Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This Ph. D. dissertation presents contributions to the investigation of soft-switching cells with integrated components, presenting three main approaches: (i) Soft-switching cells with filter coupled inductor; (ii) Integrated soft-switching cells of the ZVT type for multipole systems; and (iii) Integrated soft-switching cells for several soft-switching techniques for multipole systems. Firstly it is presented a generic diagram for softswitching inverters with coupled filter inductor. From the generic diagram the turn-on snubber, ZVT and ZCZVT inverters topologies are derived. It is based on an auxiliary loop, which presents an inductor coupled to the filter inductor. The magnetic coupling allows annulling the current through the main switches during the switching transitions and, as a result, reducing the commutation losses. The basic differences among the techniques obtained by this method are the way of implementing the auxiliary switches and the time instants when these switches are triggered. The topological variations are a result of the choice of the voltage applied through the auxiliary loop by its connection to the inverter topology. Analytical expressions for the derived topologies are obtained aiming to evaluate the operation conditions, as well the main features of each topology. It is proposed a design procedure for each derived topology and the operation principles of each topology are verified by means of experimental and simulation results. Then the integrated softswitching cells of the ZVT type for multipole systems are studied. The synthesis methodology presented is based on generating every topological possibility of symmetrical auxiliary cells. The redundant cells are removed from the set of generated topologies resulting in only four diagrams, which are used to derive the integrated ZVT converters already known in the literature, as well several yet unpublished. The synthesis methodology is applied on an interruptible power supply system, which is experimentally evaluated. Finally it is proposed a generalized methodology to obtain integrated auxiliary commutation cells from several soft-switching techniques concerning multipole systems. The integration possibilities among the models obtained for the chosen soft-switching techniques are investigated, resulting in integrated models. The practical implementation of the resulting models is studied originating integrated topologies for multipole systems. The poles of the system can present the same soft-switching technique or different ones. Experimental results are presented in order to validate the concepts proposed herein. / Esta tese de doutorado apresenta contribuições ao estudo de células de comutação suave com componentes integrados, apresentando três abordagens principais: (i) Células de comutação suave com indutor de filtro acoplado; (ii) Células de comutação suave integradas do tipo ZVT para sistemas multi-pólos; e (iii) Células de comutação suave integradas considerando-se diversas técnicas de comutação para sistemas multi-pólos. Inicialmente é apresentado um diagrama genérico para os conversores com comutação suave e indutor de filtro acoplado. A partir do diagrama genérico são derivadas topologias de inversores snubber de turn-on, ZVT e ZCZVT. Este diagrama genérico é baseado em uma malha auxiliar que apresenta um indutor acoplado ao indutor de filtro. O acoplamento magnético permite fazer com que a corrente através das chaves principais se anule durante as transições de comutação e, como resultado, ocorre a redução das perdas de comutação. A diferença básica entre as técnicas obtidas através deste método é o modo escolhido para implementar as chaves auxiliares e os instantes de acionamento das mesmas. As variações entre as topologias ocorrem em função da escolha da tensão aplicada à malha auxiliar. São obtidas expressões para as topologias derivadas no intuito de avaliar as condições de operação, bem como algumas de suas características. É proposto um procedimento de projeto e verificado o princípio de funcionamento destes inversores através de resultados experimentais e de simulação. A seguir são estudadas as células de comutação suave do tipo ZVT compartilhadas por sistemas que possuem múltiplos pólos. Esta metodologia de síntese é baseada na geração de todas as possibilidades de configurações para as células auxiliares simétricas. A partir disto, as configurações redundantes são eliminadas chegando-se a quatro diagramas capazes de gerar os conversores ZVT integrados presentes na literatura, bem como alguns ainda inéditos. A metodologia de síntese é aplicada para um sistema de fornecimento ininterrupto de energia, sendo que alguns resultados experimentais são apresentados. Finalmente é proposta uma metodologia generalizada para integrar as células auxiliares de diversas técnicas de comutação suave para conversores com múltiplos pólos. Partindo-se da obtenção de modelos para algumas das técnicas de comutação suave, procura-se verificar todas as possibilidades de combinação entre os modelos inicialmente obtidos, gerando-se modelos integrados e a partir disto, obtendo-se topologias integradas tanto para pólos que comutam auxiliados pela mesma técnica de comutação, como para pólos auxiliados por técnicas distintas. São apresentados resultados experimentais comprovando a viabilidade dos conceitos propostos.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-12-01T23:34:01Z No. of bitstreams: 1 SergioRobertoDantas_DISSERT.pdf: 1439747 bytes, checksum: d876ed77a5433b952a46ba0482101886 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-12-05T21:54:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 SergioRobertoDantas_DISSERT.pdf: 1439747 bytes, checksum: d876ed77a5433b952a46ba0482101886 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-05T21:54:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SergioRobertoDantas_DISSERT.pdf: 1439747 bytes, checksum: d876ed77a5433b952a46ba0482101886 (MD5) Previous issue date: 2017-09-06 / Frequentemente, as superf?cies seletivas em frequ?ncias t?m recebido grande aten??o por parte de pesquisadores em todo o mundo, devido a suas caracter?sticas de filtragem. Essas estruturas evolu?ram em termos de fabrica??o. Assim, as geometrias utilizadas, inicialmente, eram fios em forma de grade e, posteriormente, diversos tipos de novas geometrias tais como: elementos retangulares, quadrados, circulares, an?is, espiras quadradas etc., foram utilizadas. Recentemente, elementos fractais e, mais recentemente, multifractais foram empregados. O emprego dessas geometrias ? feito com o objetivo de se obter uma resposta em frequ?ncia espec?fica. Par?metros importantes, como largura de banda e frequ?ncia de resson?ncia s?o atendidos a partir do emprego de uma determinada geometria. Neste trabalho ? proposta uma geometria multifractal com dupla similaridade, que tem como caracter?stica principal baixa sensibilidade ? varia??o da periodicidade com rela??o ? frequ?ncia de resson?ncia. Essa especificidade trar? ganho no que diz respeito ? elabora??o do projeto, pois o controle da largura de banda ? feito apenas com a altera??o da periodicidade. Diversas simula??es foram implementadas no Ansoft Designer e para efeito de comprova??o, estruturas tradicionais foram simuladas, visando ? demonstra??o do efeito da periodicidade na frequ?ncia de resson?ncia e, em seguida, dois prot?tipos foram constru?dos e feitas medi??es para validar experimentalmente as simula??es. / Often, frequency selective surfaces have received wide attention from researchers around the world because of their filtering characteristics. These structures evolved in terms of manufacturing. Thus, the geometries used, initially, were yarns in the form of a grid and later, several types of new geometries such as: rectangular, square, circular, rings, square, etc., were used. Recently, fractals and, more recently, multifractal elements have been employed. The use of these geometries is done in order to obtain a specific frequency response. Important parameters such as bandwidth and resonant frequency are met from the use of a given geometry. In this work a multifractal geometry with double similarity is proposed, which has as main characteristic low sensitivity to the variation of the periodicity with respect to the resonance frequency. This specificity will bring gain with regard to the elaboration of the project, because the control of the bandwidth is made only with the change of periodicity. Several simulations were implemented in Ansoft Designer and for the purpose of proving, traditional structures were simulated, aiming at demonstrating the effect of periodicity on the resonance frequency, and then two prototypes were constructed and measurements were taken to experimentally validate the simulations.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-12-12T18:05:10Z No. of bitstreams: 1 AdjairFerreiraBarrosFilho_TESE.pdf: 9926886 bytes, checksum: 1d2dea348ca690f1fa1fc74730374929 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-12-13T19:41:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AdjairFerreiraBarrosFilho_TESE.pdf: 9926886 bytes, checksum: 1d2dea348ca690f1fa1fc74730374929 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-13T19:41:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AdjairFerreiraBarrosFilho_TESE.pdf: 9926886 bytes, checksum: 1d2dea348ca690f1fa1fc74730374929 (MD5) Previous issue date: 2017-10-09 / Esta tese tem como objetivo o estudo e a constru??o de um prot?tipo de motor de indu??o trif?sico de pequenas dimens?es (28,6 mm de di?metro externo e 15 mm de altura), com o rotor externo do tipo gaiola de esquilo sendo utilizado como motor-mancal. Esse estudo iniciou utilizando um motor Brushless convencional e que foi adaptado para funcionar como motor de indu??o com rotor externo. O motor de indu??o sem mancais utiliza a configura??o de bobinado dividido para conseguir o posicionamento radial. Foram realizados estudos de simula??es utilizando o M?todo dos Elementos Finitos ? FEM mostrando efetivamente que ? poss?vel controlar a posi??o radial para manter o rotor girando. Foi constru?do e testado um primeiro prot?tipo com sucesso, para uma pot?ncia de 100 W mostrando um bom potencial para aplica??es nesta faixa de pot?ncia e tamanho, como os aplicados em sistemas de cora??o artificial. O sistema de controle foi implementado utilizando o Processador Digital de Sinais ? DSP TMS 320F28335. / This thesis aims the study and construction of a prototype of a small three-phase induction motor (28.6 mm outside diameter and 15 mm height), with the external squirrel cage-type rotor being used as a Bearingless motor. This study started using a conventional Brushless motor and was adapted to function as an external rotor induction motor. The bearingless induction motor uses the split winding configuration to achieve radial positioning. Simulation studies were performed by using the Finite Element Method (FEM), effectively showing that it is possible to control the radial position to keep the rotor spinning. A first prototype was successfully built and tested for a power of 100 W showing good potential for applications in this power range and size, such as those applied in artificial heart systems. The control system was implemented using the Digital Signal Processor - DSP TMS 320F28335.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-01-15T21:33:32Z No. of bitstreams: 1 AmandaLucenaGermano_DISSERT.pdf: 7217536 bytes, checksum: 25a20d10202bb0af3f3b8e89539d2fbb (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-01-17T12:52:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AmandaLucenaGermano_DISSERT.pdf: 7217536 bytes, checksum: 25a20d10202bb0af3f3b8e89539d2fbb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-17T12:52:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AmandaLucenaGermano_DISSERT.pdf: 7217536 bytes, checksum: 25a20d10202bb0af3f3b8e89539d2fbb (MD5) Previous issue date: 2017-07-31 / Com a necessidade do aumento da qualidade dos produtos e do desempenho dos processos, o grau de automa??o cresceu bastante nas ind?strias. Com isso, os sistemas est?o cada vez mais complexos e v?m acompanhados por problemas dif?ceis de resolver devido ? alta dimensionalidade desses sistemas e do grande volume do fluxo de informa??es necess?rias, al?m da aleatoriedade de falhas e defeitos. Uma falha inesperada pode levar a riscos operacionais, por isso a import?ncia de detectar e localizar a falha, principalmente quando a planta industrial ainda est? operando em uma regi?o control?vel e ? poss?vel agir para trazer o processo de volta para o estado normal, seguro e operacional. Assim, ? desej?vel que o sistema de detec??o de falhas forne?a respostas r?pidas e confi?veis com um esfor?o computacional adequado para processamento em tempo real, mesmo necessitando tratar com grandes quantidades de dados. Para trabalhar com grandes quantidades de dados em tempo real, surgiu o modelo de fluxo de dados, que consiste de uma sequ?ncia ordenada de pontos que s? podem ser lidos apenas uma ou algumas poucas vezes. Essa ?rea cresceu bastante nos ?ltimos anos, principalmente devido a grande quantidade de sistemas que precisavam tratar com dados desse tipo, que incluem desde dados do mercado financeiro, registros telef?nicos, transa??es web a dados m?dicos, redes de sensores ou mesmo dados multim?dia. Diante da relev?ncia do tema de detec??o de falhas, nessa tese foram utilizados o TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics), o RDE (Recursive Density Estimation) e o R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) como ferramentas para detec??o de falhas em processos industriais. Para a an?lise do desempenho de cada uma dessas abordagens foi utilizado o cl?ssico benchmark Tennessee Eastman Process. / In order to increase product quality and process performance, the degree of automation has grown significantly in industries. As a result, systems are increasingly complex and are accompanied by problems that are difficult to solve due to the high dimensionality of these systems and the large amount of information flow, as well as the randomness of faults and defects. An unexpected failure can lead to operational risks, so the importance of detecting and locating the fault, especially when the industrial plant is still operating in a controllable region and it is possible to act to bring the process back to normal, safe and operational. Thus, it is desirable for the fault detection system to provide fast and reliable responses with a computational effort appropriate for real-time processing, even though it requires handling large amounts of data. In this context, data stream-oriented algorithms to outlier detection may be promising candidates for fault detection of industrial process, because they work with sequences of temporarily ordered samples. In addition, they handle well with large amount of data because they are recursive and online algorithms that do not need to store past samples. Thus, in this dissertation two algorithms of this class are analyzed, named TEDA (Typicality and Eccentricity Data Analytics) and RDE (Recursive Density Estimation), when applied to fault detection of industrial processes. Their performances are compared to R-PCA (Recursive Principal Component Analysis) algorithm. The classic Tennessee Eastman Process benchmark was used as case study to evaluate these algorithms.

This dissertation presents a comparative study about the performance of silicon (Si) and gallium nitride (GaN) semiconductors in drivers for light emitting diodes. Hereby, it is expected to provide the theoretical background required for the development of future works using this new technology. Theoretical aspects related to the materials used in the manufacture of semiconductors and their implications in the final product, as well as the characteristics and peculiarities of GaN semiconductors are presented. The experimental development consisted of two case studies, each focused on a distinct topology with different types of GaN semiconductors. First, a comparison of Si and enhancement mode GaN transistors was carried out in a family of synchronous buck converters. Ten 48 V to 28.3 V and 22.6 W converters were designed with the same parameters, at five different switching frequencies, ranging from 100 kHz to 1 MHz. Efficiency and temperatures were measured in four different scenarios: with and without an external diode in parallel with the low-side switch and with two different dead-time values, 25 ns and 50 ns. Converters with GaN transistors showed higher efficiency and lower temperatures in all cases, with a maximum efficiency of 96.8% and a minimum of 94.5%. In addition, Si-based converters exhibited greater performance degradation as the switching frequency and dead time increased. In the second study, nine 75 W off-line integrated double buck-boost converters were developed and evaluated. Two different Si technologies were compared with a cascode GaN transistor at three switching frequencies, ranging from 50 to 150 kHz. Again, the efficiency and temperatures of the prototypes were measured. The converters with GaN demonstrated superior performance in all cases, yielding about 5% gain in efficiency over the worst tested Si semiconductor. In both cases, the converters’ loss distribution was presented based on simulation results. It was concluded that the gallium nitride transistors have the potential to replace silicon technology mainly due to its superior performance and requirement of small, or no change, in the original circuit. / A presente dissertação apresenta um estudo comparativo do desempenho de semicondutores de silício (Si) e nitreto de gálio (GaN) em circuitos utilizados na alimentação de diodos emissores de luz. Por meio deste, procura-se fornecer o embasamento teórico necessário para o desenvolvimento de trabalhos futuros utilizando esta nova tecnologia. São apresentados, inicialmente, aspectos teóricos relacionados aos materiais utilizados na fabricação de semicondutores e suas implicações no produto final, além das características e peculiaridades dos semicondutores GaN. O desenvolvimento experimental consistiu de dois estudos de caso, cada um focado em uma topologia distinta com tipos de semicondutores GaN diferentes. Primeiramente, realizou-se um comparativo de transistores Si e GaN do tipo intensificação em uma família de conversores buck síncronos. Dez conversores 48 V para 28,3 V e 22,6 W foram projetados, com os mesmos parâmetros, em cinco diferentes frequências de comutação, variando de 100 kHz a 1 MHz. Eficiência e temperaturas foram medidas em quatro diferentes cenários: com e sem um diodo externo em paralelo com o interruptor de roda-livre e com dois valores diferentes de tempo morto, 25 ns e 50 ns. Os conversores com transistores GaN apresentaram maior eficiência e menores temperaturas em todos os casos, com uma eficiência máxima de 96,8% e uma mínima de 94,5%. Além disso, os conversores com Si exibiram uma maior degradação de desempenho à medida que a frequência de comutação e o tempo morto aumentam. No segundo estudo, nove conversores duplo buck-boost integrados de 75 W com alimentação a partir da rede elétrica foram desenvolvidos e avaliados. Compararam-se duas tecnologias distintas de interruptores de Si com um transistor GaN do tipo cascode, em três frequências de comutação, variando de 50 a 150 kHz. Novamente, mediu-se a eficiência e temperaturas dos protótipos. Os conversores com GaN demonstraram desempenho superior em todos os casos, com um ganho de cerca de 5% no rendimento em relação ao pior semicondutor Si testado. Em ambos os estudos de caso, a distribuição de perdas dos conversores foi apresentada com base em resultados de simulação. Concluiu-se que os transistores de nitreto de gálio têm potencial para substituir a tecnologia de silício utilizada atualmente devido, principalmente, a seu desempenho superior e exigência de pouca, ou nenhuma, mudança no circuito original.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-08-01T21:25:53Z No. of bitstreams: 1 RafaelFerreiraAlvesDeAssis_DISSERT.pdf: 1789458 bytes, checksum: 1eaa6378698a020ce14b0b447f1cb5af (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-08-03T00:15:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 RafaelFerreiraAlvesDeAssis_DISSERT.pdf: 1789458 bytes, checksum: 1eaa6378698a020ce14b0b447f1cb5af (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-03T00:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RafaelFerreiraAlvesDeAssis_DISSERT.pdf: 1789458 bytes, checksum: 1eaa6378698a020ce14b0b447f1cb5af (MD5) Previous issue date: 2018-06-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A medição de vazão volumétrica ou velocidade de escoamento de um fluido em regime laminar ou turbulento encontra várias aplicações na engenharia. Assim, pesquisas científicas para o desenvolvimento de arquiteturas e técnicas de medição para essas grandezas são de grande relevância e se encontram em constante expansão. Dentre as arquiteturas existentes para aplicações anemométricas em um regime de escoamento indistinto, a térmica denota diversas vantagens como excelente largura de banda, resolução espacial e baixo custo. Essa é formada basicamente por um termistor conectado em um dos braços de uma ponte de Whetstone modificada. Embora detenha simples configuração, ela possui algumas limitações impostas pela relação não linear entre a temperatura e a grandeza aplicada ao sensor. Além disso, contribuem como limitantes não idealidades do amplificador operacional que compõe a arquitetura. Diante disso, propõem-se o projeto e a implementação de uma arquitetura de anemômetro térmico com linearização por realimentação de tensão, empregando um sensor termorresistivo do tipo NTC. Essa técnica permite obter uma relação linear entre a temperatura e a grandeza utilizada como entrada. Promovem-se também comparações entre o clássico anemômetro e o preconizado neste trabalho. A validação da arquitetura proposta é conduzida através de simulações, bem como comparação experimental com a clássica e um instrumento comercial. / The velocity or volumetric flow measurement of laminar or turbulent flow flows meet various engineering applications. Thus, scientific research for the development of architectures and measurement techniques for these magnitudes is of great relevance and is constantly expanding. Among the existing architectures for anemometric applications in an indistinct flow regime, thermal denotes several advantages such as large bandwidth, spatial resolution and low cost. This is basically a thermistor connected to one of the arms of a modified Whetstone bridge. Although it has a simple configuration, it has some limitations imposed by the non-linear relation between the temperature and the signal applied to the sensor. In addition, it contributes as a limitation the physical parameters of the operational amplifier that composes the architecture. Therefore, it is proposed the design and implementation of a thermal anemometer architecture with voltage feedback linearization, using a thermoresistive sensor of the NTC type. This technique allows to obtain a linear relation between the temperature and the quantity used as input. Comparisons between the classic anemometer and the one advocated in this work are also promoted. The validation of the proposed architecture is conducted through simulations, as well as experimental comparison with classic and commercial instrument.

This thesis presents the main concepts and configurations used in wind turbine connected to the grid, as well as, an analysis, design and implementation of the control system for the Doubly Fed Induction Generator (DFIG). The DFIG has been selected since it is the concept frequently adopted by the wind turbine manufactures. In the thesis, it is presented a model of the DFIG in stator flux reference frame that is normally used in DFIG. The main reason for use the stator flux reference frame is that in this referential is possible to control the active and reactive power of the stator circuit independently. However, the main limitation related with the DFIG vector control is the poor damping oscillation of the stator flux. Aiming to study this problem, the impact of the bandwidth of the rotor currents control loop in the stator flux oscillation mode that appears near the voltage grid frequency, is investigated. It is demonstrated that when Rs approaches of the zero, these oscillations can not be controlled by the rotor converter. The proposed controller has an internal current control loop and an external power control loop. As the controllers are usually implemented in a digital signal processor (DSP), a redesign in discrete time to compute the control action with anti-windup is given. Finally, experimental results to validate the controllers design using a 2 kW DFIG and IGBT PWM converter, controlled by the DSP TMS320F241, are presented. / O presente trabalho apresenta os principais conceitos e configurações utilizadas em turbinas eólicas conectadas a rede elétrica, bem como a analise, o projeto e a implementação do sistema de controle para o gerador de indução com dupla alimentação (GIDA), visto que, este é o conceito mais utilizado pela indústria de turbinas eólicas. Inicialmente, é apresentado o modelo do GIDA em eixos síncronos qd no referencial do fluxo estatórico, que é, normalmente, utilizado para o projeto dos controladores do GIDA, pois neste referencial é possível controlar independentemente a potência ativa e reativa da turbina eólica. Entretanto, um problema comum associado ao controlador vetorial do GIDA são as oscilações pouco amortecidas do fluxo estatórico. Com o intuito de estudar este problema, é apresentada uma análise do impacto da banda passante dos controladores de corrente, nos modos oscilações do fluxo estatórico, que surgem próximos à freqüência da rede elétrica. Essas oscilações aparecem na parte não controlada da GIDA, resultante do acoplamento direto do circuito estatórico com a rede elétrica. O controlador proposto baseia-se num laço interno de corrente e um laço externo de potências ativa e reativa. Como os controladores são implementados em DSP, também, são apresentados os projeto dos controladores em tempo discreto com limitação da ação integral. Finalmente, são apresentados resultados experimentais utilizando um GIDA de 2 kW e um inversor PWM, controlado através do DSP TMS320F241.

The main concern of this dissertation is the establishment of experimental bases for the project, automation, and installation of a micro-power plant for electric power generation based on PEM fuel cell stacks (BCS Technology). The plant operates automatically, and its control is accomplished by a microcontroller acting directly in the temperature, in the humidity of the membrane, in the amount of reaction air, in the monitoring of the individual voltage of each cell and in the attempt of recovery of a possibly problematic cell. For control operation special auxiliary mechanisms are necessary to avoid dangerous conditions to the stack. The making of the prototype is of low cost and easily found items in national market access have been intended. Special controlled atmospheres were also designed and built to shelter the stack and obtain safety operation when the stack is on. Therefore, the work tries to find the theoretical and experimental bases for a static power plant implementation based on fuel cell systems. / O tema principal desta dissertação é o estabelecimento de bases experimentais para o projeto, automação e a instalação de uma microcentral de geração de energia elétrica com pilhas de células de combustível do tipo PEM (BCS Technology). Esta central deve operar automaticamente, comandada por microcontrolador que atua diretamente na temperatura, na umidade da membrana, na quantidade de ar de reação, no monitoramento da tensão individual de cada célula e na tentativa da recuperação de células problemáticas. Para que este controle atue são necessários mecanismos auxiliares especiais de forma a não causarem danos às células. Na confecção do protótipo procurou-se especificar dispositivos de baixo custo e de fácil disponibilidade no mercado nacional. Locais especiais também foram projetados e construídos para abrigar a pilha quando em operação de forma a garantir o máximo de segurança. Portanto, este trabalho busca fornecer bases teóricas e experimentais para a implementação de uma central estacionária de geração com pilhas de células de combustível.

This work presents a novel recloser-fuse coordination protection for distributed generation systems based on the use of RMS current comparators. In real-time, these comparators are responsible for analyzing current magnitude in upstream and downstream network directions; identify faults; and assess the recloser-fuse coordination status based on critical margins identified by the protection system. Once a miscoordination is detected, some distributed generation units are strategically disconnected from the distribution network by gate turn-off thyristors. As a result of this action, short-circuit current is reduced to a satisfactory level, restoring the coordination between recloser and fuses in the grid. The proposed protection system has been implemented in a 12.47-kV grid and simulations have been carried out in ATP/EMTP. The main contributions in this work are the results obtained mainly throughout testing fault circumstances and operational conditions. Besides, this work proposes a protection methodology in the perspective of a national standardized regulation. Significantly, the approach contributes to the adequacy and modernization of distribution systems with considerable tendency of distributed generation insertion. / Neste trabalho, apresenta-se um sistema de proteção que preserva a coordenação e a seletividade entre religadores e elos fusíveis de sistemas de distribuição na presença de geração distribuída. A ideia principal desse sistema concentra-se no uso de comparadores de corrente RMS. Em tempo real, esses comparadores são responsáveis por analisar as correntes supridas pela geração distribuída, identificar faltas e constatar a perda da coordenação e da seletividade entre religadores e elos fusíveis do sistema elétrico de distribuição. Uma vez detectado o problema, somente os geradores causadores são automaticamente desconectados temporariamente através de tiristores comutáveis pelo gatilho. Aplica-se esse sistema em uma rede elétrica de distribuição desenvolvida no ATP/EMTP. Os resultados obtidos são analisados e discutidos através de um estudo de caso. Além disso, a partir dos resultados, desenvolve-se uma metodologia de proteção de modo a colaborar com a padronização e normatização dos procedimentos de acesso à rede elétrica nacional. Dessa maneira, propõem-se mudanças nos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST). Significativamente, o sistema e a metodologia de proteção propostos contribuem na adequação dos atuais sistemas de distribuição com forte tendência de inserção de geração distribuída.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation presents the development of a system for converting the mechanical energy from vibrations into electrical energy. The conversion is performed in a low-cost piezoelectric transducer, commonly known as buzzer. The main purpose of this system is to charge, or to extend the time between charges, of chargeable batteries up to 2V. In order to control the charging process, an integrated energy processor was also designed. Processor design is presented from its specification, followed by circuit topology definition, electric simulation, layout, extraction of circuit from layout and a final simulation including layout effects. The main contribution of the investigation is to show how much energy could be obtained from vibrations with a low-cost transducer, comparing its performance to full custom generators. The final system implementation is very simple, composed by a generator (a buzzer with a steel ball glued onto its center) and an integrated circuit that controls the charge delivered to the battery, sensing the voltage across its terminals. An efficiency of 55% is expected, being comparable to results published by other researchers. / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um sistema para converter energia mecânica de vibrações em energia elétrica. A conversão é realizada através de um transdutor de baixo custo comumente chamado de buzzer. O principal objetivo deste sistema é carregar ou estender o tempo entre cargas de baterias recarregáveis de até 2 V. Para o controle do processo de carga, um processador de energia integrado também foi desenvolvido. O projeto do processador de energia é apresentado segundo especificações como definição de topologia, simulação elétrica, layout, extração elétrica do circuito através do layout e a simulação final incluindo os efeitos do layout. A principal contribuição desta dissertação é mostrar como muita energia poderia ser obtida de vibrações com um transdutor de baixo custo, comparando sua performance a outros microgeradores. O sistema final implementado é muito simples, composto por um microgerador (buzzer com uma esfera de aço colada no centro) e um circuito integrado que controla a carga da bateria, através da monitoração da tensão da mesma. Uma eficiência de 55% é esperada, sendo comparável com os resultados obtidos por outros pesquisadores.