Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-27T19:35:43Z No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-27T19:35:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AYSLAN CAISSON NORÕES MAIA – TESE (PPGEEI) 2016.pdf: 13981392 bytes, checksum: 9ea0aa715fdf8400283e71381b49a21b (MD5) Previous issue date: 2016-02-22 / Nesse trabalho são apresentadas contribuições na área de identificação de sistemas representados em espaço de estados. É proposta uma metodologia completa para estimação de modelos que representem as principais dinâmicas de proessos industriais. O fluxo natural dos procedimentos de identificação consiste da coleta experimental dos dados, seguido pela esolha dos modelos candidatos e da utilização de um critério de ajuste que selecione o melhor modelo possível. Nesse sentido é proposta uma metodologia para estimativa de modelos em espaço de estados, utilizando excitações pulsadas. A abordagem desenvolvida combina algoritmos precisos e eficientes com experimentos rápidos, adequados a ambientes industriais. O projeto das excitações é realizado em tempo real, por meio de informações coletadas em um curto experimento inicial, baseado em uma única oscilação de uma estrutura realimentada por um relé. Esse mecanismo possibilita uma estimativa preliminar do atraso e da constante de tempo dominante do sistema. O método de identificação proposto é baseado na teoria de realizações de Kalman. É apresentada uma reformulação do problema de realizações clássico, para comportar sinais de entrada pulsados. Essa abordagem se mostra computacionalmente e cliente, assim como apresentar resultados semelhantes aos métodos de benchmark. A técnica possibilita também a estimativa de atrasos de transporte e a inserção de conhecimentos prévios por meio de um problema de otimização com restrições via LMI Linear Matrix Inequalities. Em muitos casos, somente as caraterísticas principais dos sistema são relevantes em um projeto de sistema de controle. Portanto é proposta uma técnica para obtenção de modelos de primeira ordem com atraso, a partir da redução de modelos balanceados em espaço de estados. Por fim, todas as contribuições discutidas nesse trabalho de teses não validadas em uma série de plantas experimentais em salas de laboratório. Plantas essas, projetadas e construídas com o intuito de emular o cotidiano operacional de instalações industriais reais. / Static converters are a widely used equipment in power systems to control the electrical energy low between sources and loads. In this context, it is observed a demand for converters topologies that generate high quality waveforms and are capable of supplying loads with ever larger powers. In high power applications such as industrial and power systems, the development of a special class of converters topologies, denominated multilevel converters, has been widely recognized as a viable solution to overcome the operational limits of semiconductor devices. In this work are developed and analyzed multilevel structures of type DC-AC applied to the six-phase machines drives and of type AC-DC-AC feeding singlephase and three-phase loads. These topologies are obtained by interconnecting two-level converters modules in order to optimize the system: reduction of losses in the semiconductor devices, harmonic distortion of the signals and ratings of voltage and/or current in the power switches. For this investigation were performed steady state analyzes, where the operatinglimits of the structures to the imposed control conditions and the behavior of the fundamental component of voltage and current are evaluated. In addition, for each investigated topology, were developed: dynamic models, PWM techniques, control strategies, simulation results and experimental results. The impact of this optimization is quanti ed by calculating the THD and WTHD of the current and voltage signals generated by the converter and by estimating losses in the semiconductor devices. Finally, a comparative study is done using conventional converters as reference in order to evaluate the performance of the proposed topologies

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo do formalismo matemático para a teoria da polarização da luz, da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização e de seus efeitos combinados. Medidas experimentais para caracterização dos parâmetros dos dispositivos que compõe a montagem experimental são apresentados, sendo aqui abordadas as técnicas de medida utilizadas. Um novo modelamento teórico para os efeitos combinados da dispersão dos modos de polarização e das perdas dependentes da polarização em sistemas ópticos analógicos é apresentado. Curvas teóricas e experimentais de distorção harmônica em função dos vários parâmetros envolvidos no modelamento comprovam a natureza interferométrica dos fenômenos avaliados. Medidas experimentais comprovam o correto modelamento teórico e demonstram que o modelamento matemático apresentado em [6], não contempla corretamente os fenômenos envolvidos. / [en] In this work is presented a study of mathematical formalism to polarization of light thory, of polarization mode dispersion and polarization dependent loss and of this effects combined. Experimental measurements to characterize the devices of experimental set-up are presented, and the measure technique are mentioned here. A new theorical model to combined effects of polarization mode dispersion and polarization dependent loss is presented. Theorical and experimental curves of hamonic distortion in function of many parameters involved in theorical model prove the interferometric nature of phenomenon. Experimental measurement demonstrate a perfect agreement with modeling developed and prove differences of 5 dB with modeling presented in [6].

Orientador: Luís Carlos Origa de Oliveira / Resumo: As profundas mudanças que os sistemas de distribuição de energia elétrica vêm experimentando, devido à crescente penetração de unidades de Geração Distribuída (GD), têm resultado, inevitavelmente, na efetiva ruptura da forma tradicional de controlar e operar o sistema elétrico. A conexão em larga escala de unidades de GD impõe às distribuidoras de energia uma série de desafios técnicos, econômicos e regulatórios, necessários para preservar a continuidade e o nível de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) na rede. Além dos benefícios que justificam o investimento, os sistemas de GD contribuem com alguns impactos negativos para o sistema elétrico, entre eles, destacam-se aqui a geração de harmônicas e a injeção de corrente contínua (CC) na rede, em regime permanente, e seus efeitos sobre os transformadores de potência. O incremento de uma componente de fluxo CC em seu enrolamento secundário altera o ponto de operação natural e eficiente do transformador, trazendo prejuízo não só à sua vida útil, mas também à sua funcionalidade na rede. Esta condição favorece a geração e propagação de harmônicas adicionais no sistema alimentador, afetando negativamente o sistema elétrico, sendo esta análise uma contribuição original deste trabalho. Neste sentido, considera-se com grande relevância o estudo de comportamento dos equipamentos projetados para operar essencialmente com sinais em corrente alternada (CA) e que passam a ser submetidos, simultaneamente, a excitações com corrente contínua. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The deep changes that electric power distribution systems have been experiencing due to the increasing number of Distributed Generation (GD) units, have inevitably resulted in the effective rupture of the traditional way of controlling and operating the electrical system. The large-scale connection of GD units imposes on energy utilities many technical, economic and regulatory challenges necessary to preserve the continuity and the Electric Power Quality (EPQ) level on the grid. In addition to the benefits that justify the investment, GD systems have some negative impacts to the electrical system, among them, the harmonic generation and Direct Current (DC) injection on the grid, and its effects in the power transformers. The increase of a DC flow component in the secondary winding changes the standard and efficient operational point of the transformer, causing damage not only to its lifespan but also to its functionality on the grid. This condition favors the additional harmonics generation and propagation in the feeder system, adversely affecting the electrical system, being this analysis an original contribution of this work. In this way of thinking, it is considered with great relevance the study of the equipment behavior designed to operate essentially with signals in alternating current (AC) and simultaneously subjected to excitations with direct current (DC). Whereas the objective of analyzing not only the effect but also the cause of the double excitation, this thesis ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by RARISON ROBERTO ACACIO FORTES null (rarisonfortes@yahool.com) on 2016-05-05T14:43:06Z No. of bitstreams: 1 RFortes.pdf: 3576878 bytes, checksum: 1f31f85eeeb5bf64f3b8b9781d51941c (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-05-09T13:45:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fortes_rra_me_ilha.pdf: 3576878 bytes, checksum: 1f31f85eeeb5bf64f3b8b9781d51941c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T13:45:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fortes_rra_me_ilha.pdf: 3576878 bytes, checksum: 1f31f85eeeb5bf64f3b8b9781d51941c (MD5) Previous issue date: 2016-03-12 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Acre (FAPAC) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Como os sistemas de energia têm sido tradicionalmente projetados para produção centralizada, a penetração de sistemas de geração distribuída na rede tem causado mudança nesse perfil, criando novos desafios operacionais que se fazem importantes para a reestruturação dos sistemas tradicionais. No entanto, este novo cenário do sistema elétrico, introduzido pela resolução 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, trouxe às distribuidoras de energia um novo panorama para as atividades de operação e manutenção de suas redes e ativos, principalmente devido à bidirecionalidade do fluxo de potência na rede, originado pela conexão de sistemas de geração distribuída. Os impactos técnicos devem ser previstos e analisados, sobretudo em redes de distribuição, para garantir os padrões mínimos de qualidade da energia no ponto de consumo e evitar o comprometimento das cargas alimentadas. Dentre os impactos, destaca-se o efeito sobre os bancos de capacitores devido à injeção de distorções harmônica produzida pelos inversores de sistemas fotovoltaicos, que sob certas condições, produzem conteúdo harmônico com nível acima do limite normatizado, podendo excitar uma condição prévia de ressonância no barramento. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objetivo analisar o comportamento do sistema elétrico em condição de ressonância paralela e avaliar o grau de comprometimento dos bancos de capacitores instalados no sistema de distribuição com presença de frequências harmônicas e sugerir rotinas técnicas para evitar sua operação contingenciada. / As energy systems have been traditionally projected for centralized production, the penetration of distributed generation systems have caused a change in this profile, creating new operational challenges that are important for traditional systems restructuring. However, this new electrical system scenario, introduced by resolution 482/2012 of Brazilian Electricity Regulatory Agency – ANEEL, brought to energy distributors a new view to the operational and maintenance activities of their nets and actives, specially due to the net power flow bidirectionality, created by the distributed generation systems connection. Technical impacts must be estimated and analyzed, specially in distribution nets, to ensure minimum energy quality standards in the consumption point and avoid fed charges commitment. Among the impacts stands out the capacitor bench effects due to harmonic distortions injection produced by photovoltaic systems inverters, that under some conditions, produce harmonic content over the regulated limit, being able to excite a preview condition of resonance in the bus. In this context, this essay has the main objective to analyze the electrical system behavior in parallel resonance condition and evaluate the degree of commitment of the capacitor bench installed in the distribution system with harmonic frequencies and suggest technical routines to avoid the contingent operation. / FAPAC: 6068-14-0000093

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-11-17Bitstream added on 2014-06-13T18:49:33Z : No. of bitstreams: 1 mertensjunior_ea_me_ilha.pdf: 1934720 bytes, checksum: fe7d7a9f65b7d36be8112ffea7f317ae (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho avalia a viabilidade técnica da aplicação de compensação reativa em circuitos secundários aéreos de baixa tensão, através da aplicação de capacitores e / ou filtros para aplicação em Baixa Tensão, buscando assim uma otimização dos reativos presentes nas redes secundárias. Considerando-se as constantes mudanças que vêm ocorrendo no cenário de distribuição de energia elétrica, devido ao grande avanço da eletrônica de potência e de cargas não lineares cada vez mais presentes no sistema elétrico, fazem-se necessários estudos para diagnosticar como e em que níveis tais mudanças podem estar afetando as características das redes de distribuição. Verifica-se que tais cargas, possuem um baixo fator de potência, e podem aumentar significativamente o nível de correntes harmônicas devido às técnicas de chaveamento utilizadas nestes dispositivos. Com isto, acentuam-se os problemas da propagação das distorções de forma de onda das correntes às tensões da rede, além de aumentar consideravelmente as perdas de energia elétrica ao longo de seus condutores e transformadores. Há necessidade de se conhecer as características dessas cargas de forma a permitir a correta modelagem das mesmas. O objetivo deste trabalho é identificar o perfil da rede secundária frente aos níveis de harmônicos e fator de potência, permitindo a adequada aplicação de filtros e capacitores para instalação no secundário dos transformadores de distribuição, visando a correção do fator de potência nos circuitos, redução do reativo circulante, das perdas elétricas e eventualmente dos níveis de distorção harmônica. Avaliando-se as interferências no carregamento dos transformadores de distribuição e melhoria do perfil da tensão de alimentação. Neste sentido, foi feita uma campanha de monitoramento em alguns circuitos selecionados... / This paper seeks to evaluate the technical feasibility of applying for compensation reactive side air circuits in low-voltage, by the application of capacitors and / or filters for use in the Low Voltage, thereby seeking an optimization of reactive present in the secondary networks. Analysis with a focus on secondary distribution network should consider a new factor, which is the proliferation of non-linear loads. Considering the constant changes that are occurring in the scenario of distribution of electric energy, due to the general advancement of power electronics and nonlinear loads increasingly present in the electrical system, are made necessary studies to diagnose how and to what levels such changes may be affecting the characteristics of distribution networks. It appears that such loads, have a low power factor, and can significantly increase the level of harmonic currents because of the techniques used in these switching devices. With this, stressing the problems of the spread of distortions of waveform of the current tensions to the network, in addition to considerably increase the loss of power over their drivers and processors. Thus, the objective of this study is to identify the profile of the network front secondary levels of harmonics and power factor, allowing the proper implementation of filters and capacitors for installation of transformers in the secondary distribution, aiming to correct the power factor in circuits, Reducing the reactive stock, loss of electrical and possibly the levels of harmonic distortion. Judging is interference in the shipment of processors for distribution and improving the profile of the supply voltage. In this sense, there was a campaign tracking in some selected circuits, computer simulations were also conducted, equipment developed and deployed pilot projects.

Orientador: Luís Carlos Origa de Oliveira / Resumo: Como os sistemas de energia têm sido tradicionalmente projetados para produção centralizada, a penetração de sistemas de geração distribuída na rede tem causado mudança nesse perfil, criando novos desafios operacionais que se fazem importantes para a reestruturação dos sistemas tradicionais. No entanto, este novo cenário do sistema elétrico, introduzido pela resolução 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, trouxe às distribuidoras de energia um novo panorama para as atividades de operação e manutenção de suas redes e ativos, principalmente devido à bidirecionalidade do fluxo de potência na rede, originado pela conexão de sistemas de geração distribuída. Os impactos técnicos devem ser previstos e analisados, sobretudo em redes de distribuição, para garantir os padrões mínimos de qualidade da energia no ponto de consumo e evitar o comprometimento das cargas alimentadas. Dentre os impactos, destaca-se o efeito sobre os bancos de capacitores devido à injeção de distorções harmônica produzida pelos inversores de sistemas fotovoltaicos, que sob certas condições, produzem conteúdo harmônico com nível acima do limite normatizado, podendo excitar uma condição prévia de ressonância no barramento. Neste contexto, esta dissertação tem como principal objetivo analisar o comportamento do sistema elétrico em condição de ressonância paralela e avaliar o grau de comprometimento dos bancos de capacitores instalados no sistema de distribuição com presença de frequências harmô... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: As energy systems have been traditionally projected for centralized production, the penetration of distributed generation systems have caused a change in this profile, creating new operational challenges that are important for traditional systems restructuring. However, this new electrical system scenario, introduced by resolution 482/2012 of Brazilian Electricity Regulatory Agency – ANEEL, brought to energy distributors a new view to the operational and maintenance activities of their nets and actives, specially due to the net power flow bidirectionality, created by the distributed generation systems connection. Technical impacts must be estimated and analyzed, specially in distribution nets, to ensure minimum energy quality standards in the consumption point and avoid fed charges commitment. Among the impacts stands out the capacitor bench effects due to harmonic distortions injection produced by photovoltaic systems inverters, that under some conditions, produce harmonic content over the regulated limit, being able to excite a preview condition of resonance in the bus. In this context, this essay has the main objective to analyze the electrical system behavior in parallel resonance condition and evaluate the degree of commitment of the capacitor bench installed in the distribution system with harmonic frequencies and suggest technical routines to avoid the contingent operation. / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to the considerable increase of electronic power processing devices in various segments of industry it becomes necessary to control and limit the current harmonic content injected into the distribution systems through the development of pre-regulator converters. In this context, this paper presents an analysis of a hybrid three-phase rectifier developed for power factor correction to be used as an utility interface of power electronics converters. The proposed structure is composed of an ordinary three-phase six-pulse diode-bridge rectifier (Graetz Bridge) with a parallel connection of single-phase SEPIC converters in each threephase rectifier leg. The main feature of the proposed structure is the power sharing technique which assures robustness, cost reduction and high reliability. In this work, is presented a complete discussion about the controlled rectifier s power contribution and also a complete analysis concerning the total harmonic distortion of current. Mathematical modeling analysis using state variables is presented. Experimental results of 5 kW laboratory prototype using DSP-based control technique are presented in order to corroborate with the theoretical analysis. / Devido ao considerável aumento dos dispositivos eletrônicos que processam potência nos vários segmentos da indústria, torna-se necessário controlar e limitar o conteúdo harmônico de corrente injetado nos sistemas de distribuição através do desenvolvimento de conversores pré-reguladores. Neste contexto, este trabalho apresenta uma análise do retificador híbrido trifásico desenvolvido para correção do fator de potência, que será utilizado como uma interface para conversores eletrônicos. A estrutura proposta é composta por um retificador trifásico de seis pulsos (Ponte de Graetz) com uma conexão em paralelo de conversores SEPIC monofásicos com cada braço do retificador trifásico. A principal característica da estrutura proposta é a técnica de divisão de processamento de potência que garante robustez, redução de custos e alta confiabilidade. Neste trabalho, é apresentada uma discussão completa sobre a contribuição de potência dos retificadores controlados e também uma análise completa sobre a distorção harmônica total de corrente. Uma análise por modelagem matemática utilizando variáveis de estado é apresentada. Resultados experimentais para um protótipo de laboratório de 5 kW utilizando uma técnica de controle baseada em DSP são apresentados, corroborando com a análise teórica. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Soothing Equipment of harmonics and compensating reactive power have been widely discussed and applied successfully in recent years in the most varied industrial and commercial installations, encouraged by eliminating the fine for low power factor and by problems arising out of the significant increase in nonlinear loads connected to these electrical systems. Currently, various types of equipment that do the dual function of reducing harmonic content and power factor correction are applied using simulation techniques and well-known studies (through programmes computational load flow and flow harmonics) to ensure the most appropriate field response. In this sense, the proposed work is to show a technical-economical comparison between the equipment most frequently used as a solution of power factor and problems with harmonics, being them: Bank capacitors, passive harmonic filter detuned, passive harmonic filter tuned active harmonic filter, and harmonic hybrid filter. Evaluates the performance of each of these equipment mentioned above, where the following technical aspects will be assessed: voltage, current effective, total harmonic distortion of voltage (DTT), total harmonic distortion of current (DTI), active power, reactive, apparent, harmonic distortion and power factor. Simulations with the application of all types of equipment cited, power factor correction and filtering of harmonics, provide results with their respective implementation costs. Finally, the results obtained will be presented by monitoring in the field of the main electrical magnitudes in analysis, the solution adopted in the light of better cost x benefit and the performance of equipment installed for the desired by the company consumer goals. / Equipamentos mitigadores de harmônicos e compensadores de energia reativa têm sido bastante discutidos e aplicados nos últimos anos com sucesso nas mais variadas instalações comerciais e industriais, fomentados pela eliminação da tarifação por baixo fator de potência e por problemas advindos do aumento significativo de cargas não lineares conectadas a estes sistemas elétricos. Atualmente, diversos tipos de equipamentos que fazem à dupla função de redução do conteúdo harmônico e correção do fator de potência são aplicados, utilizando técnicas de simulação e estudos bem conhecidos (através de programas computacionais de fluxo de carga e fluxo harmônicos) visando garantir a resposta em campo mais adequada. Neste sentido, o trabalho proposto tem por objetivo mostrar uma comparação técnico-econômica entre os equipamentos mais utilizados como solução do fator de potência e de problemas com harmônicos, sendo eles: banco de capacitores, filtro harmônico passivo dessintonizado, filtro harmônico passivo sintonizado, filtro harmônico ativo e filtro harmônico híbrido. Será avaliado o desempenho destes equipamentos através dos seguintes aspectos técnicos: tensão eficaz, corrente eficaz, distorção harmônica total de tensão (DTT), distorção harmônica total de corrente (DTI), potência ativa, reativa, aparente, distorção harmônica e fator de potência. As simulações com a aplicação de todos os tipos de equipamentos citados, de correção do fator de potência e filtragem de harmônicos, proporcionarão resultados com seus respectivos custos de aplicação. Finalmente, serão apresentados os resultados obtidos através do monitoramento em campo das principais grandezas elétricas em análise, da solução adotada em função de uma melhor relação custo x benefício, bem como do desempenho dos equipamentos instalados, para os objetivos desejados pela empresa consumidora. / Mestre em Ciências

Neste trabalho, é apresentada uma análise da operação analógica de transistores de múltiplas portas, avaliando a tensão Early, o ganho de tensão em malha aberta, a razão da transcondutância pela corrente de dreno (gm/IDS), a condutância de dreno e, em especial, a distorção harmônica, exibida por estes dispositivos. Ao longo deste trabalho, foram estudados FinFETs, dispositivos de porta circundante (Gate-All-Around GAA) com estrutura de canal gradual (Graded-Channel GC) e transistores MOS sem junções (Junctionless - JL). Inicialmente, foi efetuada a análise da distorção harmônica apresentada por FinFETs com e sem a presença de tensão mecânica biaxial, com diversas larguras de fin (Wfin) e comprimentos de canal (L), quando estes operavam em saturação, como amplificadores de um único transistor. Nesta análise, as não-linearidades foram avaliadas através da extração das distorções harmônicas de segunda e terceira ordens (HD2 e HD3, respectivamente), mostrando que a presença de tensão mecânica tem pouca influência em HD2, mas altera levemente a HD3. Quando os ganhos de tensão em malha aberta dos dispositivos são levados em conta, transistores sem tensão, também chamados de convencionais, mais estreitos apresentam grande vantagem em termos de HD2 em relação aos tensionados. Ainda nesta análise, percebeu-se que HD2 e HD3 de transistores tensionados pioram com a redução da temperatura, especialmente em inversão mais forte. Na seqüência, foi efetuada uma análise de HD3 em FinFETs com e sem tensão mecânica de vários comprimentos e larguras de canal, operando em região triodo e aplicados a estruturas balanceadas 2-MOS, mostrando que presença de tensão mecânica traz pouca influência em HD3, mas reduz a resistência do canal dos dispositivos (RON), o que não é bom em estruturas resistivas, como as avaliadas. Nesta análise, ainda, pode-se perceber uma melhora em HD3 superior a 30 dB ao se incrementar VGT de zero a 1,0 V, em cuja tensão dispositivos mais estreitos apresentam curvas mais lineares que os mais largos. Então, foi estudada a distorção apresentada por transistores GAA e GC GAA operando em regime triodo, aplicados a estruturas 2-MOS, onde se pôde perceber que GC GAAs com maiores comprimentos da região fracamente dopada apresentam vantagem em HD3 em relação aos demais, para valores de VGT superiores a 2 V. Na avaliação destas estruturas em função da temperatura, percebeu-se que, para VGT superiores a 1,1 V, HD3 depende fortemente da temperatura e piora conforme a temperatura diminui. O estudo envolvendo transistores sem junções foi mais focado em seus parâmetros analógicos, comparando-os aos apresentados por dispositivos de porta tripla ou FinFETs. Em inversões moderada e forte, transistores sem junção apresentaram menores valores para gm/IDS em relação a dispositivos de FinFETs polarizados em um mesmo nível de corrente, entretanto, a dependência de gm/IDS com a temperatura em transistores sem junção também foi menor que a apresentada por FinFETs. JL e FinFETs apresentaram comportamentos distintos para a tensão Early e o ganho de tensão em malha aberta em função da temperatura. Estes parâmetros sempre melhoram com o aumento da temperatura em dispositivos JL, enquanto que exibem seu máximo valor em temperatura ambiente em FinFETs. Nas proximidades da tensão de limiar, transistores sem junção com largura de fin de 30 nm exibiram tensão Early e ganho superiores a 80 V a 57 dB, respectivamente, enquanto que FinFETs mostraram Tensão Early de 35 V e ganho de 50 dB. Em todos os estudos efetuados ao longo do trabalho, procurou-se apontar as causas das não-linearidades apresentadas pelos dispositivos, a partir de modelos analíticos que pudessem relacionar a física de funcionamento dos transistores com os resultados experimentalmente obtidos. / In this work it is presented an analysis of the analog operation of multiple gate transistors, evaluating the Early Voltage, the open-loop voltage gain, the transconductance over the drain current ratio (gm/IDS), the drain conductance and, especially, the harmonic distortion exhibited by these devices. Along the work, FinFETs, Gate-All-Around (GAA) devices with the Graded-Channel (GC) structure and MOS transistors without junctions (Junctionless - JL) were studied. Initially, an analysis of the harmonic distortion presented by conventional and biaxially strained FinFETs with several fin widths (Wfin) and channel lengths (L) was performed, when these devices were operating in saturation as single transistor amplifiers. In this analysis, the non-linearities were evaluated through the extraction of the second and the third order harmonic distortions (HD2 and HD3, respectively), and it was shown that the presence of strain has negligible influence in HD2, but slightly changes HD3. When the open loop voltage gain of the devices is taken into consideration, narrower conventional transistors present a huge advantage with respect to the strained ones in terms of HD2. Also, it was perceived that both HD2 and HD3 of strained FinFETs worsen with the temperature decrease, especially in stronger inversion. In the sequence, an analysis of the HD3 presented by conventional and strained FinFETs of several fin widths and channel lengths operating in the triode regime was performed. These devices were applied to 2-MOS balanced structures, showing that the presence of the strain does not influence significantly the HD3, but reduces the resistance in the channel of the transistors (RON), which is not good for resistive structures as the ones evaluated. In this analysis, it can also be observed an HD3 improvement of 30 dB when VGT is increased from zero up to 1,0 V, where narrower devices present transfer characteristics more linear than the wider ones. Then, it was studied the distortion presented by GAA and GC GAA devices operating in the triode regime, applied to 2-MOS structures. In this case, it could be perceived that GC GAAs with longer lightly doped regions present better HD3 in comparison to the other devices for VGT higher than 2.0 V. In the evaluation of these structures as a function of the temperature, it could be seen that for VGT higher than 1.1 V, HD3 strongly depends on the temperature and worsens as the temperature decreases. The study involving JL transistors was focused on their analog parameters, comparing them to the ones presented by triple gate devices or FinFETs. In moderate and strong inversions, Junctionless showed lower values for gm/IDS with respect to triple gate devices biased at a similar current level. However, the dependence of gm/IDS from Junctionless with the temperature was also smaller than the one presented by FinFETs. Junctionless and FinFETs exhibited distinct behaviors for the Early voltage and the open-loop voltage gain as a function of the temperature. These parameters always improve with the temperature raise in JL devices whereas they exhibit their maximum values around room temperatures for FinFETs. In the proximity of the threshold voltage, Junctionless with fin width of 30 nm presented Early voltage and intrinsic gain larger than 80 V and 57 dB, respectively, whereas FinFETs exhibited Early voltage of 35 V and gain of 50 dB. For all the studies performed in this work, the probable causes of the non-linearities were pointed out, from analytic models that could correlate the physical work of the devices with the experimental results.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T17:21:05Z No. of bitstreams: 1 leandrorodriguesmansosilva.pdf: 691785 bytes, checksum: 4024e0e319f1469cc354c2c346a90dbe (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T17:59:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 leandrorodriguesmansosilva.pdf: 691785 bytes, checksum: 4024e0e319f1469cc354c2c346a90dbe (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T17:59:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 leandrorodriguesmansosilva.pdf: 691785 bytes, checksum: 4024e0e319f1469cc354c2c346a90dbe (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A distorção harmônica, dentre outras formas de poluição na rede de sistemas de energia, é um importante problema para as concessionárias. De fato, o aumento do uso de dispositivos não-lineares na indústria resultou em um aumento direto da distorção harmônica nos sistemas elétricos de potência nos últimos anos. Com isso, a modelagem destas cargas e suas interações se tornaram de grande importância, e portanto, o uso de novas técnicas computacionais passou a ser de grande interesse para este fim. Neste contexto, este trabalho descreve uma metodologia baseada em técnicas de Inteligência Computacional (Redes Neurais Artificiais (RNA)s e Lógica Fuzzy (LF)), proposta para modelagem de cargas não-lineares presentes em sistemas elétricos de potência, bem como a estimação de sua parcela na distorção harmônica do sistema. A principal vantagem deste método é que apenas as formas de onda de tensão e corrente no ponto de acoplamento comum precisam ser medidas, além disso esta técnica pode ser aplicada na modelagem de cargas monofásicas bem como cargas trifásicas. / The harmonic distortin, among other forms of pollution to the electric power systems is an important issue for electric utilities. In fact, the increased use of nonlinear devices in industry has resulted in direct increase of harmonic distortion in industrial power grids in recent years. Thus, the modeling of these loads and the understanding of their interactions with the system have became of great importance, then the use of computational-based techniques has emerged as a suitable tool to deal with these requirements. In this context, this work describes a methodology based on Computational Intelligence (Artificial Neural Networks (ANN)s and Fuzzy Logic (FL)) for modeling nonlinear loads present in electric power systems, as well as the estimation of their contribution in the harmonic distortion. The main advantage of this technique is that only the waveforms of voltages and currents at the point of common coupling must be measured and it can be applied to model single and three phase loads.