Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:07:00Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:55:07Z : No. of bitstreams: 1 147029.pdf: 3591303 bytes, checksum: f3fc90ff6fb24b5101a6c1faa2c365f7 (MD5)

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de SantaCatarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T13:18:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:03:19Z : No. of bitstreams: 1 161331.pdf: 8823409 bytes, checksum: b32f38b04a5608b79cfcf1dc8c06a3ae (MD5) / O presente trabalho propõe uma nova abordagem para o cálculo das perdas passo a passo no tempo, usando o método de Elementos Finitos em duas dimensões. A técnica apresentada permite calcular perdas em dispositivos com geometrias especiais alimentadas em tensão com uma forma de onda não senoidal. O software desenvolvido calcula as perdas no domínio do tempo, e dispensa a convencional decomposição em componentes harmônicos. Modelou-se o material magnético em quatro partes distintas: (a) curva de magnetização sem histerese; (b) histerese estática; (c) perda clássica por correntes de Foucault induzidas nas lâminas; e (d) perda anômala ou excedente. Uma das mais importantes contribuições deste trabalho é o modelo de histerese vetorial. Desenvolveu-se uma metodologia para determinar os parâmetros do modelo, ajustando-se as curvas simuladas e experimentais com mínimo erro quadrático médio. Os resultados mostram que esta técnica de simulação pode ser uma importante ferramenta para a análise e síntese de dispositivos eletromagnéticos considerando as perdas no ferro e nos condutores.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:53:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224135.pdf: 5256132 bytes, checksum: 283f7b510eb976bf118712ac7c74e5b4 (MD5) / Nesta tese são analisados dispositivos eletromagnéticos usados para aquecimento do tecido biológico trabalhando em diferentes freqüências. Todas as análises são feitas com o método das Diferenças Finitas no Domínio do Tempo - FDTD. São avaliadas estruturas de aplicadores de uso comum em hipertermia, tais como o dipolo e a antena corneta. É proposto um sistema capacitivo com placas metálicas ortogonais para aquecimento profundo do corpo humano aplicado a superfícies curvilíneas. Também são sugeridas antenas planares para aquecimento local e superficial. Foram realizadas comparações numéricas entre esses dispositivos de modo a avaliar suas potencialidades. Inicialmente, o método FDTD é apresentado e aplicado a alguns problemas eletromagnéticos tendo como objetivo a validação dos programas desenvolvidos. Na seqüência, são descritos os aspectos biológicos e físicos da hipertermia bem como sua aplicação no tratamento do câncer. São também discutidos os desafios técnicos existentes e as possíveis soluções para os problemas encontrados. Os resultados obtidos são promissores, indicando novas possibilidades para dispositivos de aquecimento hipertérmico utilizando ondas eletromagnéticas. ABSTRACT: In this thesis, electromagnetic devices working at different frequencies for heating biological tissue are analyzed. The study is done with the Finite Difference Time Domain Method - FDTD. Classical structures for hyperthermia, like dipoles and horn antennas, are evaluated. It is proposed a capacitive system with orthogonal metal plates for deep heating of curved shapes of the human body. Also, patch antennas are proposed for local and superficial heating. Comparisons between the different devices presented were done. Firstly, the FDTD method is explained and applied to some electromagnetic problems for validation of the developed softwares. After, the basic hyperthermia theory is presented, including biological and physical aspects and its use in cancer therapy. Also, the technical challenges and possible solutions for the founded problems are discussed. The obtained results are satisfactory and indicate new possibilities for hyperthermical heating devices based on electromagnetic waves.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T02:15:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258989.pdf: 2400345 bytes, checksum: c276b35a67f9f1c74391e097e3a20c84 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo de transformadores e indutores planares bem como apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para projeto destes elementos magnéticos, os quais são utilizados em fontes de alimentação que operam em comutação sob freqüência elevada (de 50 kHz a 100 kHz). O estudo engloba desde os materiais utilizados na confecção de um elemento magnético até seu projeto e otimização. É realizada uma análise dos efeitos devidos à operação em alta freqüência. Entre estes efeitos, destacam-se as perdas no núcleo e nos enrolamentos, as indutâncias de dispersão e a capacitância entre enrolamentos. Para análise das perdas no núcleo e nos enrolamentos, foi desenvolvida uma bancada experimental, composta por um circuito inversor em ponte completa e um instrumento virtual, que permite fazer uma série de medidas e traçar gráficos do comportamento das perdas com variação de diversos parâmetros. A partir dos valores adquiridos, foi possível obter modelos para as perdas magnéticas, incluindo o valor dos seus parâmetros. Com estes modelos e com a utilização de ferramentas de otimização, foi estabelecida uma relação entre a indução magnética e a densidade de corrente que possibilita o funcionamento do transformador ou do indutor com perdas magnéticas mínimas. Para auxiliar no desenvolvimento dos projetos, foi desenvolvido um programa computacional, no qual foram inseridos os modelos analíticos e os valores dos parâmetros correspondentes, obtidos no decorrer do trabalho. Vários indutores e transformadores foram projetados, montados e avaliados, mostrando através dos resultados o bom funcionamento da metodologia proposta. This work concerns the study of planar transformers and inductors as well as presents the development of a methodology for designing these magnetic elements, which are used in power supplies operating at high frequencies (from 50 kHz to 100 kHz). The study includes the materials used in the manufacture of a magnetic element, the design and its optimization. It was made an analysis of the effects due to operation at high frequencies. Among these effects, there are the core and winding losses, the leakage inductance and inter-winding capacitance. For the analysis of core and winding losses, it has been developed a workbench consisting of a full bridge inverter and a virtual instrument, which allows making a series of measures and drawing graphs of the behavior of losses with different parameters. From the obtained values, it was possible to construct models for the magnetic losses, including their parameter values. With these models and the use of optimization tools, it was established a relationship between the magnetic induction and current density that allows operation with minimum losses. In order to assist in the development of projects, a computer program has been developed, which includes the analytical models and the corresponding parameter values, obtained in the course of this work. Several inductors and transformers were designed, assembled and evaluated, and the obtained results show the validity of the proposed methodology.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-12-01T03:10:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336269.pdf: 44827518 bytes, checksum: b0742be1d133e3433f6ada5fc0679067 (MD5) Previous issue date: 2015 / Esta tese aborda a modelagem, o projeto e a otimização, com validação experimental, de máquinas de relutância duplamente alimentadas sem escovas (BDFRM) para sistemas de geração de energia eólica. O objetivo principal dela é de contribuir para o domínio de técnicas de projeto otimizado para a BDFRM através da proposição de uma metodologia baseada em diferentes níveis de modelagem e em otimização. Discute-se como técnicas de otimização podem ser aplicadas em todas as fases de desenvolvimento com objetivos distintos. Especificamente, a metodologia proposta se concentra na definição e na solução iterativa de problemas de otimização com restrições nas saídas utilizando um algoritmo determinístico acoplado a modelos semi-analíticos de diferentes níveis. Como conclusão geral, pode-se afirmar que a BDFRM é potencialmente uma boa candidata para ser utilizada em sistemas de geração de energia eólica. Contudo, aspectos técnicos e econômicos sobre essa escolha devem ainda ser avaliados, comparando-se as diferentes topologias existentes sob o mesmo enfoque metodológico.<br> / Abstract : This thesis addresses the modeling, design and optimization with experimental validation of the Brushless Doubly-Fed Reluctance Machine (BDFRM) for wind power systems. Its main goal is to contribute on mastering the BDFRM optimized design by proposing a methodological approach based on different modeling levels and on optimization. More precisely, it draws its attention on setting the optimization problem and on the iterative solution of a constrained inputs/outputs problem by using a deterministic algorithm. As a general conclusion, the results show that the BDFRM is potentially a good candidate to be used in wind power systems. However, the technical and economic aspects on this choice must be still assessed, analyzing and comparing the overall system solution of distinct topologies within the same framework.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T21:49:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O presente trabalho aborda o estudo e a implementação da equação mecânica a um método de análise de máquinas elétricas associadas a circuitos elétricos externos. A máquina é modelada pelo Método de Elementos Finitos em duas dimensões. O equacionamento do circuitoé feito em variáveis de espaço de estados. Um acoplamento forte entre os dois sistemas de equações é obtido utilizando-se as grandezas comuns a ambos, isto é, as correntes e as tensões nos enrolamentos do dispositivo eletromagnético. A fim de validar o método proposto, foi desenvolvida uma Bancada Experimental.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T14:57:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 186894.pdf: 3780087 bytes, checksum: 297d425bcd3ddc9052054354156ccef4 (MD5) / Este trabalho está voltado ao estudo de fenômenos ligados à compatibilidade eletromagnética através do uso de modelos numéricos de discretização no domínio do tempo. O texto pode ser dividido em duas partes principais. A primeira apresenta uma comparação dos principais métodos empregados para a solução numérica de problemas da área e aprofunda-se na formulação do método TLM-TD (Transmission-line Modeling Method - Time Domain). Este método é detalhado em suas versões unidimensional, bidimensional e tridimensional. Especial cuidado é dedicado à formulação tridimensional, onde são abordados problemas como a heterogeneidade do meio, presença de perdas e tratamento de malhas irregulares. Uma segunda parte deste trabalho é dedicado à implementação, validação e aplicação de um algoritmo baseado na formulação tridimensional do método TLM-TD para a análise de problemas ligados à compatibilidade eletromagnética. A validação preliminar do algoritmo desenvolvido é feita através da comparação com valores analíticos para problemas de propagação de ondas em meios homogêneos e heterogêneos com perdas. O algoritmo assim validado, é então empregado na análise da efetividade de blindagem de gabinetes metálicos dotados de fendas (slots) e aberturas. Finalmente, são analisadas várias configurações de aterramento impulsivo, investigando-se fluxos de corrente e potenciais nos condutores e na superfície do solo. Vários destes casos têm seus resultados comparados com outras referências.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T06:44:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:26:52Z : No. of bitstreams: 1 140136.pdf: 2950196 bytes, checksum: fe409f0bde1df82a376abfe1196167ba (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T11:28:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T17:21:40Z : No. of bitstreams: 1 152853.pdf: 8593636 bytes, checksum: 709458ef231c558a4842c372b3854d20 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um método de análise de dispositivos eletromagnéticos trifásicos alimentados por circuitos elétricos externos. O dispositivo eletromagnético é modelado pelo Método de Elementos Finitos em duas dimensões e o equacionamento do circuito é feito em variáveis de espaço de estados. Um acoplamento forte entre os dois sistemas de equações é conseguido utilizando-se as grandezas comuns a ambos, isto é: as correntes e as tensões nos enrolamentos do dispositivo eletromagnético. A montagem dos sistemas de equações é totalmente automática e sua resolução simultânea. Este método está implementado no programa denominado EFCIR, um Programa de Simulação Numérica de Conversores Estáticos Associados a Estruturas Eletromagnéticas Modeladas pelo Método de Elementos Finitos. A fim de validar o método proposto, foram realizadas simulações e comparações são feitas com o programa PSPICE.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T15:22:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:27:30Z : No. of bitstreams: 1 266675.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / A proposta principal deste trabalho é apresentar um modelo para o varistor de óxido metálico de Zinco (ZnO) utilizado em pára-raios de alta tensão. Desenvolveu-se um modelo original por meio de um modelo matemático baseado na função de Langevin modificada. Quando comparada com curvas experimentais, a representação dos varistores por meio do modelo fornece resultados próximos à realidade. O modelo possui três parâmetros para serem encontrados. Desenvolveu-se uma metodologia de determinação dos valores dos parâmetros, a qual é realizada em um programa computacional. Os resultados obtidos por meio deste sistema comprovaram a capacidade de ajuste do modelo às curvas características relativas aos diferentes varistores e suas condições operacionais.Os três parâmetros do modelo proposto podem ser correlacionados com os fenômenos que regem os mecanismos de corrente de fuga, bem como permitem avaliar o processo de degradação do varistor ao longo da vida útil do pára-raios. Com base no modelo proposto e nos estudos desenvolvidos, uma nova metodologia é proposta para a avaliação dos varistores de ZnO. The main objective of this paper is to present a model for the zinc oxide (ZnO) varistor used in high voltage surge arresters. An original model was developed through a mathematical model based on the modified Langevin function. When compared to experimental curves, the modeled representation of the varistors provides results near reality. This model consists of three parameters to be determined. A methodology for determining the values for these parameters was developed, which is carried through in a computational program. The results obtained through this system corroborated the adjustment capacity of the model to the typical curves related to the different varistors and their operational conditions. The three parameters of the proposed model can be correlated with phenomena that conduct leakage current mechanisms. They also allow the evaluation of the process of varistor degradation during the whole working life of the arresters. Based on the proposed model and on carried out studies, a new methodology is proposed for the evaluation of the ZnO varistors.