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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37272| Título: | Análise e implementação de uma ups on-line monofásica utilizando estruturas baseadas nos conversores Cuk e SEPIC. |
| Título(s) alternativo(s): | Analysis and implementation of a single-phase on-line UPS using Cuk and SEPIC converter-based structures |
| Autor(es): | Oliveira, Vinicius Motta de |
| Orientador(es): | Sampaio, Leonardo Poltronieri |
| Palavras-chave: | Baterias elétricas Eletrônica Inversores elétricos Electric batteries Electronics Electric inverters |
| Data do documento: | 19-Mai-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Cornelio Procopio |
| Citação: | OLIVEIRA, Vinicius Motta de. Análise e implementação de uma UPS on-line monofásica utilizando estruturas baseadas nos conversores Cuk e SEPIC. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025. |
| Resumo: | Este trabalho propõe novas topologias de conversor retificador e inversor para aplicação em Fontes de Alimentação Ininterruptas (UPS, do inglês Uninterruptible Power Supply), as quais visam melhorar a qualidade de energia elétrica de um sistema. Em comparação aos conversores convencionais utilizados para esta aplicação (back-to-back), as estruturas propostas possuem a vantagem de realizar tanto o abaixamento quanto a elevação da tensão, permitindo a operação da UPS com uma tensão reduzida no barramento CC. Devido a isto, o sistema é capaz de operar com um número reduzido de baterias comparado ao sistema tradicional, possibilitando um menor volume e um menor custo. O sistema proposto é uma UPS on-line monofásica de dupla conversão, empregando dois conversores, um retificador responsável por drenar uma corrente senoidal da rede elétrica e realizar o carregamento das baterias, e um inversor responsável por alimentar a carga. Ao longo do trabalho, foi realizada a análise matemática e análise dinâmica dos circuitos, a fim de projetar os elementos passivos e obter as devidas respostas em frequência para o projeto das estruturas de controle utilizadas. A topologia de retificador faz uso de controlador clássico do tipo Proporcional-Integral (PI) a fim de controlar uma corrente senoidal, com amplitude e frequência definidas, da rede elétrica, assim como realizar o carregamento das baterias e manter o nível adequado de tensão sobre o barramento CC. Já o inversor faz uso de uma estrutura de controle que combina o controlador PI junto a uma estrutura multi-ressonante para controlar a tensão entregue a carga conectada a UPS, garantindo uma tensão regulada e com baixo conteúdo harmônico. Posteriormente são apresentados os resultados de simulação utilizando a ferramenta computacional MATLAB/Simulink®, demonstrando a possibilidade de melhora na qualidade de energia do sistema, suprimindo problemas como distorção harmônica da rede elétrica, afundamentos de tensão, sobretensão, intermitências da rede ou até mesmo a ausência da mesma. Além disto, são apresentadas em simulação as formas de onda sobre os elementos do circuito, a fim de validar as análises outrora feitas. Por fim, o funcionamento do sistema de UPS e dos conversores propostos puderam ser validados a partir de resultados experimentais, os quais demonstraram que o sistema foi capaz de operar como uma UPS online, drenando uma corrente senoidal controlada da rede elétrica e entregando uma tensão senoidal para a carga. |
| Abstract: | This work proposes new topologies for rectifier and inverter converters for application in Uninterruptible Power Supplies (UPS), aiming to improve the power quality of an electrical system. Compared to conventional back-to-back converters used in this application, the proposed structu- res have the advantage of performing both step-down and step-up voltage conversion, allowing the UPS to operate with a reduced DC bus voltage. As a result, the system can operate with fewer batteries compared to traditional systems, enabling a smaller volume and lower cost. The proposed system is a single-phase on-line double-conversion UPS, employing two converters: a rectifier responsible for drawing a sinusoidal current from the grid and charging the batteries, and an inverter responsible for supplying the load. Throughout the work, mathematical and dynamic analyses of the circuits were carried out in order to design the passive components and obtain the corresponding frequency responses needed for the control structure design. The rectifier topology uses a classical Proportional-Integral (PI) controller to control a sinusoidal current with defined amplitude and frequency from the grid, as well as to charge the batteries and maintain an appropriate voltage level on the DC bus. The inverter employs a control structure that combines a PI controller with a multi-resonant structure to control the voltage delivered to the UPS load, ensuring a regulated voltage with low harmonic content. Simulation results using the MATLAB/Simulink® software tool are presented, demonstrating the system's potential to improve power quality by mitigating issues such as grid harmonic distortion, voltage sags, overvoltage, grid intermittencies, or even complete grid outages. Additionally, the simulation presents the waveforms across the circuit elements to validate the previous analyses. Finally, the operation of the UPS system and the proposed converters was validated through experimental results, which showed that the system was capable of operating as an online UPS, drawing a controlled sinusoidal current from the grid and delivering a sinusoidal voltage to the load. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37272 |
| Aparece nas coleções: | CP - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
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