Resumo: O crescente uso de energia elétrica nas aeronaves, principalmente nas de grande porte, acentuado pela tendência de substituição de tecnologias mecânicas e pneumáticas por elétricas, chamada de More Electric Aircraft - MEA, ou "Aviação mais Elétrica" em tradução livre, faz os pesquisadores e fornecedores de componentes focarem na qualidade da energia elétrica nesse ambiente. Nesta tendência, remove-se o sistema de transmissão que, a partir da turbina regula a rotação do gerador e, portanto, sua frequência de saída em 400Hz. O acoplamento direto do gerador à turbina, sem regulação da velocidade, implica em uma frequência de trabalho variável entre 360 a 800Hz com uma taxa de variação de até 500Hz/s. Assim, condicionadores de energia elétrica, tipicamente utilizados em redes industriais e residenciais de distribuição, podem ser adaptados para uso e mitigação de problemas de qualidade da energia elétrica nesse ambiente aeronáutico. Este trabalho propõe o uso do Inversor Multinível Cascateado para mitigação de potência reativa e componentes harmônicas de corrente, colocando a rede em conformidade com as normas MIL-STD-704F, BS-ISO-1540 e RTCA-DO106F. A topologia do inversor possui vantagens, das quais se destacam interoperabilidade, distribuição das tensões e frequência de chaveamento. Porém, contém diferentes barramentos de tensão contínua, sendo necessário o uso de um sistema de controle e balanceamento destas. É apresenta uma revisão das principais estratégias de regulação das tensões dos barramentos e, o desenvolvimento de um modelo linear multi-variáveis para controle e balanceamento das mesmas. O modelo é validado por simulações e resultados experimentais para um protótipo monofásico de 2 módulos com 100kHz de frequência de chaveamento em rede 230V com diversas frequências. Os resultados de simulação mostram a viabilidade do funcionamento da arquitetura para sistemas com tensões simétricas e assimétricas, além da possível expansão para um sistema trifásico e $n$-módulos por fase. Os experimentos mostram seu correto funcionamento no caso simétrico para compensação reativa e de corrente harmônicas. Nos apêndices são apresentados o software de controle para uma FPGA Xilinx, desenvolvido em ambiente LabVIEW, e o hardware de condicionamento de sinais necessários para a aplicação, que por possuir frequência de chaveamento de 100kHz, pode totalizar 2*n*100kHz, conforme Phase Shift Pulse Width Modulation - PSPWM usada. Também são desenvolvidos diferentes formas para o cálculo das matrizes do controlador das tensões dos barramentos, mostrando que a derivação dos ganhos da parte integrativa a partir da proporcional apresenta a melhor dinâmica Ver menos

Abstract: The increasing use of electricity in aircraft, mainly in large airplanes, has been boosted by the trend of replacing pneumatic and mechanical systems by electromechanics (which is coined as More Electric Aircraft - MEA). In this trend, the generator gearbox, which previously kept its rotation constant, therefore it output frequency fixed at 400Hz, is removed, resulting in a variable-frequency operation of the power grid between 360 and 800Hz with an slew rate up to 500Hz/s. The previous changes make researchers and component suppliers focus on power quality. Thus, electric energy conditioners, already deployed in industrial and residential grids, may be adapted for mitigate the unwanted effects in this new aircraft environment. This thesis proposes the deployment of Cascaded H-Bridge Inverters (CHBs) for mitigation of unbalances, reactive and harmonic current components in an aircraft AC grid, in order to comply with MIL-STD-704F, BS-ISO-1540 and ATCC-DO106F standards. The CHB inverter presents advantages, such as interoperability, %voltage and switching frequency distribution through the modules. higher voltage operation and an overall higher switching frequency due the multiple series connection of H-Bridge modules. However, it consists of separated DC links, being necessary to regulate their voltages and keep them following their references. Thereby, this thesis presents a review of the main strategies of DC voltage regulation and develops a linear model for the control and balancing of DC link voltages using the Multiple-Inputs Multiple-Output Control System (MIMO) theory to obtain a Proportional-Integrative (PI) controller. The proposed model is validated by simulations and experimental results for a two-module single-phase CHB prototype with 100kHz switching frequency in a 230V grid at different frequencies. Simulation results show the feasibility of control topology for symmetrical and asymmetric DC links, as well a possible expansion for a three-phase system and n modules per phase. Experimental results show the CHB operating as an Active Power Filter compensating reactive and non-active currents. The appendice provides the Xilinx FPGA control software written in LabVIEW and the conditioning signal hardware proposed for the application. The CHB inverter uses a 100kHz switching frequency, and it may achieve a 2*n*100 kHz current ripple frequency due to the Phase Shift Pulse-Width Modulation (PSPWM) strategy used. Different methods are developed to evaluate the gain matrices of the PI controller, showing that calculation of the integrative part from the proportional one presents the best performance Ver menos