Este trabalho propõe uma metodologia de projeto de controladores para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de baixa frequência em sistemas elétricos de potência. O problema de controle é estruturado na forma de desigualdades matriciais, as quais permitem a busca por uma solução numérica para o problema de controle. Os controladores de amortecimento baseados na realimentação dinâmica de saída, gerados por metodologias de projeto na forma de desigualdades matriciais, geralmente apresentam ordem elevada. Além disso, projetos considerando sistemas de potência de médio porte demandam elevado tempo computacional. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia de projeto capaz de gerar controladores de ordem reduzida. A metodologia proposta adota um índice de desempenho que possibilita a redução do tempo computacional demandado no projeto. O índice de desempenho adotado para o sistema em malha fechada é a energia do sinal de saída do sistema. Essa energia corresponde à integral do valor quadrático do sinal adotado como saída do sistema. A metodologia proposta permite especificar um índice de desempenho apenas para aos modos de resposta de interesse do sistema, contornando as limitações das metodologias baseadas em posicionamento regional de polos. A relação entre o valor da energia do sinal de saída do sistema e seu fator de amortecimento é estabelecida por meio de uma equação algébrica. Neste trabalho, a metodologia é aplicada na geração de controladores de amortecimento para geradores síncronos. Entretanto, o procedimento proposto é genérico o suficiente para ser aplicado a outros tipos de geradores (gerador de indução empregado em unidades eólicas, por exemplo), a dispositivos FACTS (do Inglês, Flexible AC Transmission System) assim como a outros tipos de sistemas dinâmicos. A metodologia gerou um controlador eficaz para um caso onde a formulação baseada no tradicional posicionamento regional de polos é incapaz de gerar um controlador que assegure uma boa margem de estabilidade para o modo de resposta de interesse. / This work proposes a methodology for the design of controller to damp low frequency electromechanical oscillations in power systems. The control problem is structured in the form of matrix inequalities, which allows obtaining a numerical solution for the control problem. The damping controllers based on dynamic output feedback, generated by design methodologies in the form of matrix inequalities, usually presents high order. In addition, the design of this controller, considering large power systems, usually requires excessive computational effort. In this context, this work proposes a methodology for the design of reduced order controllers. The proposed methodology employs a performance index that is less costly in terms of computational effort when compared to the one with the traditional regional pole placement. The adopted performance index for the closed loop system is the energy of the system output. This energy corresponds to the integral of the signal squared regarding the system output. The proposed methodology allows specifying a performance index only for the response modes of interest, overcoming the limitations of the methodologies based on regional pole placement. The relation between the energy value of the output signal of the system and its damping factor is established by means of an algebraic equation. In this paper, the methodology is applied to generate damping controller for synchronous generators. However, the proposed procedure is general enough to be applied to other kinds of power plants (wind generation, for example), to FACTS devices, as well as to other dynamic systems. The methodology has generated an effective controller for a case where the formulation based on the regional pole placement is unable to generate a controller which assures a good stability margin for the response mode of interest.

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Dans cette thèse, une comparaison entre différentes topologies des machines a été tout d'abord réalisée. Deux machines électriques: Machine à Réluctance Variable (MRV) et Machine à Commutation de Flux (MCF) sont ensuite choisies pour les études suivantes. Un modèle électromagnétique-thermiquement couplé est effectué pour ces deux structures. Ce modèle est basé sur une caractérisation préalable par la méthode des éléments finis (EF) 2D via le calcul du couple instantané, des deux composantes de l'induction magnétique (Br et B&#952-) de chaque élément du maillage du rotor ainsi que du stator pour différentes densités des courantes efficaces et différentes positions du rotor. Ces résultats sont ensuite utilisés dans les modèles analytiques de pertes Joule et de pertes fer permettant de calculer les pertes Joule et les pertes fer sur un cycle de fonctionnement. Des modèles thermiques transitoires tels que le réseau de résistances thermiques et l’EF 2D sont effectués, dans lesquels les pertes instantanées obtenues précédemment sont utilisées comme sources de chaleur pour le calcul des variations des températures dans différents composants d’une machine électrique sur cycle de fonctionnement. Un modèle défaut-thermique d’une MCF triphasée est aussi mis en ouvre. Les défauts étudiés dans cette thèse sont principalement dus au court-circuit: le court-circuit entre-spires d’une phase, le court-circuit entre-spires et entre-phase dans une MCF sans redondance, le court-circuit d’une phase ou de trois phases dans une MCF avec redondance. A l’aide de MATLAB/Simulink, les courants sains et les courants de court-circuit sont obtenus, et les pertes instantanées peuvent être calculées en utilisant la méthode mentionnée précédemment. Par conséquent, le comportement thermique en cas de défauts peut être prévu. Enfin, des études de défauts pour une MCF hexa-phasée sans redondance sont effectuées, et un convertisseur du type pont complet est utilisé pour alimenter la machine. Cela nous permet de contrôler indépendamment chaque phase en cas de défauts. Les défauts sont entre autres le circuit ouvert ou le court-circuit dans une ou plusieurs phases (jusqu'à trois). Certaines méthodes de correction telles que: l'augmentation de l’amplitude du courant dans les phases saines et / ou modifier leurs phases, sont proposées pour maintenir le couple électromagnétique tout en minimisant l'ondulation de couple. Les résultats analytiques et numériques ont montré la bonne efficacité des méthodes proposées tant en cas de l’ouverture des phases qu’en cas du court-circuit des phases. / In this thesis, a comparison among different machine topologies has been firstly realized, and two electrical machines: Switched Reluctance Motors (SRMs) and Flux-Switching Permanent Magnet (FSPM) motors are then chosen for the following studies. A fast and precise coupled electromagnetic-thermal model is performed for these two structures. This model is based on a prior steady characterization by Finite Element method (FEM) 2D via calculating the instantaneous torque, the two components of magnetic induction (B_r and B_&#952-) of each element of rotor as well as stator for different RMS current densities and different rotor positions. These results are then used in the analytical copper and iron losses models for calculating the instantaneous copper and rotor as well as stator iron losses during one driving cycle. The Lumped Parameter (LP) and FEM 2D transient thermal models are then carried out, in which the previously obtained instantaneous power losses are used as heat sources for calculating the temperatures of different motor parts during driving cycles. A faulty-thermal analysis for a three-phase FSPM motor is also achieved. The faults in this thesis are mainly due to short-circuit (SC), such as inter-turn SC in phases or inter-turn and inter-phase SC, one phase or three phases SC in a redundant FSPM motor. Based on MATLAB-Simulink, the faulty information as the normal and short-circuit currents can be obtained, the power losses can then be calculated as previously. Thus, the thermal behavior of the machines can be predicted under faulty mode. The coupled Thermal-Electromagnetic Analysis method in this thesis can also be extended for all the other applications with driving cycles. Finally, the faulty analysis for a six-phase FSPM motor is performed, and one six-phase full bridge inverter is applied to drive the machine. This allows us to control each phase independently under faulty mode. The faults here are open-circuit or short-circuit in one or several phases (up to three). Some correction methods such as: increasing healthy current and/or change their phase angles, are proposed to maintain the electromagnetic torque while minimizing the torque ripple. The analytical and FEM 2D results have shown the good efficiency of the proposed methods both in case of phase open-circuit and in case of phase short-circuit.

University of Macau / Faculty of Science and Technology / Department of Electrical and Electronics Engineering

This dissertation proposes several simple, robust, and non-intrusive condition monitoring methods for induction motors fed by closed-loop inverters and claw-pole generators with built-in rectifiers. While the flexible energy forms synthesized by power electronic converters greatly enhance the performance and expand the operating region of induction motors and claw-pole generators, they also significantly alter the fault behavior of these electric machines and complicate the fault detection and protection. In this dissertation, special characteristics of the connected closed-loop inverter and rectifier have been thoroughly analyzed, with particular interest in their impact on fault behaviors of the induction motor and the claw-pole generator. Based on the findings obtained from the theoretical and experimental analysis, several sensorless thermal, mechanical, and insulation monitoring methods are proposed by smartly utilizing special features and capabilities of the connected power electronic converter. A simple and sensitive stator turn-fault detector is proposed for induction motors fed by closed-loop inverter. In addition, a stator thermal monitoring method based on active DC current injection and direct voltage estimation is also proposed to prevent the closed-loop controlled induction motors from thermally overloading. The performance of both methods is demonstrated by extensive experimental results. Methods to detect serpentine belt slip, serpentine belt defect, rotor eccentricity have been proposed for claw-pole generators using only the available electric sensor information. Methods to detect and protect stator turn faults in claw-pole generators are also presented in this dissertation. Lastly, a novel method to detect the generalized bearing roughness fault is proposed. All the proposed condition monitoring techniques have been validated by experimental results.

Este trabalho apresenta o controle de potência em um gerador de indução duplamente alimentado (GIDA) utilizado em uma micro turbina eólica, visando o controle de potência ativa e reativa para minimizar as variações de tensão em redes rurais. Com a inserção destas fontes renováveis de energia no sistema de distribuição em baixa tensão, é fundamental analisar os impactos na qualidade de energia no ponto de conexão (PC) e implementar o controle adequado para atender os requisitos técnicos dos procedimentos de distribuição estabelecidos por norma. Uma equação é apresentada para relacionar a variação de tensão com a potência injetada em uma rede de distribuição em baixa tensão. Uma rede rural típica é emulada nesse trabalho para analisar este impacto na variação de tensão em áreas remotas. O sistema utiliza malhas de controle tradicionais PI para as correntes retóricas e malha de potência ativa e reativa, e as referências são então definidas para auxiliar a evitar uma violação da banda de variação de tensão permitida por norma. Devido ao fato de que a inserção de potência ativa em redes rurais é o principal fator de variação da tensão no PC, resultados experimentais são apresentados para validar a teoria desenvolvida e comprovar a eficácia do sistema projetado. / This work presents the power control in a double fed induction generator (DFIG) used in a wind turbine, aiming the control of active and reactive power to minimize the voltage variations in rural networks. With the insertion of these renewable energy sources in the low voltage distribution system, it is fundamental to analyze the impacts on the quality of energy at the point of connection (PC) and to implement adequate control to attend the technical requirements of the distribution procedures established by standard. An equation is presented to relate the voltage variation to the injected power in a low voltage distribution network. A typical rural network is emulated in this work to analyze this impact on the voltage variation in remote areas. The system uses traditional PI control meshes for rotor currents and active and reactive power mesh, and the references are then set to help prevent a violation of the allowable voltage variation band as per standard. Due to the fact that the insertion of active power in rural networks is the main factor of variation of the voltage in the PC, experimental results are presented to validate the developed theory and to prove the efficiency of the designed system.

CAPES; CNPq / Este trabalho apresenta uma proposta de metodologia para detecção e classificação de falhas em motores de indução trifásicos ligados diretamente à rede elétrica. O método proposto é baseado na análise dos sinais de corrente do estator, com e sem a presença de falhas nos rolamentos, estator e rotor. Um dos efeitos desses tipos de falhas é o aparecimento de componentes de frequência específicas, relacionados à velocidade de rotação da máquina. Os sinais foram analisados usando a decomposição wavelet-packet, que permite a avaliação dos sinais em bandas de frequência de tamanhos variáveis. A partir dessa decomposição, aplicaram-se medidas de previsibilidade, como entropia relativa, potência de previsão e variância de erro normalizada, obtida com a análise de componentes previsíveis. Com essas medidas, foi possível verificar quais componentes da decomposição são mais previsíveis. Neste trabalho, a variância de erro normalizada e a potência de previsão foram utilizadas como entradas para três topologias de redes neurais artificiais classificadoras: perceptron multicamadas, redes de funções de base radial e mapas auto-organizáveis de Kohonen. Foram testados seis diferentes vetores de entrada para as redes neurais, utilizando medidas de previsibilidade e número de elementos dos vetores variados. Os ensaios foram realizados considerando amostras de sinal de diferentes motores, com vários tipos de falha, operando sob diversos regimes de torque e condições de desequilíbrio de tensão. Primeiramente, os sinais foram classificados em dois padrões: com e sem a presença de falhas. Posteriormente, detectou-se o tipo de falha presente nos sinais: rolamento, estator ou rotor. Por último, as amostras foram classificadas dentro do subgrupo de falha em que estavam presentes. / This work presents a methodology for diagnosis and classification of faults in three-phase induction motors connected directly to the power grid. The proposed method is based on the analysis of the stator current signals, with and without the presence of faults in the bearings, stator and rotor. These faults cause the presence of specific frequency components that are related to the machine rotational speed. The signals were analyzed using wavelet-packet decomposition, which allows a multiresolution evaluation of the signals. Using this decomposition, we estimated some predictability measures, such as relative entropy, predictive power and normalized error variance, obtained with the predictability component analysis. With this measures, we verified which were the most predictable components. In this work, normalized error variance and the predictive power were used as inputs to three topologies of artificial neural networks used as classifiers: multilayer perceptron, radial basis function and Kohonen self-organizing maps. We tested six different input vectors to the artificial neural networks, in which we vary the predictability measures and the number of elements of the vectors. The studies were performed considering samples of signals from different motors, with various kinds of faults, working under several load conditions and with voltage unbalance. The signals were firstly classified in two patterns: with and without the presence of faults. After, we detected the kind of fault was present in the signal: bearing, stator or rotor fault. Last, the samples were classified inside the subgroup in which they were.

This study focused upon the manufacturing lead time management in California's electrical and electronic machinery, equipment, and supplies industry. Manufacturing firms with one hundred or more employees were invited to participate in the research. Six subproblems relating to manufacturing lead time were selected and six appropriate null hypotheses were tested. The subproblems identified (1) factors influencing manufacturing lead time, (2) production planning processes influencing manufacturing lead time accuracy, and (3) techniques reducing manufacturing lead time. These factors, production planning processes, and techniques were then IV investigated to determine the importance of each of them in two environments: (1) high-volume continuous-production (HVCP) and (2) job-shop production-to-order (JSPTO).

Orientador: Gilmar Barreto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T16:50:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giesbrecht_Mateus_M.pdf: 3904732 bytes, checksum: 55e43903b08b7c8d770f9120fb071c40 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A motivação para este estudo é criar um modelo computacional capaz de prever se o regime de trabalho a que um motor monofásico de indução é submetido implica ou não em um aquecimento que comprometa os materiais isolantes do mesmo. A solução apresentada busca encontrar uma equação a diferenças em que a saída do sistema (temperatura do motor no instante k+1) é calculada como uma combinação linear das entradas (temperatura do motor, valor RMS da corrente e temperatura ambiente no instante k). Para conhecer os coeficientes desta combinação linear, foram realizados alguns ensaios e, a partir de seus resultados, foi aplicado o método dos mínimos quadrados para a obtenção do modelo computacional que representa o sistema. Os resultados computacionais obtidos com o modelo proposto refletem com exatidão o comportamento do sistema real. O modelo desenvolvido também é útil para outras aplicações em que se utilize um motor de indução monofásico em regime intermitente periódico com partida / Abstract: This study motivation was finding a computer-based model that was able to foresee if the duty cycle applied in a single-phase induction motor implies or not in an overheating that can compromise the motor insulation. The solution presented here is based on finding a difference equation in which the system output (motor temperature at time k+1) is calculated as a linear combination of the input (motor temperature, RMS current and ambient temperature at time k). The Mean Square Method was applied to find the coefficients of this linear combination, resulting in the final computational model that represents the system. The computational results found with the proposed model reflect exactly the real system behaviour. This model is also useful to other applications in which a single-phase induction motor during intermittent periodic duty with starting is used. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Luiz Carlos Pereira da Silva, Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T14:34:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abreu_LisiasVieiraLimade_M.pdf: 4055307 bytes, checksum: 5b3f4d39e414e1d305ec71b68f93ed3f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nesta dissertação de mestrado, apresenta-se um estudo detalhado sobre o desempenho dinâmico de geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica frente a grandes perturbações. Estudos paramétricos são realizados para investigar a influência de di-versos fatores na resposta transitória do gerador. Os fatores analisados são tempo de eliminação da falta, carregamento do sistema, níveis de curto-circuito no ponto de conexão entre o sistema de distribuição e a rede de subtransmissão, relação X/R das linhas de distribuição e constante de inércia dos geradores. Adicionalmente, propõe-se a utilização de índices numéricos que permitem visualizar de forma sistemática os resultados dos estudos paramétricos assim como determinar quais são as barras mais apropriadas para a instalação de geradores síncronos con-siderando o desempenho dinâmico do sistema / Abstract: In this dissertation, it is presented a detailed study about the dynamic performance of synchronous generators connected to distribution networks during large disturbances. Parame-tric studies are conducted in order to determine the influence of several factors on the transient response of the generator. The analyzed factors are fault clea / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica