Orientador: Paula Ghedini Der Agopian / Coorientador: Afonso José do Prado / Banca: Afonso José do Prado / Banca: Elmer Mateus Gennaro / Banca: Luiz Fernando Bovolato / Resumo: Para a representação de linhas de transmissão em sistemas elétricos de potência, existem vários modelos que são usados, por exemplo, variáveis de estado e equações diferenciais. Esses modelos são incluídos em rotinas computacionais e utilizados em simulações numéricas de transitórios eletromagnéticos. A linha de transmissão utilizada é um circuito monofásico modelados por circuitos π, usando o modelo de variáveis de estado. Para testar os modelos é utilizada uma rotina numérica que combina o método Euler com o método de integração trapezoidal, resultando em um algoritmo simplificado, sendo capaz de simular transitórios eletromagnéticos em redes e de obter resultados com precisão satisfatória. Três modelos são analisados: modelo utilizando matriz de grande ordem, matriz de ordem dois e o modelos utilizando variáveis independentes. Neste trabalho será discutido e analisado a diferença entre os três modelos propostos e a maneira como as variáveis de estado são atualizadas para simular a propagação de um fenômeno transitório em uma linha de transmissão. Aplicando o mesmo método de integração há diferenças significativas nos resultados obtidos utilizando variáveis independentes: redução das oscilações numéricas com uma quantidade menor de circuitos π e redução do tempo computacional. A rotina baseada em atualização independente das variáveis de estado, apresenta modelagem simples, sem inversões de matrizes e matrizes esparsas. (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: For the representation of transmission lines in electrical power systems, there are several models that are used, for example, state variables and differential equations. These models are included in computational routines and used in numerical simulationsof electromagnetic transients. The transmission lines used are a single phase circuit modeled by πcircuits, using the state variable model. To test the models, a numerical routine that combines the Euler method with the trapezoidal integration method is used, resulting in a simplified algorithm, capable of simulating electromagnetic transients in networks and obtaining results with satisfactory accuracy. Three models are analyzed: model using large order matrix, order two matrix and model using independent variables. In this work will be discuss and analyze the difference between the three proposed models and the way state variables are updated to simulate the propagation of a transient phenomenon in a transmission line. Applying the same integration method there are significant differences in the results obtained using independent variables: numerical oscillationsreduction with a smaller number of π circuits and computational timereduction.The routine based on independent update of state variables, presents simple modeling, without inversions of sparse matrices. (Complete abstract electronic access below) / Mestre

Este trabalho apresenta uma nova topologia de conversor CA-CC trifásico de estágio único com elevado fator de potência baseado no conversor SEPIC MCD, contendo interruptores bidirecionais. Este se comporta como um seguidor da tensão mesmo em malha aberta (característica dos conversores SEPIC MCD), ou seja, emula uma resistência do ponto de vista da rede elétrica. Sendo assim, o esforço de controle é reduzido a apenas uma malha de controle, sendo esta para controlar a tensão de saída, como em um conversor CC-CC. Este conversor de estágio único tem elevada confiabilidade, uma vez que emprega quatro interruptores ativos, com o mesmo sinal de comando, e seis diodos de alta frequência para a conversão de corrente alternada para corrente contínua (CA-CC) com alto fator de potência e isolação em alta frequência. Como desvantagens, tem-se a restrição na escolha da relação de transformação, a qual implica em elevados valores de corrente no secundário para baixas tensões de saída. São apresentadas as etapas de operação, as formas de onda ideais, as equações que regem o funcionamento do conversor, os resultados de simulação numérica contrastados com os valores teóricos e resultados experimentais. As especificações aplicadas ao conversor são 127 V na tensão de entrada, 200 V na tensão de saída, 50 kHz da frequência de comutação e 1500 W de potência para a carga. O protótipo gerado a partir dessas especificações apresenta 0,9981 de fator de potência, 4,234% de taxa de distorção harmônica e um rendimento de 85,522% para condições nominais. Devido as suas características, considera-se uma boa opção para sistemas trifásicos de baixa potência, onde não se justifica um elevado custo. / This work presents a new three-phase high power factor single-stage AC-DC converter based on the DCM SEPIC topology, using bidirectional switches. This converter operates as a voltage follower even in open loop (SEPIC DCM converter characteristic), in other words, it emulates a resistance from the electric grid point of view. Therefore, the control effort is reduced to a single control loop to control the DC output voltage, like an output voltage control of a DC-DC converter. This single-stage converter has high reliability, since it employs four active switches with the same command signal and six high frequency diodes for AC-DC conversion with high power factor and high frequency isolation. A system disadvantage is related to the constraint in the choice of transformer turns, which leads to high current values in the secondary-side for lower output voltage specifications. Hereon are presented the operation modes, the ideal waveforms, the main equations of the converter, the numerical simulation results contrasting with the theoretical values and experimental results. Design specifications are 127 V input voltage, 200 V output voltage, 50 kHz switching frequency and 1500 W output power. The prototype is obtained by following the specifications and it shows 0.9981 of power factor, 4.234% of total harmonic distortion and 85.522% of efficiency for rated condition. This converter is considered a choice for low power three-phase systems with low cost realization.

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi investigar o desempenho de alunos que trabalharam com atividades de simulação e modelagem computacionais no estudo de circuitos elétricos, utilizando o software Modellus, comparado com alunos expostos apenas ao sistema tradicional de ensino. A fundamentação teórica adotada esteve baseada no referencial de trabalho de Halloun sobre modelagem esquemática e na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa. O estudo envolveu 193 alunos de cursos de Engenharia, da disciplina de Física-II oferecida pela UFRGS no 2° semestre de 2004. O procedimento didático ocorreu em duas etapas. Na primeira, os alunos do grupo experimental trabalharam com um conjunto de atividades sobre circuitos elétricos simples durante cinco aulas e na etapa seguinte, com um conjunto de atividades sobre circuitos RLC durante quatro aulas. Cada aula teve duração de 1h40min. Os resultados quantitativos mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos alunos dos grupos de controle, expostos apenas ao método tradicional de ensino. Os resultados de nossa análise qualitativa sugerem que muitos dos alunos atingiram uma aprendizagem significativa. Nossas observações e o levantamento de opiniões mostraram que o procedimento didático adotado exigiu muita interação dos alunos com as atividades computacionais, dos alunos entre si e com o professor, tornando-se um elemento motivador na aprendizagem dos alunos.

O projeto e o desenvolvimento de circuitos integrados é um dos mais importantes e aquecidos segmentos da indústria eletrônica da atualidade. Neste cenário, ferramentas de automação têm possibilitado aos projetistas manipular uma elevada quantidade de transistores em circuitos cada vez mais complexos, diminuindo, assim, o tempo de projeto. Em especial, ferramentas de síntese lógica têm contribuído significativamente para reduzir o ciclo de desenvolvimento. Na metodologia de projeto full-custom, cada bloco funcional tem sua geração realizada de forma manual, desde a implementação das redes de transistores até a geração do leiaute. Entretanto, esta tarefa é extremamente custosa em tempo de projeto. Neste contexto, torna-se confortável ter a disposição algoritmos dedicados para derivar redes de transistores automaticamente. Diversos tipos de arranjos de transistores são encontrados na literatura. Estas diferentes redes de transistores apresentam diferentes comportamentos em termos de consumo de área, consumo de potência e velocidade. Desta forma, não apenas a geração automática de redes de transistores é importante, mas também técnicas automatizadas para avaliar e comparar estas distintas redes de chaves é de fundamental importância para guiar o projetista que deseja alcançar implementações de circuitos eficientes. Estas avaliações não precisam ser necessariamente processos custosos de caracterização elétrica. Elas podem ser realizadas através de estimativas capazes de fornecer informações acuradas sobre o comportamento das redes. Esta idéia pode ser utilizada por projetistas que desejam gerar e avaliar potenciais soluções em redes de transistores para alimentar fluxos standard-cell (utilizando bibliotecas de células), ou por aqueles que utilizam a abordagem de mapeamento tecnológico library-free (fazendo uso de geradores de células). Neste contexto, este trabalho apresenta um gerador automático de redes de transistores capaz de fornecer diferentes tipos de redes em diversos estilos lógicos. Para comparar as redes geradas, algumas técnicas de estimativa são empregadas. Comparações são realizadas sobre conjuntos distintos de funções Booleanas, demonstrando as vantagens da utilização de lógicas alternativas em relação ao difundido padrão CMOS. / Currently, VLSI design has established a dominant role in the electronics industry. Automated tools have enabled designers to manipulate more transistors on a design project and shorten the design cycle. In particular, logic synthesis tools have contributed significantly to reduce the design cycle time. In full-custom designs, manual generation of transistor netlists for each functional block is performed, but this is an extremely time-consuming task. In this sense, it becomes comfortable to have efficient algorithms to derive transistor networks automatically. There are several kinds of transistor networks arrangements. These different networks present different behaviors in terms of area, delay and power consumption. Thus, not only automatic transistor networks generation is important, but also an automated technique to evaluate and to compare the distinct switch networks is fundamental to guide designers that need to achieve efficient circuit implementations. This evaluation not necessarily needs to be an expensive electrical characterization process. It can be obtained through estimation processes capable of delivering good information about the logic cells behavior. This idea is useful for those designers that desire to generate and to evaluate potential transistor network implementations to feed standard-cell flow designs (using cell libraries), or for those designers who target the use of library-free technology mapping concept (using automatic cells generators). In this context, this work presents an automated transistor network generator able to delivery different kinds of networks in several logic styles. In order to compare the obtained networks, some estimation techniques are employed. A comparison is done over a set of Boolean function benchmarks, showing the advantages of using alternative logic styles over the traditional Complementary Series-Parallel CMOS (CSP CMOS).

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi investigar o desempenho de alunos que trabalharam com atividades de simulação e modelagem computacionais no estudo de circuitos elétricos, utilizando o software Modellus, comparado com alunos expostos apenas ao sistema tradicional de ensino. A fundamentação teórica adotada esteve baseada no referencial de trabalho de Halloun sobre modelagem esquemática e na teoria de Ausubel sobre aprendizagem significativa. O estudo envolveu 193 alunos de cursos de Engenharia, da disciplina de Física-II oferecida pela UFRGS no 2° semestre de 2004. O procedimento didático ocorreu em duas etapas. Na primeira, os alunos do grupo experimental trabalharam com um conjunto de atividades sobre circuitos elétricos simples durante cinco aulas e na etapa seguinte, com um conjunto de atividades sobre circuitos RLC durante quatro aulas. Cada aula teve duração de 1h40min. Os resultados quantitativos mostram que houve melhorias estatisticamente significativas no desempenho dos alunos do grupo experimental, quando comparado aos alunos dos grupos de controle, expostos apenas ao método tradicional de ensino. Os resultados de nossa análise qualitativa sugerem que muitos dos alunos atingiram uma aprendizagem significativa. Nossas observações e o levantamento de opiniões mostraram que o procedimento didático adotado exigiu muita interação dos alunos com as atividades computacionais, dos alunos entre si e com o professor, tornando-se um elemento motivador na aprendizagem dos alunos.

Submitted by Layde Queiroz (layde.queiroz@ifam.edu.br) on 2018-05-21T18:14:37Z No. of bitstreams: 1 Aprendizagem significativa e alinhamento construtivo uma proposta para o ensino de circuitos elétricos.pdf: 2733244 bytes, checksum: 8ce0625b5791178c64cb9ccf90bcb2ef (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-21T18:14:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aprendizagem significativa e alinhamento construtivo uma proposta para o ensino de circuitos elétricos.pdf: 2733244 bytes, checksum: 8ce0625b5791178c64cb9ccf90bcb2ef (MD5) Previous issue date: 2016-03-11 / O planejamento e desenvolvimento da prática docente têm impacto importante no aprendizado dos alunos. Esta dissertação explora este impacto por meio de uma proposta didática para alunos de cursos técnicos de nível médio no ensino de circuitos elétricos. A proposta é estruturada com nove planos de ensino e aprendizagem, compartilhados por meio de uma série de nove vídeos, fundamentados na Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel e no modelo de ensino Alinhamento Construtivo de John Biggs. A pesquisa-ação estratégica norteou a investigação. Para a adequação do material apresentado aos alunos nos planos elaborados, foram considerados seu perfil e sua estrutura cognitiva. Para coleta de dados da pesquisa foram feitas gravações em áudio das principais etapas, diários de bordo, fotografias, atividades experimentais, entrevistas, mapas conceituais prévios e finais, assim como as tarefas de avaliação executadas a cada final de aula. As evidências apresentadas durante a aplicação da proposta didática permitem dizer que os aspectos: contextualização da aprendizagem, motivação, acompanhamento dos alunos e um novo olhar do docente diante de sua prática, contribuem para a promoção de aprendizagens significativas dos alunos. / The planning and development of teaching practice have significant impact on student learning. This paper explores this impact through a didactic proposal for students of middle level technical courses in electrical circuits teaching. The proposal is structured with nine teaching plans and learning, shared through a series of nine videos, based on Meaningful Learning Theory of David Ausubel and Constructive Alignment teaching model of John Biggs. The strategic action research guided the investigation. For the suitability of the material presented to students in elaborate plans were considered its profile and cognitive structure. To collect research data were made audio recordings of the main stages, logbooks, photographs, experimental activities, interviews, previous conceptual maps and final, as well as the evaluation of the tasks performed at the end of each class. Evidence presented during the application of didactic proposal allow to say that aspects: contextualization of learning, motivation, student monitoring and a new look of the teacher in front of his practice; contribute to the promotion of meaningful learning of students.

Este trabalho apresenta a análise de uma fonte de alimentação monofásica, de estágio único, baseada no conversor SEPIC isolado com interruptores no lado CA. O conversor SEPIC com interruptores no lado CA traz algumas vantagens em relação à topologia convencional, por haver um número menor de semicondutores no caminho da corrente em um período de comutação. Logo, espera-se um acréscimo no rendimento geral. A corrente de entrada é aproximadamente senoidal sem o uso de uma malha de controle de corrente, pelo fato de este conversor operar no Modo de condução descontínuo. Como desvantagens, destaca-se uma restrição na escolha da relação de transformação, a qual implica em valores máximos de corrente no secundário elevados quando o conversor opera como abaixador de tensão. A análise teórica, a metodologia de projeto e os resultados experimentais são apresentados para um conversor de 300W. O conversor foi projetado para uma tensão de entrada de 127V, uma tensão de saída de 200V e a frequência de comutação de 50kHz. / This work presents the analysis of a single-phase single-stage switched-mode power supply based on a SEPIC converter with AC-side switches. The SEPIC converter with AC-side switches has the benefit of having fewer semiconductors in conduction during a switching period when compared with the traditional topology. Thus, the overall efficiency is expected to increase. The input current is nearly sinusoidal without the use of a current loop control since the converter is operating in discontinuous conduction mode. A system disadvantage is related to the constraint in the choice of transformer turns, which leads to high current values in the secondary-side for lower output voltage specifications. The theoretical analysis, a design methodology and experimental results from a 300 W converter are presented. The converter was designed for a 127 V of input voltage, 200 V output voltage and switching frequency 50 kHz.

CAPES / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um conversor elevador de tensão, com possibilidade de maior ganho que o conversor boost convencional, para aplicações em condições similares e de maior potência. Apresentam-se os principais conceitos envolvendo o conversor boost e duas de suas variações: o conversor boost de três níveis e o conversor boost intercalado com duas células conversoras. São detalhadas as formas construtivas, as etapas de funcionamento, o equacionamento e os principais pontos positivos de cada conversor, de modo a se verificar os possíveis empregos na construção de um protótipo que une as suas principais vantagens. Na apresentação deste conversor são abordadas as etapas de funcionamento, o equacionamento que rege o seu projeto, as simulações obtidas através de software (PSIM), um comparativo entre os modelos de conversor boost estudados e os resultados experimentais obtidos. / This paper presents the development of a boost converter with the possibility of higher gain than the conventional boost converter for applications under similar conditions and increased power. Presents the main concepts involving the boost converter and two variations: the boost converter of three levels and the boost converter interspersed with two converter cells. The breakdown mounting positions, the operating steps, the addressing and the main strengths of each converter in order to check for possible uses in the construction of a prototype joining their main advantages. In the presentation of this converter addresses the operating steps, the equation governing its design, the simulations obtained through software (PSIM), a comparison between the boost converter models studied and the experimental results.

Este trabalho apresenta a análise de uma fonte de alimentação monofásica, de estágio único, baseada no conversor SEPIC isolado com interruptores no lado CA. O conversor SEPIC com interruptores no lado CA traz algumas vantagens em relação à topologia convencional, por haver um número menor de semicondutores no caminho da corrente em um período de comutação. Logo, espera-se um acréscimo no rendimento geral. A corrente de entrada é aproximadamente senoidal sem o uso de uma malha de controle de corrente, pelo fato de este conversor operar no Modo de condução descontínuo. Como desvantagens, destaca-se uma restrição na escolha da relação de transformação, a qual implica em valores máximos de corrente no secundário elevados quando o conversor opera como abaixador de tensão. A análise teórica, a metodologia de projeto e os resultados experimentais são apresentados para um conversor de 300W. O conversor foi projetado para uma tensão de entrada de 127V, uma tensão de saída de 200V e a frequência de comutação de 50kHz. / This work presents the analysis of a single-phase single-stage switched-mode power supply based on a SEPIC converter with AC-side switches. The SEPIC converter with AC-side switches has the benefit of having fewer semiconductors in conduction during a switching period when compared with the traditional topology. Thus, the overall efficiency is expected to increase. The input current is nearly sinusoidal without the use of a current loop control since the converter is operating in discontinuous conduction mode. A system disadvantage is related to the constraint in the choice of transformer turns, which leads to high current values in the secondary-side for lower output voltage specifications. The theoretical analysis, a design methodology and experimental results from a 300 W converter are presented. The converter was designed for a 127 V of input voltage, 200 V output voltage and switching frequency 50 kHz.

CAPES / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um conversor elevador de tensão, com possibilidade de maior ganho que o conversor boost convencional, para aplicações em condições similares e de maior potência. Apresentam-se os principais conceitos envolvendo o conversor boost e duas de suas variações: o conversor boost de três níveis e o conversor boost intercalado com duas células conversoras. São detalhadas as formas construtivas, as etapas de funcionamento, o equacionamento e os principais pontos positivos de cada conversor, de modo a se verificar os possíveis empregos na construção de um protótipo que une as suas principais vantagens. Na apresentação deste conversor são abordadas as etapas de funcionamento, o equacionamento que rege o seu projeto, as simulações obtidas através de software (PSIM), um comparativo entre os modelos de conversor boost estudados e os resultados experimentais obtidos. / This paper presents the development of a boost converter with the possibility of higher gain than the conventional boost converter for applications under similar conditions and increased power. Presents the main concepts involving the boost converter and two variations: the boost converter of three levels and the boost converter interspersed with two converter cells. The breakdown mounting positions, the operating steps, the addressing and the main strengths of each converter in order to check for possible uses in the construction of a prototype joining their main advantages. In the presentation of this converter addresses the operating steps, the equation governing its design, the simulations obtained through software (PSIM), a comparison between the boost converter models studied and the experimental results.