[pt] Discute-se a modelagem de segunda ordem do acionamento por motor de indução de rotor bobinado usando cascata subsíncrona e o controle de velocidade do mesmo. As estratégias de controle habituais são criticadas e propõe-se um controlador PI com realimentação proporcional de corrente. Propõe-se também um algoritmo de projeto considerando as possibilidades de ajustes finais. / [en] The second order modeling and speed control of the Wound Rotor Induction Motor Drive using Subsynchronous Converter Cascade are discussed. The usual control projects is criticized, and a PI controller with current proportional feedback, and also a algorthm for the design with possibilities of final adjustments are presented.

[pt] O controle de velocidade do motor de indução do rotor bobinado, através de uma cascata de conversores estáticos no rotor, conhecido como Sistema Kramer Estático, é considerado um dos melhores acionamentos para motores acima de 500 Hp, devido às suas características de baixo custo inicial, menor complexidade do sistema de conversores e regeneração de energia. Nestas últimas décadas, as pesquisas nesta área se concentraram basicamente na melhoria da estrutura dos conversores estáticos, o projeto de controle recebeu pouca atenção e sua estrutura de controle continuava inspirada no controle do motor de corrente contínua. Em um recente trabalho (1987) foi proposto um controlador PI com realimantação proporcional de corrente no elo c.c. . Contudo, este projeto, como os outros, foram baseados em uma modelagem simples. Nesta dissertação de mestrado, revê-se e critica-se modelagens e projetos de controle existentes, desenvolve- se um modelo de 6ª ordem e propõe-se um projeto de controle que atente às especificações usuais de controle. A estrutura proposta é composta de um regulador de estado mais um observador parcial de estado. Esta estrutura é fisicamente realizável e o seu algoritmo de projeto é simples, claro e direto. Comprova-se que o uso de modelos mais completos e estruturas de controle mais eficazes não implicam em controladores complexos e irrealizáveis. / [en] The speed control of wound rotor induction motor by a static converter cascade (Kramer Static System) is considered one of the best large motor drive (above 500 Hp.) due to its characteristics of low initial cost, less complexity of the converters and energy regeneration. In the last decades, the researches emphasize basicilly the improvement of the converter structure. The control design was almost forgotten and its structure was Kept based on the direct current motor control. In 1987, it was proposed a PI controller with proportional feedback of direct current. But, this last design, like the others, was based on a simple model. In this dissertation, the modellings and control designs are reviewed and criticized. Besides this, a sixth order model is developed and a new control design is proposed in order to solve the usual control requirements. This proposed structure is composed of a state regulator plus a partial state observer. It´s also of easy achievement and its design algolirhm is simple, easy and direct. It´s confirmed that the use of morepowerful control structure doesn´t implacate in complex and unfeasible controller.

[pt] Este trabalho apresenta um estudo experimental do funcionamento do protótipo de uma traçadora gráfica de grande porte, desenvolvida no Departamento de Engenharia Mecânica da PUC-RJ. São detalhadas as características cinemáticas e dinâmicas do modelo de posicionamento adotado. As respostas de traçados são analisadas em função de diversas variáveis. É feito um estudo sobre rampa de aceleração e sua influência na qualidade do traçado. Finalmente, é apresentado um algoritmo, de traçamento de arcos de círculo, que permite maior versatilidade no seu funcionamento. / [en] An experimental study of the performance of a large scale plotter developed and built at the Mechanical Engineering Department of PUC-RJ is undertaken. After analysis of the kinematical solution, the study is concerned with the dynamical response of the pen positioning system. The need of acceleration ramps becomes clear and their influence on the drawing quality is compared for several time delays. Finally, an algorithm for drawing circles and arcs based on a look-up table is presented. This algorithm is suitable for reducing data transfer between the controlling computer and the plotter.

[pt] O presente trabalho trata da determinação experimental dos parâmetros de desempenho de um compressor rotativo de deslocamento positivo,que faz parte de um motor de refrigeração em desenvolvimento. Este opera segundo o ciclo de Brayton invertido utilizando o ar como fluido de trabalho. A vazão mássica real de ar em escoamento pelo compressor, eventuais vazamentos, potência de eixo entregue ao compressor e a potência desenvolvida pelo mesmo são obtidas com base em procedimentos experimentais. A vazão e a potência teóricas foram determinadas com base em uma simulação do funcionamento do compressor. A partir destes resultados, determinaram-se as eficiências isentrópica,mecânica e volumétrica, permitindo uma análise das condições de operação do compressor. Usando resultados experimentais, realizou-se uma análise termodinâmica convencional de disponibilidade associada ao processo real ocorrido no compressor para explicar a natureza das irreversibilidades envolvidas e indicar as condições ótimas de funcionamento. Com base na filosofia de análise utilizada, este novo tipo de máquina de refrigeração foi criteriosamente analisada. Sugestões de melhoria são apresentadas no sentido de melhor qualificar este novo tipo de compressor para trabalhar com sistemas que operem segundo o ciclo de Brayton invertido. Neste trabalho é apresentado uma proposta otimizada de um novo projeto de expansor. / [en] The present work describe tests of performance of a positive displacement rotary compressor which is part of a new type of refrigerating machine under development. The working fluid is air and the machine operates at the Brayton Cycle. The mass flow rate, eventual mass leakages, the power delivered to the compressor shaft and the actual power developed are obtained based upon experimental procedures. The theorectical mass flow rate and the isentropic power was calculed through a theorectical simulation, and, from these results, the isentropic mechanical and volumetric efficiencies have been evaluated allowing the determination of the favorable and critical conditions of operation. An uncertainty analysis is developed in order to control the experimental procedures and acuracy of the experiments conducted. Using experimental results as an input, a classical avaiability thermodynamics analysis of the process was developed in order to explain the nature of the associated irreversibilities and to indicate the optimum conditions of operation of the compressor. Based upon the described approach, this new type of refrigerating machine has been carefully analysed. Aiming better performance, design modifications are suggested as an attempt to better qualify this type of compressor for operation in systems which operate in the Brayton Cycle. Finalle, an improved design of an expander is discussed.

[pt] O presente trabalho apresenta um estudo comparativo do desempenho, em banco de provas, de um motor multicombustível do ciclo Otto equipado com um sistema de injeção eletrônica programável, funcionando com etanol hidratado e etanol anidro. Para tanto, foram obtidos resultados de parâmetros de desempenho com esses dois combustíveis, em diferentes condições de operação. A partir dos resultados de pressão, adquiridos por um sensor instalado em um dos cilindros do motor, foram calculados, entre outros, o calor liberado, a taxa de liberação de calor, a fração de massa queimada e a duração da combustão. Os ensaios ocorreram em três condições operacionais do motor multicombustível: potência máxima, torque máximo e em uma condição representativa de velocidade de cruzeiro do motor. Devido à possibilidade de se variar livremente alguns parâmetros normalmente fixos em um motor com um sistema de injeção eletrônica de combustível convencional foi possível otimizar o torque do motor para cada combustível e nas condições operacionais escolhidas, no que se refere ao avanço de ignição e à relação ar-combustível. Dessa forma, pôde-se simular os efeitos da utilização do etanol anidro em motor calibrado para o etanol hidratado. Os resultados mostram os efeitos da variação do conteúdo de água no etanol, bem como a influência da relação ar-combustível e do avanço de ignição sobre o desempenho e a combustão em motor multicombustível. São apresentadas ainda correlações entre as variáveis de desempenho medidas e os parâmetros de combustão calculados, bem como comparações com resultados de desempenho obtidos em veículos multicombustível. / [en] The present work includes a comparative performance engine test bed study of a multifuel engine equipped with a programmable electronic central unit (ECU), fueled with anhydrous and hydrous ethanol. It is reported fuel consumption, power, torque and exhaust emissions with these two fuels for different operational points. Using pressure data, acquired by a sensor installed in one engine cylinder, it was possible to calculate heat release, rate of heat release, mass fraction burned, combustion duration and others, for selected cases. Tests occurred at three multifuel engine operational points: maximum power, maximum torque and one selected cruise condition. Due to the possibility of setting some parameters normally fixed in commercial engines, torque was optimized regarding spark advance and air fuel ratio, for all selected operational points. So, it was possible to simulate anhydrous ethanol usage in an engine calibrated to hydrous ethanol. Test results presented the effects of water ethanol content, air-fuel ratio and ignition advance influence on performance and combustion of a multifuel engine. Additionally, it is presented some correlations between performance measured and calculated and combustion parameters, as well as comparisons to multifuel vehicle results.

[pt] O presente trabalho estuda um motor de deslocamento positivo Stirling rotativo. Dois modelos de simulação para este motor Stirling rotativo são desenvolvidos. O primeiro modelo utiliza o método isotérmico, mediante o qual a câmara de expansão/compressão do motor está à mesma temperatura do reservatório térmico com que troca calor. O segundo modelo utiliza o método de volumes de controle, no qual o motor é dividido em cinco volumes de controle: as câmaras de expansão e compressão, o aquecedor, o resfriador e o compartimento rotativo. Para cada volume de controle aplicam-se as equações de conservação de massa e energia e de equações de estado do gás. O sistema de equações diferenciais ordinárias resultantes do segundo modelo, é integrado, permitindo obter-se a variação no ângulo do eixo para todas as variáveis termodinâmicas do motor (pressão, temperatura, etc.). Dadas as condições de operação e a geometria do motor rotativo em estudo, os modelos preveem resultados globais e transientes ângulo a ângulo. Os resultados dos modelos são confrontados com resultados teóricos disponíveis na literatura. / [en] The present work studies a positive displacement rotary Stirling engine. Two simulation models for this rotary Stirling engine are developed. The first model applies the isothermal method, in which the gas at the engine expansion / compression chamber has the same temperatures of the thermal reservoir. The second model uses the control volume method, in which the engine is divided into five control volumes: the expansion and compression chambers, the heater, the chiller and the rotary chamber. For each control volume the equations of conservation of mass and energy and the equation of state, are applied. The system of ordinary differential equations resulting from the second model is integrated allowing to obtain the variation in the axis angle for all thermodynamic variables of the motor (pressure, temperature, etc.). Given the operating conditions and geometry of the rotating motor under study, the models provide global and transient results from angle to angle. Results from two models are confronted with theoretical results available in the literature.

[pt] Uma bomba centrífuga, depois de concluída a sua instalação, deve vencer uma elevação constante. A variação da rotação vai alterar diretamente a descarga. Como bomba centrífuga é acionada por motor de indução, a variação da freqüência não acarreta variação proporcional na rotação devido a que a nova rotação implica em outro valor da descarga que somente ocorre com torque diferente do anterior e em conseqüência, o deslizamento deve se ajustar para igualar o torque fornecido pelo motor com o novo torque requerido pela bomba. A análise parte dos estudos que relacionam a descarga com a rotação para relacionar a descarga com a freqüência. / [en] Once installation is concluded, a centrifugal pump should withstand constant head. The variation of rotation directly alters the discharge. Since centrifugal pump operates by induction motor, the variation in frequency does not lead to proporcional variation in rotation due to the new rotation being of another discharge value which only occurs with a different torque. Consequently, the sllep should adjust itself to equalize the torque provided by the motor to the new torque required by the pump. The analisis derives from studies which related the discharge to the rotation in order to relate the discharge to the frequency.

[pt] Os motores de indução são as máquinas mais utilizadas nos acionamentos industriais elétricas devido a sua simplicidade, robustez, maior relação torque/corrente, baixa manutenção, etc. Sua aceitação e aplicação em acionamentos com velocidade variável têm sido possível com o desenvolvimento da eletrônica de potência. Atualmente, muitos acionamentos utilizam diversas técnicas para lograr o controle de velocidade por variação da freqüência da rede de alimentação, sendo que o controle vetorial é o mais comum. O presente trabalho, centra-se no estudo do desenvolvimento do motor de indução sob a aplicação do controle de velocidade, através da análise dos parâmetros necessários para realizar o dito controle na faixa de baixa velocidade, sem sensor de velocidade e/ou de posição. O trabalho inicia-se com o estudo das principais características funcionamento do motor de indução. Em seguida, a partir do modelo matemático do motor de indução, são analisados os diferentes tipos de controle de velocidade, com especial ênfase na variação da velocidade através da variação da freqüência. Finalmente, são estudados os parâmetros e métodos para o controle de velocidade sem sensor. O estudo é validado com diversas simulações realizadas no programa MatLab. / [en] The induction motors are the most commonly used eletric motors in the electrical industrial systems due its simplicity, robustness, greater torque/current ratio, low maintenance, etc. its acceptance and applications in operations with variable speed has been possible with the power electronics development. Currently, most of operations use several techniques to achieve the speed control by variable frequency of the power supply with vectorial control being the most common. The present work is centered in the study and development of the induction drive in speed control application, with the analysis of the necessary parameters to control in low speed band, without speed and/or position sensor. The work starts with the study of main functioning characteristic of the motor. After that, from the mathematical model of the induction motor, different speed control techniques are analyzed, with special emphasis in speed variation with variable frequency. Finally, the parameters and methods for sensor less control are studied. The study is variation with several simulations made Matlab program.

[pt] Este trabalho, relacionado com a área de modelagem de cargas para estudos de estabilidade transitória de sistemas elétricos, tem por objetivo discutir a adequação dos modelos clássicos normalmente utilizados, bem como o aprimoramento e desenvolvimento de representações para cargas com características específicas. Inicialmente, são enfocados os aspectos das representações clássicas de cargas e, através de desenvolvimentos teóricos e estudos computacionais, ressaltadas as adequações destas estratégias ao contexto atual. Reconhecendo algumas limitações quanto às técnicas para a obtenção dos parâmetros de motores de indução, apresenta- se procedimentos sistematizados para o tratamento destes componentes de carga. Tendo em vista a busca da melhoria de modelos e respostas aos questionamentos a respeito da relevância da inclusão dos efeitos da variação da freqüência sobre as cargas e parâmetros da rede, o trabalho prossegue com investigações nesta direção. Objetivando a análise do desempenho dos modelos simplificados de cargas através de funções algébricas, são discutidas as propostas atuais e verificadas suas adequações aos estudos de estabilidade. Finalmente, considerando a importância atual das cargas conversoras estáticas, são desenvolvidos modelos apropriados e realizados os estudos necessários à incorporação de unidades retificadoras em programas de estabilidade. / [en] This work, involved with the load modeling for electrical system transiente stability analysis, aim to discuss the classical load models normally used, and to develop and improve representations of specific types of loads. Initially, aspects concerned with classical load representations are dealt with aiming to evaluate, through theoretical and computational analyses, the current employment of such models. Knowing that the techiques to obtain induction motor parameters are still deficient, this work presents some systematic procedures for the treatment of such loads. Additionally, it continues seeking improvements in electrical system component models and answers to the questions about the need for inclusion of the frequency variation effects on loads and network parameters. Moreover, it takes into account the tendencies of using simplified load models represented by algebraic expressions. Some recent proposals in this area are discussed and tested with a view to acess the perfomance of the models in stability studies. Finally, considering the present importance of static load converters, it is developed the related models and presented the necessary studies to include rectifier units in stability programs.

[pt] Nesta dissertação apresenta-se a avaliação da eficiência energética do Veículo Elétrico Híbrido em Série mediante o desenvolvimento teórico de dois protótipos de sistemas de propulsão elétrica e o estudo experimental do consumo de combustível do veículo original. A análise experimental foi feita mediante o desenvolvimento de uma bancada de teste, composta principalmente por um dinamômetro de chassis, um piloto automático e um medidor de vazão de combustível, acompanhado de toda a eletrônica que fez possível a aquisição de dados em cada teste. Neste estudo desenvolvem- se dois modelos teóricos de arquitetura para o sistema de propulsão do VEH, o primeiro composto de quatro motores, cada um embutido nas rodas do veículo, e o segundo composto por dois motores, cada um embutido nas rodas do eixo traseiro do veículo. Existem diversos procedimentos para poder embutir um motor na roda do veículo, o que se deve ter em conta é o peso, a potência e a eficiência na transmissão de potência. No desenvolvimento teórico do sistema de propulsão em cada roda, faz-se necessário o uso do redutor cicloidal, o qual permite uma redução de 3:1 até 119:1 em um só estágio com uma eficiência de transmissão de 93 por cento, conjuntamente com um motor de corrente contínua sem escovas, o qual tem uma alta densidade de potência. Os resultados da avaliação do sistema de propulsão elétrica dos protótipos mostram que o modelo de quatro motores nas rodas é mais eficiente em comparação com o modelo de dois motores embutidos nas rodas. Isto se deve ao fato do segundo modelo ser mais pesado, já que precisa uma maior quantidade de baterias e além disso de motores mais robustos. Na avaliação do consumo energético do VEH em comparação com o modelo original a gasolina, obtiveram-se resultados interessantes referentes à economia na utilização do recurso energético. O VEH teve um comportamento melhor em ciclos urbanos que em ciclos de estrada e a economia do recurso energético alcança 57,6 por cento quando se testa com ciclos urbanos e 11,4 por cento em ciclos de estrada. / [en] This dissertation presents the evaluation of the energy efficiency of a series hybrid electric vehicle through the theoretical development of two electric propulsion systems and an experimental study of fuel consumption of the original vehicle. The experimental analysis was done by a test setting, consisting mainly by a chassis dynamometer, an autopilot system and a fuel flowmeter, all connected to the data acquisition system. In this study it was developed two theoretical models of propulsion systems for HEV. The first one consists of four in-wheel motors and the second one consists of two in-wheel motors on the rear axle. There are various methods for embedding a motor in the wheel. It is necessary to consider the weight, power and transmission efficiency. In the theoretical model it was considered a cycloidal reducer, which allows a reduction of 3:1 to 119:1 in one stage with an efficiency of 93 percent, together with a brushless DC motor, which has a high power density. The results of the evaluation of the electric propulsion systems show that the model with four in-wheel motors is more efficient than the model with two in-wheel motors. This is a consequence of the fact that the second model is heavier, because it needs a bigger amount of batteries and more robust motors. In the evaluation of the HEV energy consumption in comparison with the original gasoline model, it was observed interesting results regarding the energy savings. The HEV presents better performance in urban cycles that in road cycles, saving 57,6 per cent of the consumed energy in urban cycles and 11,4 per cent in road cycles.