Studio del convertitore Buck Boost non invertente a ponte di interruttori

La tesi tratta del convertitore Buck Boost a ponte di interruttori e non invertente. Si tratta di due LEG indipendenti connessi da un induttore e che possono realizzare conversioni rispettivamente in discesa e salita. Questo convertitore soffre di problemi di controllo nel passaggio dalla modalità di salita a quella di discesa e viceversa e nella gestione di tensioni molto vicine alla regione di confine a causa delle limitazioni nei duty cycle massimi e minimi dei singoli LEG. Nella tesi si è studiato una tecnica di controllo in grado di gestire la transizione con una minima variazione di corrente media sull' elemento di transfer energetico: questo dovrebbe garantire delle migliori prestazioni in dinamica. La tecnica adottata è anche compatibile con una sostanziale riduzione delle perdite di commutazione nella zona di transizione fra le due modalità (salita e discesa).

Amplificatori Switching (ad alto rendimento)

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Novos conversores retificadores Sepic ZCS-PWM, operando como abaixadores de tensao, com elevados rendimento e fator de potencia - um estudo comparativo

A comparative evaluation regarding a new zero-current-switching (ZCS) pulse width modulated (PWM) Sepic rectifier, operating in voltage step-down mode, employing two different techniques, in order to obtain high power factor and reduced total harmonic distortion (THD) at the input current, is presented. The methods are those in continuous-current mode operation, known as peak current mode control with slope compensation, and average-current mode control. The principle of operation, the theoretical analysis, a design example and the main experimental results are presented for both proposed control techniques.

Progetto di un convertitore flyback sincrono per applicazioni di energy harvesting piezoelettrico

In questo elaborato è stata trattata la caratterizzazione tramite simulazioni e prove in laboratorio di un circuito in grado di estrarre e accumulare energia elettrica, la quale viene generata da vibrazioni meccaniche tramite l'uso di dispositivi piezoelettrici. Partendo da una tipologia di circuito già esistente è stata studiata una variante nel sistema di conversione dell'energia, in questo caso il convertitore implementato è un convertitore di tipo flyback. Dopo aver studiato il circuito in dettaglio, è stata realizzata una prima simulazione circuitale mediante software Ltspice. Sono stati quindi analizzati gli andamenti delle tensioni di uscita e di ingresso durante il processo di carica della capacità, applicando in ingresso differenti tensioni. Infine i dati ottenuti sono stati elaborati in un foglio elettronico per poter ricavare l'andamento del rendimento.

Studio dei circuiti di clamper negli amplificatori operanti in classe e

Questa tesi tratta dell’amplificatore di potenza (PA–Power Amplifier) operante in classe E. Si tratta di un convertitore DC/AC ad elevato rendimento che può trovare impiego in numerose applicazioni in cui il problema della generazione di calore o la necessità di non sprecare energia sono particolarmente stringenti (ad esempio apparati per cui non è previsto un impianto di raffreddamento e/o apparati alimentati a batteria). L’elevato rendimento di un amplificatore operante in classe E deriva dalle specifiche forme d’onda ai capi del dispositivo attivo impiegato, tali per cui la perdita di commutazione durante la fase di accensione dello switch diviene pressoché trascurabile (Zero-Voltage-Switching e Zero-Derivative-Voltage Turn-ON). Il prezzo da pagare per ottenere queste benefiche forme d’onda è quello di avere un valore di cresta della tensione sul dispositivo che commuta assai più elevato del valore medio, coincidente con la tensione di alimentazione DC. In generale si stima una tensione di picco fra le 3 e le 5 volte più elevata della tensione DC, in funzione del Duty-Cycle e dell’assorbimento di corrente sul carico. Occorre poi tenere presente che in condizioni dinamiche (ad esempio qualora si collegasse direttamente l’amplificatore all’alimentazione) potrebbero innescarsi dei transitori tali per cui la tensione di picco ecceda anche il range suddetto. Per questo motivo è bene porre un limite alla massima tensione di picco adottando dei circuiti di protezione del transistore al fine di evitare la sua distruzione per limiti legati alla tensione di breakdown. Questi circuiti sono denominati clamper: in questa tesi valuteremo le modalità con cui si può implementare tale protezione; valuteremo, inoltre, i vantaggi e gli svantaggi derivanti dall’impiego di tali circuiti. Questi clamper sono prevalentemente di tipo dissipativo (Zener); nel corso della tesi si è studiato la realizzazione di un clamper rigenerativo che utilizza un trasformatore, ma si è constatata la irrealizzabilità fisica a causa della inevitabile presenza della induttanza dispersa.

Studio sul convertitore elettronico per il pilotaggio di motori asincroni trifase

La semplicità, affidabilità, robustezza ed economicità del motore asincrono trifase ne fanno un motore largamente utilizzato sia in ambiente industriale che civile (pompe, ascensori, montacarichi, nastri trasportatori, ventilatori, locomotive ferroviarie, …). È ipotizzabile che in futuro vi sarà sempre più largo impiego di motori elettrici e i recenti sviluppi nella tecnologia dei convertitori elettronici per il controllo dei motori asincroni ne consentiranno l’uso in sempre più estesi ambiti applicativi. La messa sotto tensione di motori a media/alta potenza presenta però, in fase di avviamento, correnti di spunto e coppie elevate che devono essere controllate. In questa tesi saranno pertanto studiate le tecniche di protezione, avviamento e controllo dei motori asincroni trifase Nel primo capitolo esamineremo le funzioni di sezionamento, comando e protezione da cortocircuiti e sovraccarichi e i dispositivi adatti a svolgere tale compito in modo coordinato. Nel secondo capitolo esamineremo le principali tecnologie usate per l’avviamento dei motori, da quelle più semplici a quelle che impiegano dispositivi elettronici allo stato solido: Soft-Starters a tiristori (solo regolazione AC), Inverters a transistori (controllo sia in frequenza che ampiezza della forma d’onda AC generata). Fra tutti i possibili convertitori DC/AC analizzeremo dettagliatamente esclusivamente quelli a controllo PWM analogico che costituiranno l’oggetto della trattazione dei capitoli seguenti.

Progetto di un convertitore full-bridge phase-shifted isolato a commutazione risonante

L'evoluzione della tecnologia allo stato solido e il fiorire di nuove applicazioni determinano una forte spinta verso la miniaturizzazione dei convertitori elettronici di potenza. Questa riduzione di pesi ed ingombri è particolarmente sentita anche in quei convertitori di media potenza che necessitano di un trasformatore d'isolamento. In quest'ambito assume importante rilievo l'utilizzo di una architettura circuitale a ponte intero e di tecniche in grado di spingere la frequenza di commutazione il più in alto possibile. Questa tesi si propone quindi di studiare a fondo il funzionamento dei convertitori DC/DC isolati di tipo Full-Bridge e pilotati con la tecnica di modulazione Phase-Shifted che ben si presta all'impiego di commutazioni risonanti del tipo Zero-Voltage-Switching. L'analisi teorica sarà corroborata da simulazioni condotte su LTspice e sarà orientata all'individuazione di una metodologia di progetto generale per questo tipo di convertitori. Al fine di formalizzare meglio il progetto si è individuata una possibile applicazione nell'alimentazione di un DC-bus per telecomunicazioni (48 Volt DC sostenuti da batterie) a partire da una fonte di energia fotovoltaica quale una stringa di pannelli operanti con tensioni variabili da 120 a 180 Volt DC. Per questo particolare tipo di applicazione in discesa può avere senso l'impiego di un rettificatore del tipo a duplicazione di corrente, che quindi si provvederà a studiare e ad implementare a secondario del trasformatore d'isolamento. Infine particolare cura sarà dedicata alla parte di controllo che si ha intenzione di integrare all'interno di LTspice così da riuscire a simulare il comportamento dinamico del convertitore e verificare quanto predetto in via teorica mediante l'impiego della procedura che utilizza il K-Factor per la realizzazione della rete compensatrice.

Dispositivi di recupero energetico: la valvola di regolazione GreenValve del Politecnico di Milano

Oggetto della trattazione è il recupero di energia da parte di una valvola idraulica durante il processo di regolazione del flusso di corrente in un impianto. Questa valvola di regolazione, detta GreenValve, è un brevetto del Politecnico di Milano, ad opera del Prof. Ing. Stefano Malavasi coadiuvato da un gruppo di ricercatori e tesisti, tra i quali spicca il nome di Cecilia Paris. Cecilia ha incentrato il proprio lavoro sull’analisi teorica e sperimentale della “Valvola Verde”, ed è dalla sua Tesi che il suddetto elaborato trae ispirazione.

Projeto, implementação e análise de um conversor CC-CC de alto ganho e alto rendimento para aplicações fotovoltaicas

In recent years the photovoltaic generation has had greater insertion in the energy mix of the most developed countries, growing at annual rates of over 30%. The pressure for the reduction of pollutant emissions, diversification of the energy mix and the drop in prices are the main factors driving this growth. Grid tied systems plays an important role in alleviating the energy crisis and diversification of energy sources. Among the grid tied systems, building integrated photovoltaic systems suffers from partial shading of the photovoltaic modules and consequently the energy yield is reduced. In such cases, classical forms of modules connection do not produce good results and new techniques have been developed to increase the amount of energy produced by a set of modules. In the parallel connection technique of photovoltaic modules, a high voltage gain DC-DC converter is required, which is relatively complex to build with high efficiency. The current-fed isolated converters explored in this work have some desirable characteristics for this type of application, such as: low input current ripple and input voltage ripple, high voltage gain, galvanic isolation, feature high power capacity and it achieve soft switching in a wide operating range. This study presents contributions to the study of a high gain and high efficiency DC-DC converter for use in a parallel system of photovoltaic generation, being possible the use in a microinverter or with central inverter. The main contributions of this work are: analysis of the active clamping circuit operation proposing that the clamp capacitor connection must be done on the negative node of the power supply to reduce the input current ripple and thus reduce the filter requirements; use of a voltage doubler in the output rectifier to reduce the number of components and to extend the gain of the converter; detailed study of the converter components in order to raise the efficiency; obtaining the AC equivalent model and control system design. As a result, a DC-DC converter with high gain, high efficiency and without electrolytic capacitors in the power stage was developed. In the final part of this work the DC-DC converter operation connected to an inverter is presented. Besides, the DC bus controller is designed and are implemented two maximum power point tracking algorithms. Experimental results of full system operation connected to an emulator and subsequently to a real photovoltaic module are also given.

Power network in the loop : subsystem testing using a switching amplifier

“Hardware in the Loop” (HIL) testing is widely used in the automotive industry. The sophisticated electronic control units used for vehicle control are usually tested and evaluated using HIL-simulations. The HIL increases the degree of realistic testing of any system. Moreover, it helps in designing the structure and control of the system under test so that it works effectively in the situations that will be encountered in the system. Due to the size and the complexity of interaction within a power network, most research is based on pure simulation. To validate the performance of physical generator or protection system, most testing is constrained to very simple power network. This research, however, examines a method to test power system hardware within a complex virtual environment using the concept of the HIL. The HIL testing for electronic control units and power systems protection device can be easily performed at signal level. But performance of power systems equipments, such as distributed generation systems can not be evaluated at signal level using HIL testing. The HIL testing for power systems equipments is termed here as ‘Power Network in the Loop’ (PNIL). PNIL testing can only be performed at power level and requires a power amplifier that can amplify the simulation signal to the power level. A power network is divided in two parts. One part represents the Power Network Under Test (PNUT) and the other part represents the rest of the complex network. The complex network is simulated in real time simulator (RTS) while the PNUT is connected to the Voltage Source Converter (VSC) based power amplifier. Two way interaction between the simulator and amplifier is performed using analog to digital (A/D) and digital to analog (D/A) converters. The power amplifier amplifies the current or voltage signal of simulator to the power level and establishes the power level interaction between RTS and PNUT. In the first part of this thesis, design and control of a VSC based power amplifier that can amplify a broadband voltage signal is presented. A new Hybrid Discontinuous Control method is proposed for the amplifier. This amplifier can be used for several power systems applications. In the first part of the thesis, use of this amplifier in DSTATCOM and UPS applications are presented. In the later part of this thesis the solution of network in the loop testing with the help of this amplifier is reported. The experimental setup for PNIL testing is built in the laboratory of Queensland University of Technology and the feasibility of PNIL testing has been evaluated using the experimental studies. In the last section of this thesis a universal load with power regenerative capability is designed. This universal load is used to test the DG system using PNIL concepts. This thesis is composed of published/submitted papers that form the chapters in this dissertation. Each paper has been published or submitted during the period of candidature. Chapter 1 integrates all the papers to provide a coherent view of wide bandwidth switching amplifier and its used in different power systems applications specially for the solution of power systems testing using PNIL.

A database ATP simulated waveforms of shunt reactor switching cases with vacuum breakers on motor circuits

This paper presents a database ATP (Alternative Transient Program) simulated waveforms for shunt reactor switching cases with vacuum breakers in motor circuits following interruption of the starting current. The targeted objective is to provide multiple reignition simulated data for diagnostic and prognostic algorithms development, but also to help ATP users with practical study cases and component data compilation for shunt reactor switching. This method can be easily applied with different data for the different dielectric curves of circuit-breakers and networks. This paper presents design details, discusses some of the available cases and the advantages of such simulated data.

Human brain regions required for the dividing and switching of attention between two features of a single object

This combined PET and ERP study was designed to identify the brain regions activated in switching and divided attention between different features of a single object using matched sensory stimuli and motor response. The ERP data have previously been reported in this journal [64]. We now present the corresponding PET data. We identified partially overlapping neural networks with paradigms requiring the switching or dividing of attention between the elements of complex visual stimuli. Regions of activation were found in the prefrontal and temporal cortices and cerebellum. Each task resulted in different prefrontal cortical regions of activation lending support to the functional subspecialisation of the prefrontal and temporal cortices being based on the cognitive operations required rather than the stimuli themselves.

Further evidence for a deficit in switching attention in schizophrenia

In this study, sustained, selective, divided, and switching attention, and reloading of working memory were investigated in schizophrenia by using a newly developed Visual Attention Battery (VAB). Twenty-four outpatients with schizophrenia and 24 control participants were studied using the VAB. Performance on VAB components was correlated with performance of standard tests. Patients with schizophrenia were significantly impaired on VAB tasks that required switching of attention and reloading of working memory but had normal performance on tasks involving sustained attention or attention to multiple stimulus features. Switching attention and reloading of working memory were highly correlated with Trails (B - A) score for patients. The decline in performance on the switching-attention task in patients with schizophrenia met criteria for a differential deficit in switching attention. Future research should examine the neurophysiological basis of the switching deficit and its sensitivity and specificity to schizophrenia.

Characteristic analysis for multisampled digital implementation of fixed-switching-frequency closed-loop modulation of voltage-source inverter

In this paper, a fixed-switching-frequency closed-loop modulation of a voltage-source inverter (VSI), upon the digital implementation of the modulation process, is analyzed and characterized. The sampling frequency of the digital processor is considered as an integer multiple of the modulation switching frequency. An expression for the determination of the modulation design parameter is developed for smooth modulation at a fixed switching frequency. The variation of the sampling frequency, switching frequency, and modulation index has been analyzed for the determination of the switching condition under closed loop. It is shown that the switching condition determined based on the continuous-time analysis of the closed-loop modulation will ensure smooth modulation upon the digital implementation of the modulation process. However, the stability properties need to be tested prior to digital implementation as they get deteriorated at smaller sampling frequencies. The closed-loop modulation index needs to be considered maximum while determining the design parameters for smooth modulation. In particular, a detailed analysis has been carried out by varying the control gain in the sliding-mode control of a two-level VSI. The proposed analysis of the closed-loop modulation of the VSI has been verified for the operation of a distribution static compensator. The theoretical results are validated experimentally on both single- and three-phase systems.