O trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia denominada modelo de núcleo reduzido, aplicada para avaliar o desempenho de máquinas elétricas no que tange a geometria e materiais empregados na fabricação do núcleo completo. Para fins de validação da metodologia utiliza-se um Atuador Planar de Indução Trifásico com dois graus de liberdade, comparando os resultados numéricos e experimentais. Através desta metodologia, pode-se realizar a análise dos fenômenos eletromagnéticos ocorridos no núcleo completo por meio da avaliação de seu modelo reduzido, composto neste caso por 33% do núcleo completo empregado no Atuador Planar de Indução Trifásico. A comprovação da metodologia do modelo de núcleo reduzido ocorreu através da fabricação de uma bancada de testes, composta por uma célula de carga para realizar aquisição da força de propulsão planar, interface de potência e os núcleos reduzidos com seguintes materiais ferromagnéticos: compósitos SMC 1P Somaloy 500®, Ferro resinado e Aço ABNT 1020. Com auxilio da estrutura de testes, validou-se o modelo numérico dos três núcleos reduzidos quanto a força de propulsão planar. Na análise dos dados experimentais e numéricos, o material Ferro resinado apresentou a diferença 14% referente a força de propulsão planar, sendo a maior diferença entre os materiais estudados. Com a convergência dos resultados experimental e numéricos, realiza-se a comparação numérica entre os núcleos reduzidos e completos utilizando-se os três materiais ferromagnéticos. A análise numérica do núcleo reduzido com o material SMC 1P Somaloy 500® apresentou o fator de relação médio da força de propulsão planar de 2,65 em relação ao núcleo completo. O núcleo completo com Aço ABNT 1020 resultou no consumo médio de 56,7Watts para gerar a força de propulsão planar de 1 Newton. Dessa forma, proporciona-se uma ferramenta de maior rapidez para fabricação e avaliação do desempenho de materiais ferromagnéticos utilizados no núcleo completo da máquina elétrica. / This paper presents the development of a methodology denominated low core model applied to evaluate the performance of electrical machines with respect to geometry and materials used in manufacturing of the complete core. For validation purposes of the methodology is used a Planar Three-phase Induction Actuator with two degrees of freedom, comparing the experimental and numerical results. Through this methodology, it is possible to perform the analysis of electromagnetic phenomena occurring in the complete core based evaluation of the reduced model, made in this case with 33% of the full core employed in the Planar Three-phase Induction Actuator. The verification of the reduced core model methodology occurred through the manufacture of a testing bench, which is composed of a load cell to realize the acquisition of the planar propulsion force, potency interface and reduced cores with the following ferromagnetic materials: SMC 1P Somaloy 500® composites, resinated Iron and Steel ABNT 1020. With the help of the test structure, it was validated the numerical model of the three reduced cores regarding to the planar propulsion force. In the analysis of experimental and numerical data, the resinated Iron material showed a 14% difference concerning the strength of the planar propulsion, which is the biggest difference between the materials studied. With the convergence of the experimental and numerical results, a numerical comparison is performed between the reduced and complete cores using the three ferromagnetic materials. The numerical analysis of the reduced core with the SMC 1P Somaloy 500® material showed the average ratio of the planar factor propulsive force of 2.65 when compared with the complete core. The complete core with ABNT 1020 Steel resulted in an average consumption of 56.7 Watts to generate a planar propulsive force of 1 Newton. Thus, it is provided a faster tool for manufacturing and evaluation of ferromagnetic materials performance used in the complete core of the electric machine.

O trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia denominada modelo de núcleo reduzido, aplicada para avaliar o desempenho de máquinas elétricas no que tange a geometria e materiais empregados na fabricação do núcleo completo. Para fins de validação da metodologia utiliza-se um Atuador Planar de Indução Trifásico com dois graus de liberdade, comparando os resultados numéricos e experimentais. Através desta metodologia, pode-se realizar a análise dos fenômenos eletromagnéticos ocorridos no núcleo completo por meio da avaliação de seu modelo reduzido, composto neste caso por 33% do núcleo completo empregado no Atuador Planar de Indução Trifásico. A comprovação da metodologia do modelo de núcleo reduzido ocorreu através da fabricação de uma bancada de testes, composta por uma célula de carga para realizar aquisição da força de propulsão planar, interface de potência e os núcleos reduzidos com seguintes materiais ferromagnéticos: compósitos SMC 1P Somaloy 500®, Ferro resinado e Aço ABNT 1020. Com auxilio da estrutura de testes, validou-se o modelo numérico dos três núcleos reduzidos quanto a força de propulsão planar. Na análise dos dados experimentais e numéricos, o material Ferro resinado apresentou a diferença 14% referente a força de propulsão planar, sendo a maior diferença entre os materiais estudados. Com a convergência dos resultados experimental e numéricos, realiza-se a comparação numérica entre os núcleos reduzidos e completos utilizando-se os três materiais ferromagnéticos. A análise numérica do núcleo reduzido com o material SMC 1P Somaloy 500® apresentou o fator de relação médio da força de propulsão planar de 2,65 em relação ao núcleo completo. O núcleo completo com Aço ABNT 1020 resultou no consumo médio de 56,7Watts para gerar a força de propulsão planar de 1 Newton. Dessa forma, proporciona-se uma ferramenta de maior rapidez para fabricação e avaliação do desempenho de materiais ferromagnéticos utilizados no núcleo completo da máquina elétrica. / This paper presents the development of a methodology denominated low core model applied to evaluate the performance of electrical machines with respect to geometry and materials used in manufacturing of the complete core. For validation purposes of the methodology is used a Planar Three-phase Induction Actuator with two degrees of freedom, comparing the experimental and numerical results. Through this methodology, it is possible to perform the analysis of electromagnetic phenomena occurring in the complete core based evaluation of the reduced model, made in this case with 33% of the full core employed in the Planar Three-phase Induction Actuator. The verification of the reduced core model methodology occurred through the manufacture of a testing bench, which is composed of a load cell to realize the acquisition of the planar propulsion force, potency interface and reduced cores with the following ferromagnetic materials: SMC 1P Somaloy 500® composites, resinated Iron and Steel ABNT 1020. With the help of the test structure, it was validated the numerical model of the three reduced cores regarding to the planar propulsion force. In the analysis of experimental and numerical data, the resinated Iron material showed a 14% difference concerning the strength of the planar propulsion, which is the biggest difference between the materials studied. With the convergence of the experimental and numerical results, a numerical comparison is performed between the reduced and complete cores using the three ferromagnetic materials. The numerical analysis of the reduced core with the SMC 1P Somaloy 500® material showed the average ratio of the planar factor propulsive force of 2.65 when compared with the complete core. The complete core with ABNT 1020 Steel resulted in an average consumption of 56.7 Watts to generate a planar propulsive force of 1 Newton. Thus, it is provided a faster tool for manufacturing and evaluation of ferromagnetic materials performance used in the complete core of the electric machine.

O trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia denominada modelo de núcleo reduzido, aplicada para avaliar o desempenho de máquinas elétricas no que tange a geometria e materiais empregados na fabricação do núcleo completo. Para fins de validação da metodologia utiliza-se um Atuador Planar de Indução Trifásico com dois graus de liberdade, comparando os resultados numéricos e experimentais. Através desta metodologia, pode-se realizar a análise dos fenômenos eletromagnéticos ocorridos no núcleo completo por meio da avaliação de seu modelo reduzido, composto neste caso por 33% do núcleo completo empregado no Atuador Planar de Indução Trifásico. A comprovação da metodologia do modelo de núcleo reduzido ocorreu através da fabricação de uma bancada de testes, composta por uma célula de carga para realizar aquisição da força de propulsão planar, interface de potência e os núcleos reduzidos com seguintes materiais ferromagnéticos: compósitos SMC 1P Somaloy 500®, Ferro resinado e Aço ABNT 1020. Com auxilio da estrutura de testes, validou-se o modelo numérico dos três núcleos reduzidos quanto a força de propulsão planar. Na análise dos dados experimentais e numéricos, o material Ferro resinado apresentou a diferença 14% referente a força de propulsão planar, sendo a maior diferença entre os materiais estudados. Com a convergência dos resultados experimental e numéricos, realiza-se a comparação numérica entre os núcleos reduzidos e completos utilizando-se os três materiais ferromagnéticos. A análise numérica do núcleo reduzido com o material SMC 1P Somaloy 500® apresentou o fator de relação médio da força de propulsão planar de 2,65 em relação ao núcleo completo. O núcleo completo com Aço ABNT 1020 resultou no consumo médio de 56,7Watts para gerar a força de propulsão planar de 1 Newton. Dessa forma, proporciona-se uma ferramenta de maior rapidez para fabricação e avaliação do desempenho de materiais ferromagnéticos utilizados no núcleo completo da máquina elétrica. / This paper presents the development of a methodology denominated low core model applied to evaluate the performance of electrical machines with respect to geometry and materials used in manufacturing of the complete core. For validation purposes of the methodology is used a Planar Three-phase Induction Actuator with two degrees of freedom, comparing the experimental and numerical results. Through this methodology, it is possible to perform the analysis of electromagnetic phenomena occurring in the complete core based evaluation of the reduced model, made in this case with 33% of the full core employed in the Planar Three-phase Induction Actuator. The verification of the reduced core model methodology occurred through the manufacture of a testing bench, which is composed of a load cell to realize the acquisition of the planar propulsion force, potency interface and reduced cores with the following ferromagnetic materials: SMC 1P Somaloy 500® composites, resinated Iron and Steel ABNT 1020. With the help of the test structure, it was validated the numerical model of the three reduced cores regarding to the planar propulsion force. In the analysis of experimental and numerical data, the resinated Iron material showed a 14% difference concerning the strength of the planar propulsion, which is the biggest difference between the materials studied. With the convergence of the experimental and numerical results, a numerical comparison is performed between the reduced and complete cores using the three ferromagnetic materials. The numerical analysis of the reduced core with the SMC 1P Somaloy 500® material showed the average ratio of the planar factor propulsive force of 2.65 when compared with the complete core. The complete core with ABNT 1020 Steel resulted in an average consumption of 56.7 Watts to generate a planar propulsive force of 1 Newton. Thus, it is provided a faster tool for manufacturing and evaluation of ferromagnetic materials performance used in the complete core of the electric machine.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-24T15:04:21Z No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T16:59:50Z (GMT) No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T16:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luizfernandoalvesguedes.pdf: 8533376 bytes, checksum: 1fb75359e16225fb5b36b42d374e4b7a (MD5) Previous issue date: 2012-12-17 / Este trabalho tem o objetivo de estudar, projetar, simular e obter resultados experimentais, a partir de um conversor flyback operando no modo descontínuo (DCM), para acionar uma luminária de diodos emissores de luz (LEDs). Além disso, deseja-se que o conversor possua elevado fator de potência, alta eficiência, baixa distorção harmônica da corrente de entrada, vida útil elevada (através da possibilidade de substituir de capacitores eletrolíticos por capacitores de filme metálico) e baixo custo. Inicialmente, o trabalho apresenta um breve estudo da iluminação a LEDs, o modelo elétrico simplificado dos LEDs, bem como uma revisão de alguns conversores aplicados ao acionamento deste tipo de fonte luminosa. Em seguida é analisada a operação do conversor flyback em modo DCM alimentado a partir da retificação (em ponte) da tensão da rede elétrica. Além do estudo teórico, a simulação do conversor é apresentada de modo a validar o projeto do conversor e servir de base de comparação com os resultados experimentais. O projeto do transformador (indutores acoplados) do conversor flyback tem destaque especial neste trabalho, pois, este elemento é fundamental para elevar a eficiência do conversor. Portanto, parte deste trabalho é dedicada ao estudo de perdas do transformador. Isto é feito através de uma adaptação de técnicas consagradas nesta área por meio de uma compilação didática visando a repetitividade do estudo. A partir do estudo teórico sobre as perdas no transformador, programas elaborados no MATLAB e no MICROSOFT EXCEL auxiliam o projeto do elemento magnético do conversor flyback. Estes dois programas, visam facilitar o exaustivo equacionamento das perdas e auxiliam no desenvolvimento de um projeto com elevada eficiência do transformador flyback elevando, consequentemente, a eficiência global do conversor. Empregando os programas elaborados, o projeto é calculado e resultados experimentais são obtidos a partir de medições realizadas em um protótipo em escala. Estes resultados são analisados e comparados com os resultados teóricos e de simulação. Ao final, é realizada uma análise simplificada do custo dos componentes do conversor e também são apresentadas as principais conclusões deste trabalho. / This work aims to study, design, simulate and obtain experimental results from a flyback converter operating in discontinuous mode (DCM), to trigger a fixture of light emitting diodes (LEDs). Furthermore, it is desired that the converter has high power factor, high efficiency, low harmonic distortion of input current, high life (through the possibility of replacing the electrolytic capacitors for metal film capacitors) and low cost. Initially, the paper presents a brief study of lighting LEDs, LEDs for simplified electrical model, as well as a review of some converters used to drive this type of light source. Then it analyzed the operation of the flyback converter in DCM mode fed from the rectification (bridged) the utility voltage. Besides the theoretical study, the simulation of the converter is presented in order to validate the design of the converter as a basis for comparison with experimental results. The transformer design (coupled inductors) flyback converter has special emphasis in this work, because this element is essential to raise the efficiency of the converter. So part of this work is devoted to the study of transformer losses. This is done by an adaptation of standard techniques in this area via a teaching order to build repeatability study. From the theoretical study on the losses in the transformer, programs developed in MATLAB and MICROSOFT EXCEL aid the design of the magnetic element of the flyback converter. These two programs are designed to facilitate the comprehensive equating of losses and assist in developing a project with high efficiency flyback transformer raising therefore the overall efficiency of the converter. Employing the programs drawn up, the project is calculated and experimental results are obtained from measurements performed on a prototype scale. These results are analyzed and compared with the theoretical results and simulation. At the end we provide a simplified analysis of the cost of the converter components and also presents the main conclusions of this work.

CNPq / Este trabalho apresenta o estudo de um método para a determinação da posição e orientação de uma bobina implantável em relação à bobina transmissora localizada externamente ao paciente. No aspecto elétrico, conhecer a posição e orientação da bobina implantada permite um maior domínio sobre o posicionamento do enlace e, consequentemente, das características de eficiência e potência entregue ao secundário, i.e. ao IMD. Já no aspecto clínico, detectar e determinar a posição da bobina implantável e, se possível, do IMD, pode auxiliar na determinação de possíveis movimentações do dispositivo na região implantada que podem influenciar o seu desempenho. Neste sentido, realizou-se análises teóricas a cerca da indutância mútua, do coeficiente de acoplamento magnético e de sistemas de transferência de energia sem fio (WPT) a duas bobinas. Por meio do modelo matemático implementado no software Matlab e o projeto experimental de sistemas de WPT a duas bobinas, avaliou-se a influência de desalinhamentos laterais e angulares sobre o acoplamento magnético. A partir das características observadas, descreveu-se os procedimentos necessários para estimar a posição e orientação relativa da bobina do dispositivo implantável apenas mensurando os parâmetros elétricos do primário. Em uma avaliação preliminar, por meio de testes virtuais, observou-se um erro médio e incerteza padrão na determinação da posição relativa de 2,4 mm e 1,1 mm, respectivamente, que se comparada às dimensões das bobinas (40 mm de diâmetro para bobina externa e 5,5 mm para a bobina implantável) indicam uma exatidão adequada. Para a determinação do ângulo relativo o método também apresentou resultados promissores, uma vez que o erro médio foi de 7º e a incerteza padrão obtida de 8,2º. Desta forma, o método estudado possibilita o desenvolvimento de equipamentos para determinação da posição e orientação relativa de uma bobina implantável mensurando apenas a corrente no primário, sem a necessidade de circuitos adicionais no IMD ou a utilização de equipamentos de imagem médicos. / This paper presents the study of a method for determining the implanted coil position and orientation relative to the transmitter coil externally located to the patient. In the electrical aspect, knowing the implanted coil position and orientation allows greater control over the placement of the link and thus the efficiency of features and power delivered to the secondary, i.e. the IMD. In the clinical aspect, detect and determine the implantable coil position, if possible, the IMD can assist in determining possible device movements in the implanted area that can influence their performance. In this sense, a theoretical analysis about the mutual inductance, the magnetic coupling coefficient and two coils wireless power transfer (WPT) systems was realized. Through mathematical model implemented in Matlab and experimental design of two coil WPT systems, the influence of lateral and angular misalignment on the magnetic coupling was assessed. From the observed characteristics, was described the necessary procedures to estimate the relative position and orientation of the implantable device coil only measuring the primary electrical parameters. In a preliminary evaluation, through virtual testing, there was an average error and standard deviation in determining the relative position of 2.4 mm and 1.1 mm, respectively, compared to the dimensions of the coils (40 mm diameter to external coil and 5.5 mm for implantable coil) indicate adequate accuracy. To the relative angle the method also yielded promising results, since the average error was 7° and the standard deviation obtained 8.2°. Thus, the method studied enables the development of equipment for determining the implanted coil relative position and orientation measuring only the primary current without the need for additional circuitry in IMD or the use of medical imaging equipment.