Controladores repetitivos convencionais não são adequados para aplicações onde os sinais de referência ou os distúrbios são periódicos mas cuja frequência fundamental pode sofrer modificações. Contudo, esta é uma situação frequentemente encontrada em aplicações de inversores de tensão modulados por largura de pulso alimentando cargas não-lineares ou conectados à rede elétrica. Várias propostas para a mitigação deste problema são encontradas na literatura especializada, mas não se reporta estudos analisando-as comparativamente. Neste sentido, este trabalho apresenta uma análise comparativa de três controladores repetitivos modificados desenvolvidos para resolver este problema. São considerados os seguintes métodos: i) ajuste contínuo da taxa de amostragem, ii) truncamento do número de amostras por ciclo da referência para o número inteiro mais próximo e iii) ajuste de uma taxa de amostragem fictícia de modo a manter constante o número de amostras do controlador por ciclo da referência. Estas abordagens são descritas em detalhes e os seus desempenhos são discutidos com base em resultados experimentais obtidos em dois protótipos distintos, que foram criteriosamente projetados para operar em altas e baixas frequências de comutação.

Conventional repetitive controllers are not suitable for applications were reference or disturbances are periodic where its fundamental frequency is subject to variation. However, this is a situation commonly encountered in applications of pulse-width modulated inverters feeding nonlinear loads or connected to the grid. Several approaches to mitigate this problem have been proposed in the literature, but there is no studies with comparative analysis among them. This paper provides a comparative analysis of three modified repetitive controllers developed to solve this problem. The following methods are covered in the analysis: i) continuous adjustment of the sampling rate; ii) truncation of the number of samples per reference cycle to the nearest integer and iii) adjustment of a fictitious sampling rate in order to maintain constant the number of samples of the controller per reference cycle. These existing approaches are depicted in details and its performances are discussed based on the experimental results obtained in two experimental prototypes, which had been carefully designed to operate at low and high switching frequencies.

Este trabalho apresenta uma abordagem geométrica para modulação PWM de inversores a três braços acionando máquinas de indução bifásicas. A principal característica do esquema proposto é o número reduzido de cálculos numéricos na modulação de tensões equilibradas e desequilibradas. Na modulação de tensões equilibradas é demonstrado que as amplitudes de linha das mesmas podem variar de zero até 0,707 pu da tensão do barramento CC, enquanto que na modulação de tensões de linha desequilibradas a amplitude da uma destas pode ultrapassar o valor de 0,707 pu do barramento CC. Os resultados obtidos com a técnica proposta são semelhantes aos resultados obtidos com modulação space vector, porém, a implementação da técnica geométrica proposta neste trabalho é realizada com menor esforço computacional comparado a modulação space vector. Resultados experimentais são apresentados para validação da análise teórica, e estes confirmam o bom desempenho do método de modulação proposto.

This paper presents a geometric approach for PWM modulation of three-leg inverters driving two-phase induction machines (TPIM). The main contribution of proposed scheme is the low computational effort to obtain symmetrical and asymmetrical line voltages suitable to fed two-phase induction machines. It is demonstrated that the amplitudes of line voltages can to vary from zero until 0.707 pu of DC-link for symmetrical output, while one of the voltages can overcome 0.707 pu of DC-link voltage in the asymmetrical case. The results obtained with the proposed modulation technique are similar to those obtained with space vector modulation, however, the implementation of the proposed modulation technique is much more simpler than the implementation of space vector modulation. Experimental results that validate the theoretical analysis are presented and they demonstrate the good performance and simplicity of the proposed modulation method.

Controladores repetitivos têm se mostrado eficazes na rejeição de distúrbios cíclicos em inversores de tensão modulados por largura de pulso. Contudo, observa-se que estes controladores têm seu desempenho comprometido caso seu período não seja sincronizado com o período do sinal de referência, o que restringe o seu uso em aplicações de freqüência variável. Para mitigar este problema, é proposta uma modificação nestes controladores para adequá-los à aplicações com referência senoidal de freqüência variável. O algoritmo proposto é simples, sendo apenas ajustados o comprimento das memórias circulares e os ponteiros empregados para endereçá-las nos controladores repetitivos convencionais. Resultados experimentais, obtidos em dois protótipos com especifiações distintas, são apresentados para validar a técnica proposta.

Repetitive controllers have demonstrated efficacy in the rejection of cyclic disturbances in pulse-width modulated voltage-source inverters. However, the performance of these controllers is compromised if their period are not synchronized with the period of the reference signal. This drawback restrict their use in variable frequency applications. In order to mitigate this problem, it is proposed a modification in these controllers to make them suitable for sinusoidal references with variable frequency. The proposed algorithm is simple given that is only performed a chance in the length of circular buffers and in the pointer used to address them. Experimental results, obtained with two different prototypes, are presented to validate the proposed technique.

Este artigo propõe estruturas de sincronismo monofásica e trifásica baseadas na teoria de filtragem ótima. Utiliza-se o filtro de Kalman para a geração dos sinais de sincronismo. Os métodos propostos consideram, explicitamente, em sua formulação, a existência de harmônicos, desequilíbrio de tensão, ruído de medida, transitórios e variações de freqüência. Estas perturbações deterioram o desempenho de muitos algoritmos de sincronismo propostos na literatura. A formulação apresentada aqui faz com que os sinais de sincronismo sejam menos sensíveis a estas perturbações. Adicionalmente, o filtro de Kalman fornece uma maneira de se obter um bom compromisso entre resposta transitória e rejeição a ruídos de medida para os sinais de sincronismo. Também se mostra que os métodos propostos podem ser úteis para fornecerem informações sobre a amplitude, fase instantânea e freqüência da rede, úteis para análise de qualidade de energia. Resultados experimentais utilizando um DSP TMS320F2812 são apresentados para mostrar o desempenho dos métodos propostos.

This paper proposes single-phase and three-phase synchronization methods based on the optimum filtering theory. The Kalman filter is used for the generation of the synchronization signals. The proposed methods incorporate, explicitly, in the problem formulation the presence of harmonics, voltage unbalance, measurement noise, transients and frequency deviation. These perturbations degrade the performance of many synchronization structures presented in literature. The formulation presented here makes the synchronization signals be less sensitive to these perturbations. It is also shown that the proposed methods can be helpfull to provide information about amplitude, instantaneous phase and frequency of the grid voltages, that can be usefull for purposes of power quality analysis. Furthermore, the Kalman filter provides a way to obtain a good compromise between transient response and measurement noise rejection for the synchronization signals. Experimental results using a DSP TMS320F2812 are presented to show the performance of the proposed schemes.

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.

A utilização de inversores multiníveis híbridos possibilita reduzir o número de inversores conectados em série para um determinado número de níveis, minimizar a THD da tensão de saída e, conseqüentemente, reduzir ou até mesmo eliminar o filtro de saída. Desta forma, este artigo realiza uma análise detalhada e propõe uma metodologia de projeto generalizada para inversores multiníveis híbridos. Com a metodologia de projeto proposta pode-se definir o número de módulos conectados em série, o valor da fonte de tensão de cada módulo, a fim de minimizar a energia circulante entre os inversores conectados em série, e também a freqüência de comutação do módulo de menor potência.

With the use of hybrid multilevel inverters it is possible to reduce the number of series-connected cells for a given number of levels, to minimize the THD of the output voltage and, consequently, to reduce or even eliminate the output filter. Therefore, this paper develops a detailed analysis and proposes a generalized design methodology for hybrid multilevel inverters. With the proposed design methodology it is possible to define the number of series-connected cells, the value of the DC voltage source of each cell, to minimize the circulating energy among the series-connected inverters, and the switching frequency of the lowest power cell.