Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2013-12-06T00:38:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 318751.pdf: 7406463 bytes, checksum: 49c6f8f030e730434043622025a67275 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho apresenta uma nova topologia de conversor cc-cc Buck+Boost bidirecional multinível, adequado para aplicação em alta tensão. Esta topologia é gerada a partir da associação de um conversor Buck e um conversor Boost, ambos bidirecionais e multiníveis. As topologias multinível são obtidas a partir da generalização dos conversores Buck e Boost de três níveis. As principais características do conversor Buck+Boost proposto são: redução dos esforços de tensão nos semicondutores e capacitores,- tornando-o possível para aplicação em alta tensão; capacidade de processamento de fluxo bidirecional de energia; frequência de operação dos magnéticos múltipla da freqüência de comutação dos interruptores. Além disso, o conversor Buck+Boost proposto apresenta oito capacitores, cujas tensões devem ser balanceadas para a correta operação do conversor. Portanto, uma estratégia de balanço das tensões nos capacitores da topologia é apresentada e uma técnica de controle utilizando uma ação de feedforward é proposta. Para validar a análise teórica, um protótipo com especificação de 10 kW de potência de saída, tensão de entrada de 1 kV e de saída de 750 V foi construído e avaliado experimentalmente. Os resultados experimentais comprovaram as vantagens do conversor cc-cc proposto e da técnica de controle proposta para balanço das tensões nos capacitores <br> / Abstract: This work presents a novel topology of a Buck+Boost bidirectional multilevel dc-dc converter suitable for high voltage applications. The proposed topology is constructed by cascading a Buck-type and a Boost-type converter, both bidirectional and multilevel. The multilevel topologies are derived from standard three level topologies. The main features of the proposed Buck+Boost converter are: reduced voltage stress across the semiconductors, allowing its use in high voltage; bidirectional power flow; frequency operation of the inductor is a multiple of the switching frequency. Moreover, the proposed Buck+Boost topology presents eight capacitors, which their voltage must be controlled for proper operation of the converter. Therefore, a strategy to balance the voltages across these capacitors is presented and a complete feedback control technique with an inductor current feedforward action is proposed. In order to validate the theoretical analysis, a prototype with 10 kW output power capability, 1 kV to 750 V input-to-output voltage was constructed and experimented. The results attest the advantages of the new dc-dc topologies and developed feeback control.

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T07:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iannini_RobertoFonseca_M.pdf: 1222857 bytes, checksum: 41c44a25bef2f1656de6659dff1c5734 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O progresso da pesquisa científica depende da qualidade e da disponibilidade de instrumentos confiáveis e de alta precisão, necessários para a exploração quantitativa de novos fenômenos, possibilitando a construção de modelos mais avançados e mais sofisticados. Um dos fenômenos que tem despertado grande interesse é a emissão de elétrons da superfície de catodos frios para o vácuo, sob a ação de campos elétricos externos. Para o estudo deste fenômeno, é necessária a medida de pequenas correntes em amostras que estão sob tensões elétricas relativamente altas. Nesta tese contribuímos com o projeto e construção de um medidor de corrente capaz de operar de maneira integrada à câmara de vácuo onde são analisadas as propriedades de emissão de nanotubos ou de materiais nanoestruturados. Foram desenvolvidos integralmente o hardware, firmware e software, com vistas à integração futura com outros instrumentos de controle e análise / Abstract: The progress of scientific research depends of the quality and availability of reliable and high precision instruments, which are necessary for measurement of new phenomena, making possible the construction of advanced and sophisticated models. One phenomenon that has being studied is the field emission of electrons from cold cathodes in vacuum, under external electrical field influence. In order to perform this study, it is necessary to measure small electrical currents with the surface sample under high voltage. In this thesis, we have contributed with the project and construction of a electric current meter able to operate in a vacuum chamber environment where the field emission properties of sample materials (nanotubes or nanostructures) are analyzed. Both hardware, firmware and software were developed looking forward to future integration of the measurement and control equipments / Mestrado / Instrumentação e Controle / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Antenor Pomilio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T05:49:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sperandio_GiulianoSalomao_M.pdf: 1492429 bytes, checksum: f30c57d63ec881417a2d7f6ebaf926c2 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O ozônio se apresenta como um excelente produto químico para ser usado em substituição ou em conjunto com o cloro para o tratamento de água. O ozônio é um potente bactericida e viricida e não deixa resíduos no meio ambiente. A produção deve ser local e requer apenas ar e eletricidade. Um método simples e eficaz para a produção de ozônio é através de microdescargas em barreiras dielétricas em oxigênio. A produção da microdescarga é feita numa célula onde é aplicada uma alta tensão, da ordem de quilovolts. A alta tensão é gerada através de um circuito eletrônico de alto rendimento e interage com a carga para produzir a alta tensão desejada. A fonte de alta tensão foi projetada para fazer o uso das não idealidades do conjunto formado pelo transformador de alta tensão associado a célula ozonizadora. O comportamento da carga permite que a potência de saída seja ajustada pela freqüência de trabalho. A potência de saída é uma variável que está associada com a produção de ozônio a qual pode ser ajustada. O controle da potência foi realizado por um microcontrolador que também incorpora funções de proteção e comando remoto. Os resultados obtidos pela implementação prática do circuito eletrônico corroboram o modelo e as simulações feitas. O circuito foi desenvolvido por uma demanda da indÚstria. A etapa de desenvolvimento do circuito em laboratório atingiu uma maturidade satisfatória para industrialização / Abstract: The ozone gas is a powerful oxidizing substance and it can be used for the treatment of water. It is known to be a potent bactericide and viricide and leaves no harmful residues to the environment. Ozone has to be produced on-site and requires only air and eletricity. An efficient way to produce ozone is through diclectric-barrier discharge in oxigen. An electronic high-efficiency circuit is used to generate the necessary high- voltage to make the electric discharge. The circuit was designed to use the resonance of the transformer plus the silent-discharge ozone-generator tube. The transformer non-idealities are usefull for allowing the converter operation in the resonance region, minimizing the commutation losses. The output power can be adjusted setting the switching frequency. The circuit works properly and the practical results match to the simulations. This converter was developed according to the specification of an industry and it is now going into commercial production / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Antenor Pomílio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:27:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_DiegoTardivo_M.pdf: 3096616 bytes, checksum: 2d3b90e8f78bbfc91209e0e523c0f21b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O trabalho tem como aplicação a geração de ozônio, que se dá em uma célula ozonizadora a partir de descargas eletrostáticas resultantes da aplicação de alta tensão por um transformador. Uma ressonância série essencialmente determinada pela indutância de dispersão e a capacitância equivalente do sistema surge, para este caso, em frequências na ordem de kHz. A operação do inversor de alimentação com uma frequência de chaveamento pouco maior do que a frequência de ressonância série tem como vantagens a comutação suave das chaves do inversor, um alto ganho de tensão e a possibilidade da construção de transformadores menores comparado à operação em 60 Hz. Visando o aumento da potência total do sistema e, consequentemente, aumento na capacidade de geração de ozônio, como alternativa para tal é feita a conexão em paralelo de diversos conjuntos formados por transformadora e respectiva célula, com potência da ordem de centenas de Watts, sendo estes alimentados por um único inversor. No entanto, a dispersão de parâmetros dos transformadores e células, leva a diferentes valores de potência por conjunto, estando alguns com potência acima da nominal e outros abaixo. A fim de se obter uma distribuição igual de potência entre as cargas, é apresentada uma estratégia para a equalização de potência em uma associação em paralelo de circuitos ressonantes com dispersão de parâmetros. O ajuste da sintonia é feito por meio de compensação série utilizando a técnica de síntese direta de reatâncias. Um modelo baseado no método médio generalizado foi obtido para que os parâmetros do controlador utilizado na equalização de potência fossem determinados. O uso de transformadores geralmente traz a necessidade de se precaver a um processo de saturação, todavia, é apresentada uma estratégia de controle capaz de impedir a saturação, por meio da síntese de capacitância variável série. Resultados de simulação e experimentais mostram o comportamento dos circuitos e das estratégias de controle propostas / Abstract: The work is applied to ozone generator, which occurs in an ozone generator cell through electrostatic discharges produced by high voltage transformer. A series resonance essentially determined by the leakage inductance and equivalent capacitance of the system arises in this case, at frequencies on the order of kHz. The operation of the inverter which feeds the load with switching frequency above the series resonance frequency has the advantages of soft switching at the inverter switches, a high voltage gain and the possibility of construct smaller transformers compared to operation at 60 Hz. Seeking to increase the total power system and, consequently, the capacity of ozone generation as an alternative is placed in parallel several loads formed by the transformer and respective cell, with a power of hundreds of Watts, fed by a single inverter. However, due to electrical parameters dispersion, there is not an equal distribution of power among the loads, with some being above the nominal power and other below. Order to obtain an equal distribution of power, a strategy is presented for balancing the power among paralleled loads. The balance is achieved through series compensation using the Direct Reactance Synthesis. A model based on the generalized average method is obtained for the controller parameters used in the equalization of power were found. Transformers usually need attention to avoid saturation; therefore, this work presents a control strategy to prevent the saturation, by synthesis of series variable capacitance. Simulation and experimental results show the behavior of circuits and proposed control strategies / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vitor Baranauskas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:41:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iannini_RobertoFonseca_D.pdf: 3201679 bytes, checksum: cd82a05d0dedaa3ecc2f0ca77550b58d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Foi projetado e desenvolvido um sistema de aquisição de dados e controle para viabilizar, de forma automatizada, a caracterização de emissividade eletrônica em catodos frios, por meio da utilização da câmara de ultra alto vácuo do Departamento de Semicondutores, Instrumentação e Fotônica - DSIF, da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação - FEEC/Unicamp. A instrumentação desenvolvida teve como motivação: i) aumentar a confiabilidade dos procedimentos de leitura da corrente de emissão de campo em amostras de materiais nanoestruturados produzidos no laboratório; ii) garantir a reprodutibilidade dos ensaios; iii) preservar a integridade das amostras; iv) eliminar fontes de erro existentes no processo de aquisição dos dados; v) prover uma família de curvas de forma automatizada, para cada posicionamento da amostra analisada. Os principais desafios encontrados durante os trabalhos relacionaram-se com a definição da topologia do circuito de entrada, da forma da isolação galvânica, interferências e tratamento dos dados adquiridos. Após a entrada em operação da instrumentação, foram também realizados ensaios para fins de validação da instrumentação desenvolvida e dos procedimentos adotados para sua operação / Abstract: A data acquisition and control system was designed and built in order to promote, in an automated fashion, the characterization of cold cathodes in the ultra high vacuum chamber of the DSIF, at the FEEC/Unicamp. The designed instrumentation was supposed to meet the following requirements: i) Enhance the accuracy of the field emission reading procedures for the nanostructured samples made in the same laboratory; ii) Ensure better repeatability of the tests; iii) Preserve the physical integrity of the samples; iv) Eliminate sources of error in the data acquisition process; v) Allow for automated establishment of a family of curves for each point of the sample material. The main challenges during this work were related to the circuit architecture, its input topology, galvanic isolation, interferences and data management. As the instrumentation started working, we have performed a series of tests for validation purposes, including the adopted operational proceedings / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T09:48:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Spengler_AndersonWedderhoff_M.pdf: 5622371 bytes, checksum: dd49f965749d4c55fa19542a3a801d9c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta dissertação aborda o projeto de um sistema de caracterização de sensores baseados em fibras ópticas para alta-tensão. O sistema é formado por dois módulos principais, um relacionado com a câmara térmica e outro relativo à alta-tensão. O desenvolvimento do sistema deve-se basicamente às necessidades de personalização e precisão para a caracterização dos sensores e outras aplicações. A câmara climática tem seu projeto eletrônico e mecânico descritos, com ênfase na utilização de módulos termoelétricos, nos controladores proporcional-integral-derivativos utilizados e os parâmetros de sintonia encontrados. Foi feito o estudo da configuração que utiliza dois módulos termoelétricos em série, apontando as vantagens e desvantagens desta configuração. A faixa de temperatura para a câmara obtida é de 0 ºC até 70 ºC, com erro ±0,1 ºC semelhantes às câmaras climáticas comerciais. Há a proposta de um circuito gerador e analisador de ondas arbitrárias de alta-tensão, e ensaios com um sistema semelhante ao proposto para tensões de até 15 kV, para validação do método de eliminação de harmônicas proposto nesta dissertação, obtendo resultados de THD da ordem de 0,04%, valor este limitado pela definição do analisador de sinais / Abstract: This work discusses the project of a characterization system fiber optics based sensors for high-voltage. The system consists of two main modules, one related to the thermal chamber and another on high-voltage part. The system development was mainly due to the needs of customization and precision for the characterization of sensors and other applications. The thermal chamber has its electronic and mechanical design described, with emphasis on the use of thermoelectric modules, the proportional-integral-derivative controllers and their tuning parameters. A study was conducted on the configuration that uses two thermoelectric modules in series, showing the advantages and disadvantages of this configuration. The obtained temperature range for the chamber was 0°C to 70 °C with ± 0.1 °C error, similar to the commercial chambers. There is a proposal for a circuit for arbitrary high voltage wave generator and analyzer, and tests with one system similar to that proposed for voltages up to 15kV, to validate a harmonics eliminator method, obtaining results of THD about 0.04% which is limited by the definition of signal analyzer / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho tem por objetivo apresentar um novo conceito para a concepÃÃo de conversores para aplicaÃÃes em energias renovÃveis e carregamento de baterias com um nÃmero reduzido de estÃgios de processamento. SÃo desenvolvidas trÃs topologias diferentes de conversores de alto ganho de tensÃo com um Ãnico estÃgio de processamento e capaz de operar tanto com um banco de baterias como com painÃis fotovoltaicos. A operaÃÃo destes conversores permite que as fontes de entradas (painÃis ou baterias) operem de forma natural, independentemente ou complementarmente, compondo um barramento CC e apresentando a comutaÃÃo suave dos interruptores. Por fim, foram desenvolvidos trÃs protÃtipos para uma potÃncia de 500 W que validam o princÃpio de funcionamento dos sistemas propostos apresentando alto rendimento, alto ganho de tensÃo e boa regulaÃÃo do barramento CC em todos os modos de operaÃÃo. / Taking into account the great technological development on renewable energy systems and their applications on power electronics, this work presents a new concept of converters applied to renewable systems and batteries charging with a reduced number of energy processing stages. This work approaches three different high voltage gain converters topologies with only one processing stage, and with bidirectional capability, with batteries, and with photovoltaic panels. The operation of these converters allow that the inputs (PVpanels or batteries), work independently or simultaneously, in order to compose a single DC bus. Also, proposed topologies present natural soft-switching operation. At last, the three prototypes were developed to work with a nominal power of 500W, validating the operation principle of the proposed system, featuring high efficiency, high voltage gain, and good voltage regulation on the DC bus.