Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46897
ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7030-2651
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Projeto e desenvolvimento de um retificador híbrido com alta densidade de potência utilizando técnica de compensação série no barramento CC para aplicações em HVDC no contexto MEA – More Electric Aircrafts
Alternate title (s): Design and development of a hybrid rectifier with high power density using DC bus series compensation technique for HVDC applications in the context of MEA – More Electric Aircrafts
Author: Barbosa, Vitor Fonseca
First Advisor: Freitas, Luiz Carlos Gomes de
First coorientator: Lima, Gustavo Brito de
First member of the Committee: Freitas, Luiz Carlos Gomes de
Second member of the Committee: Praça, Paulo Peixoto
Third member of the Committee: Rodrigues, Danillo Borges
Fourth member of the Committee: Rodovalho, Diógenes Simão
Fifth member of the Committee: Resende, Ênio Costa
Summary: O processo de substituição de sistemas hidráulicos e pneumáticos por sistemas elétricos a bordo de aeronaves, conhecido como More Electric Aircrafts (MEA), tem motivado o desenvolvimento de conversores de eletrônica de potência com alta densidade de potência e robustez. Neste contexto, esta tese de doutorado apresenta os resultados de uma pesquisa direcionada para o desenvolvimento de um Retificador Híbrido Trifásico com barramento de saída em alta tensão em corrente contínua (CC) (HVDC – acrônimo em inglês para High Voltage Direct Current), denominado RHT-HVDC-MEA. A arquitetura deste conversor é composta pela associação em cascata de um conversor Boost trifásico com um conversor LLC Série Ressonante e, em paralelo, com um Retificador Não-controlado. Esta configuração garante a divisão de processamento de potência entre os conversores, reduzindo perdas e aumentando a eficiência global da estrutura. Além disso, a metodologia empregada utiliza processamento digital de sinais de alta largura de banda, permitindo o projeto de apenas um controlador para regular a tensão no barramento CC de saída. Esta abordagem simplifica o projeto, reduz o número de sensores necessários, e melhora significativamente a robustez e confiabilidade do conversor. O desempenho do conversor RHT-HVDC-MEA foi validado por meio de simulações computacionais detalhadas e pela construção de um protótipo em escala reduzida com potência nominal de 1,2kW. Os resultados obtidos demonstram que o conversor apresenta alta eficiência (97%), excelente resposta dinâmica frente às variações de frequência típicas de sistemas aeronáuticos (400Hz a 800Hz) e conformidade com os rigorosos requisitos da norma DO-160F, com distorção harmônica total de corrente (DHTi) de apenas 3,9%. Tais características, posicionam o RHT-HVDC-MEA como uma solução promissora para aplicações em MEA, atendendo às crescentes demandas por sistemas elétricos mais compactos, eficientes e confiáveis na aviação moderna.
Abstract: The process of replacing hydraulic and pneumatic systems with electrical systems onboard aircraft, known as More Electric Aircrafts (MEA), has driven the development of power electronics converters with high power density and robustness. In this context, this doctoral thesis presents the results of research aimed at developing a Three-Phase Hybrid Rectifier with a High Voltage Direct Current (HVDC) output bus, designated RHT-HVDC-MEA. The architecture of this converter consists of a cascaded combination of a three-phase Boost converter with a Series Resonant LLC converter and, in parallel, with an Uncontrolled Rectifier. This configuration ensures power processing is divided between the converters, reducing losses and increasing the overall efficiency of the structure. Furthermore, the methodology employed utilizes high-bandwidth digital signal processing, allowing the design of a single controller to regulate the voltage on the output DC bus. This approach simplifies the design, reduces the number of sensors required, and significantly improves the converter's robustness and reliability. The performance of the RHT-HVDC-MEA converter was validated through detailed computer simulations and the construction of a reduced-scale prototype with a nominal power of 1.2kW. The results demonstrate that the converter exhibits high efficiency (97%), excellent dynamic response to the frequency variations typical of aeronautical systems (400Hz to 800Hz), and compliance with the stringent requirements of the DO-160F standard, with a Total Harmonic Distortion of Current (THDi) of only 3.9%. These characteristics position the RHT-HVDC-MEA as a promising solution for MEA applications, meeting the growing demand for more compact, efficient, and reliable electrical systems in modern aviation.
Keywords: Aeronave Mais Elétrica
Alta Tensão em Corrente Contínua
Processamento Digital de Sinais
Retificadores Híbridos
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::CIRCUITOS ELETRICOS, MAGNETICOS E ELETRONICOS
Subject: Engenharia Elétrica
Correntes contínuas
Alta voltagem
Conversores de corrente elétrica
Aeronaves
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: BARBOSA, Vitor Fonseca. Projeto e desenvolvimento de um retificador híbrido com alta densidade de potência utilizando técnica de compensação série no barramento CC para aplicações em HVDC no contexto MEA - More Electric Aircrafts. 2025. 155 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.514
Document identifier: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.514
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46897
Date of defense: 22-Aug-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.
Appears in Collections:TESE - Engenharia Elétrica

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