma das várias soluções para minimizar esse indicador através da detecção por um algoritmo computacional instalado no medidor de THD apropriado e pela utilização de filtros harmônicos passivos. Este algoritmo computacional detecta e calcula em quais frequências o valor do THD está elevado em comparação a um índice normativo definido utilizando para isso a Lógica Fuzzy. Uma vez definido a necessidade da aplicação do filtro harmônico esse será projetado pelo algoritmo computacional. O filtro harmônico entregado neste trabalho será o filtro passivo devido a sua fácil instalação e ao seu baixo custo. Dessa forma, o algoritmo computacional proposto funciona no início da medição do THD, no equipamento medidor, indicando uma faixa classificatória de THD medido, utilizando para isso a Lógica Fuzzy, identifica a necessidade ou não da instalação do filtro harmônico passivo e seu projeto, e finaliza efetuando um novo cálculo de THD.

Monitoração e análise de grandezas da qualidade da energia elétrica em processos industriais utilizando instrumentação virtual

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados elétricos de cargas motrizes no processo industrial de sistema de rede automatizada baseado em instrumentação virtual, permitindo a monitoração e análise de distúrbios relacionados à Qualidade de Energia Elétrica (QEE) em regime permanente, como variação de tensão, distorção harmônica e desequilíbrio de tensão, onde os resultados possam ser visualizados em uma interface amigável e intuitiva ao usuário e armazenados de maneira conveniente em um banco de dados. Este sistema é uma solução viável por ter baixo custo na sua implementação e flexível para a monitoração e análise de parâmetros de QEE nos processos industriais quando comparada com a instrumentação tradicional.

Proposta de uma metodologia para obtenção de um gerador síncrono com rotor de ímãs permanentes inclinados axialmente para microcentrais elétrica a partir de motor de indução

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise de conversor multipulso utilizando transformador com culatra intermediária

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS