Este trabalho desenvolve um procedimento de projeto sistemático para o controle das correntes de entrada e da tensão de saída de retificadores PWM trifásicos. Primeiramente é apresentado o modelo discreto em eixos síncronos dq do retificador PWM trifásico com filtro de entrada L, o qual leva em conta o tempo de processamento necessário para a implementação em tempo real. A operação do retificador com resposta de tempo mínimo é obtida utilizando o método de desacoplamento por retroação de estados no domínio discreto, sem a necessidade de um controlador de corrente adicional no eixo d. Além disso, são desenvolvidos servos controladores de corrente e tensão a fim de garantir fator de deslocamento unitário e regulação de tensão no barramento CC respectivamente. Finalmente, resultados experimentais são apresentados, a fim de validar o procedimento proposto e verificar o desempenho do retificador PWM trifásico.

This paper develops a systematic design procedure based on discrete decoupling by state feedback applied to three-phase PWM rectifiers. A discrete model for synchronous frame is developed for three-phase PWM rectifier with an L filter. This model takes into account the computational delays presents in the discrete implementation. Deadbeat response is obtaining without the requirement of a current controller in the axis d. Moreover, discrete servo controllers to ensure unit displacement power factor and regulated DC link voltage are developed. Finally, experimental results are presented to demonstrate the feasibility of the proposed procedure, algorithms and the performance of the overall system.

Este artigo apresenta uma metodologia sistematizada de projeto de filtros de saída de segunda ordem para inversores que sintetizam tensões senoidais através de modulação por largura de pulso (PWM) digital. O propósito desta metodologia é o de determinar os parâmetros do filtro que assegure a especificação da máxima taxa de distorção harmônica total (THD) admissível nas tensões de saída do inversor PWM, para cargas lineares e não-lineares. A metodologia proposta é discutida em detalhes, incluindo a descrição das etapas necessárias para a derivação do procedimento de projeto para diferentes topologias de inversores de tensão e o procedimento para obtenção das curvas necessárias para o projeto. Finalizando, são apresentados alguns exemplos de projeto para topologias de inversores monofásicos e trifásicos com saída a três fios e a quatro fios. Resultados experimentais são apresentados para demonstrar a validade da metodologia de projeto proposta.

This paper presents a systematized methodology of second-order output filter for inverters that synthesize sinusoidal voltage waveforms through digital pulse-width modulation (PWM). The objective of this methodology is to determine the largest corner frequency of the filter that ensure the specification of the maximum total harmonic distortion (THD) admissible in the output voltages of the PWM inverter, for linear and non-linear loads. The proposed methodology is discussed in detail, including the description of the required steps for the derivation of the design procedure for different topologies of voltage inverters and the procedure to obtain the design curve. Finally, it is presented some design examples for single-phase, three-phase three-wire and three-phase four-wire filters topologies. Experimental results have been provided to demonstrate the validity of the proposed design methodology.

O objetivo deste trabalho é de que ele possa ser utilizado como tutorial da modulação space vector para profissionais da área de Eletrônica de Potência. Nesse sentido, este artigo apresenta uma abordagem unificada para a modulação space vector aplicada a inversores alimentados em tensão. Cinco inversores de tensão são apresentados para exemplificar a metodologia proposta, são eles: inversor monofásico em ponte completa, inversor trifásico a três fios de dois e três níveis, inversor trifásico a quatro fios de três e quatro braços. Para cada um dos inversores são apresentados os vetores de comutação, os planos de separação, os planos limites para operação na região linear, bem como algumas possíveis seqüências de comutação. Resultados experimentais são apresentados para validar a metodologia proposta.

This paper presents a unified approach of the space vector modulation for voltage-source inverters. To demonstrate the proposed unified approach, five fundamental inverters topologies are analyzed, that are: single-phase full-bridge; three-phase three-wire; three-phase four-wire, three-phase four-leg and three-phase three-level inverters. Switching vectors, separation and boundary planes in the inverter output space as well as decomposition matrices and possible switching sequences are derived for each one of these inverters. Experimental results are shown to validate the proposed approach.

Este artigo propõe dois novos algoritmos de limitação para inversores de tensão trifásicos a quatro braços. Estes baseiam-se na limitação do vetor de comando dentro da região de operação linear do inversor. O primeiro algoritmo utiliza um elipsóide inscrito no dodecaedro definido pelas extremidades dos possíveis vetores de comutação do inversor, e o segundo é baseado nos planos limites desse poliedro. Uma descrição detalhada, abordando os principais pontos requeridos para a implementação digital, da modulação space vector e dos algoritmos de limitação são apresentados. Ainda, as tensões de saída e as correntes nos indutores são dinamicamente reguladas, por meio de servo controladores MIMO em eixos síncronos dq0. Estes controladores são projetados usando a técnica do regulador linear quadrático discreto de regime permanente, o qual assegura estabilidade para o sistema em toda a faixa de operação. Além disso, para prover transições suaves entre os diferentes modos de operação do inversor, são propostos algoritmos MIMO não lineares para limitar a sobrecarga da ação integral, quando o vetor de comando for limitado, e atualizar dinamicamente as variáveis dos servo controladores. Finalmente, são apresentados resultados experimentais obtidos de um protótipo de 15 kVA, totalmente controlado por um DSP TMS320F241, para validar os algoritmos propostos e demostrar o desempenho do sistema como um todo.

This paper proposes two novel limiting algorithms for three-phase four-leg voltage source inverters to constrain the command vector inside the dodecahedron defined by the boundaries of the inverter linear operating range. The first algorithm uses an inscribed ellipsoid on the dodecahedron, and the second one is based on the polyhedron boundary planes. A detailed description, with the key points required for a digital implementation of space vector and limiting algorithms, is given. In addition, the output voltages and the inductors currents are dynamically regulated by means of MIMO servo controller in dq0 coordinates. These controllers are designed using optimal discrete linear quadratic regulator technique, which ensures stability for the system at all operating conditions. In order to provide smooth transitions among the different modes of operation, nonlinear MIMO anti-windup algorithms are proposed to dynamically update the controllers servo variables. Finally, experimental results on a 15 kVA PWM inverter fully controlled by a DSP controller, TMS320F241, has been used to validate the feasibility of the proposed algorithm and to demonstrate the performance of the overall system.