Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work aims to evaluate the performance of the loss of field protection methods in synchronous generators. The methods are introduced to make available in a single text the various ways to protect the synchronous generator against the loss of field. The conventional methods have some problems, and the main of them is the improper operation caused by the power stable oscillations. In order to solve or minimize the relay algorithm malfunction, two new methods of loss of field protection are proposed. The first is designed to increase the operational area of the generator on steady state conditions, bounded by the conventional loss of field protection. It was accomplished by modifying the operational characteristic of the mho relay, which is better coordinated with the generator capability curve. The second makes use of loss of field conception in a fuzzy set theory. With the objective to identify the performance of each one, the methods were evaluated through computational simulations of loss of field and stable power oscillation. The methods were set and evaluated according to the generator parameters (Xd and X'd). Since, tests in three machines with different parameters were carried out. So it was possible to conclude that the methods do not behave the same way for different generators parameters. On the other hand, the proposed technique, which is based on the fuzzy set theory was more efficient and not have been affected by the generator parameters and system considered. / Este trabalho visa avaliar o desempenho dos métodos de proteção contra a perda de excitação em geradores síncronos. Os métodos são apresentados de forma a tornar disponível em um único texto as diversas maneiras de se proteger o gerador síncrono contra a perda do seu sistema de excitação. Os métodos convencionais abordados apresentam alguns problemas, sendo o principal, a operação indevida causada por oscilações estáveis de potência. Visando solucionar ou minimizar estes problemas, dois novos métodos de proteção contra a perda de excitação são propostos. O primeiro, objetivando aumentar a área operacional do gerador em regime permanente, restringida pela proteção contra a perda de excitação convencional, por meio de uma característica operacional modificada, melhor coordenada com a curva de capacidade do gerador. O segundo introduz os fundamentos clássicos da proteção contra a perda de excitação na teoria dos conjuntos nebulosos. Com o objetivo de se identificar o desempenho de cada um, os métodos existentes e os propostos foram avaliados por meio de simulações computacionais de perda de excitação e oscilação estável de potência. Como os métodos possuem ajustes em função dos parâmetros do gerador protegido (Xd e X d), realizaram-se testes com três máquinas de parâmetros distintos. Deste modo, foi possível concluir que os métodos não se comportam da mesma maneira para geradores de diferente porte. Por outro lado, a técnica proposta, que tem como base a teoria dos conjuntos nebulosos se mostrou eficiente e não teve seu desempenho afetado pelos parâmetros do gerador e do sistema considerado.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas de controle de excitação em máquinas síncronas devem detectar com bastante rapidez as mudanças causadas pela entrada de carga no gerador isolado e atuar no sistema de excitação de forma rápida e eficiente, para manter a tensão terminal em níveis desejados. Ao contrário de outros trabalhos realizados nesta área com circuitos eletrônicos analógicos, em muitos casos, este controlador pode ser construído utilizando tecnologia microcontrolada por possuir alto nível de eficiência no controle, circuito com flexibilidade para implementação de diferentes estratégias de controle e baixo custo para produção. A abordagem deste trabalho consiste em uma proposta para aplicação de um controle de excitação automático utilizando uma malha PID, com opções de controle manual, monitoramento de tensão terminal e temperatura de estator da máquina, utilizando um microcontrolador PIC16F877A da empresa Microchip Technology. Os resultados obtidos a partir de ensaios práticos em laboratório com partidas diretas de motores de indução (1 e 2 cv) com um gerador de 2 kVA mostra que a atuação do controlador recuperou a tensão terminal em pouco tempo, para o setpoint adotado. E por fim, os resultados obtidos foram comparados com os tempos de resposta de outro conhecido regulador automático de tensão encontrado no mercado, para comprovar o bom desempenho de controle deste projeto. / The excitation control systems in synchronous machines must very quickly detect changes caused by load increase on the isolated generator and act on the excitation system in a rapid and efficient way in order to maintain terminal voltage at optimal desired levels. Unlike other works related with this area which used analog-based electronic circuits, this controller can in many case be built utilizing microcontrolled technology which is more efficient and flexible to implement different control strategies, as well as having a low cost of production. The approach of this research consists in a proposal to apply an automatic excitation controller, utilizing a PID control loop, including manual adjustments and monitorings of terminal voltage and stator temperature of the machine. It employs a PIC16F877A microcontroller from the Microchip Technology Company. The results obtained through practical tests in laboratory with a direct online start of induction motors (1 and 2 HP) on a 2 kVA generator show that the controller acts to recover the terminal voltage to the adopted setpoint in a reduced time. Finally, the results were also compared to the time of response provided from another well-known automatic voltage regulator found in the market, in order to prove the good control performance of this project. / Dissertação (Mestrado)

Os polímeros conjugados luminescentes são materiais com grande potencial tecnológico, mas apesar de estudados desde a década de 80, algumas de suas propriedades óticas ainda não foram totalmente entendidas. Por exemplo, ainda persistem dúvidas quanto à natureza das suas excitações primárias. Nesse sentido foi feito um estudo da fotoluminescência do poli[2-metoxy-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno] (MEH-PPV), polímero semicondutor luminescente cujas propriedades ópticas já foram muito investigadas. Além da banda de absorção principal na região visível do espectro, ele possui três bandas no ultravioleta. O objetivo deste trabalho é investigar a fotoluminescência do MEH-PPV quando excitado na região do ultravioleta. Após fotoexcitação no ultravioleta, observou-se apenas a fotoluminescência usual no visível. A intensidade da emissão depende fortemente da energia de excitação, da temperatura e da estrutura morfológica do sistema polimérico, determinada pelo método de preparação das amostras. Os resultados indicam que os estados excitados no ultravioleta relaxam rapidamente de forma não-radiativa até os estados de menor energia, de onde então ocorre a luminescência. Entretanto, a eficiência da fotoluminescência excitada no ultravioleta é consideravelmente reduzida, indicando que a excitação a altas energias abre novos canais de relaxação não-radiativos. / Luminescent semiconducting polymers are technological promising materials, but although studied since the 80’s some of their optical properties have not yet been fully understood. For instance, the nature of their primary excitations is still on debate. Therefore we proposed to study the photoluminescence following photoexcitation in the ultraviolet of the polymer poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV). It is a semiconducting luminescent polymer with a main absorption band in the visible part of the spectrum, but with three other absorption bands in the ultraviolet. After ultraviolet photoexcitation it was observed only the usual visible photoluminescence. The intensity of photoluminescence depends strongly on temperature, excitation wavelength and morphological structure of the polymer, determined by the method of sample preparation. The results show that by ultraviolet excitation the excited states relax rapidly non-radiatively to the lower energy states, from where luminescence results. However, the photoluminescence efficiency with ultraviolet photoexcitation is considerably reduced, implying that the highly excited states in the polymer have more non-radiative relaxation channels available.

Este trabalho apresenta uma estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal de um grupo moto gerador (GMG) para uso em um sistema de geração distribuída (GD). A partir da construção de uma superfície fuzzy, baseada no comportamento do erro e da derivada do erro de uma malha de controle, foi realizada a sintonia de controladores fuzzy PD+I para potências ativa e reativa e tensão terminal. O controlador coordenado fuzzy PD+I ajusta automaticamente a tensão nos terminais da máquina e a potência reativa fornecidas à rede de distribuição. A estratégia coordenada é dada através de um parâmetro que regula a malha de potência reativa a partir do erro de tensão terminal, priorizando o ajuste da tensão e ponderando a malha de controle de potência reativa. Para avaliar o desempenho do sistema de controle, a GD é conectada a uma rede de distribuição e submetida a eventos como entrada e saída de cargas locais. O conjunto de cargas locais é composto por um motor de indução, uma carga RLC e um retificador trifásico não controlado. Sete cenários foram simulados para avaliar a estratégia de controle em diferentes regimes de operação do GMG. Resultados para tensão terminal, fator de potência e fluxo de potências entre o sistema, as cargas e a rede, ilustram a eficiência da estratégia de controle apresentada. A estratégia de controle coordenado para potência reativa e tensão terminal se mostrou capaz de melhorar os índices de fator de potência controlando o fluxo de potência do barramento em que a GD estava conectada, sem prejudicar a tensão terminal do gerador, mantendo a GD em limites seguros de operação. / This work presents a coordinated control strategy to terminal voltage and reactive power for a diesel generation set used as a distributed gerenation system (DG). From desired control actions, a fuzzy surface was designed for fuzzy PD+I controllers. Fuzzy PD+I controllers automatically adjust the terminal voltage and the reactive power delivered to the grid. The coordinated control strategy weighs the control action for the reactive power through a variable parameter, prioritizing the terminal voltage adjustment. To illustrate the system control performance, the DG is connected to a grid dynamic model and the system is subjected to connection and disconnection of loads at the local bus. The local loads set was composed of an induction machine, a RLC load and an uncontrolled three-phase rectifier. Seven scenarios were simulated to evaluate the control strategy in different DG regime of operation. Results for terminal voltage, power factor and reactive power among the DG, the local loads and the grid, illustrates the control strategy efficiency improved the power factor by regulating the reactive power injected at the bus, maintaining the DG terminal voltage in safe operation limits.

Foram medidas funções de excitação para a fusão completa dos sistemas 16O+46,50Ti em energias abaixo e em torno da barreira Coulombiana. A seção de choque de fusão foi obtida utilizando-se os métodos da espectroscopia em linha e fora da linha através da soma das seções de choque dos canais de decaimento do núcleo composto formado, observados experimen- talmente. As vantagens e limitações do método são discutidas em detalhes. As funções de excitação da fusão dos sistemas citados foram analisados utilizando-se modelos semiclássicos de penetração de barreira. Através desta análise determinamos o raio e a altura da barreira de fusão para estes sistemas. Os valores obtidos concordam com valores da literatura na mesma região de massa. A seção de choque de fusão calculada pelo modelo de penetração de barreira unidimensional utilizando potenciais que descrevem a interação entre íons pesados, é subestimada em energias abaixo da barreira Coulombiana. A introdução da vibração de ponto zero da superfície dos núcleos interagentes, apesar de produzir um aumento da seção de choque em energias sub- Coulombianas, não consegue reproduzir os dados de maneira satisfatória, pois prevê uma diferença isotópica nas funções de excitação que não e observada experimentalmente. As previsões do modelo estatístico para o decaimento do núcleo composto (programa CASCA- DE) apresentam uma concordância satisfatória para os canais de decaimento mais intensos. / Excitation functions for complete fusion of the systems 16O + 46,50Ti, with energies near and below the Coulomb barrier, were measured. With the use of the in-beam and out of beam spectroscopy, the formation of the compound nucleus was experimentally detected. The fusi- on cross section was then attained by the sum of all observed compound nucleus decay chan- nels. The limitation and advantages of measurements methods are discussed. Theoretical analysis of the experimental results using the semi-classical barrier penetration model allowed us to obtain the fusion barrier height and radius for the studied systems. These values are in good agreement with others reported for this mass range. Using the unidimensionaL barrier penetration model with different nuclear potentials, descri- bing the heavy ion interactions gave theoretical fusion cross section values systematically smaller than our measured values in the energy region below the Coulomb barrier. The introduction of the nuclear surface zero point vibrations enhances the theoreticaL fusion cross sections in the sub-Coulomb region, but simultaneously introduces an isotopic difference in the fusion excitation functions that is not observed experimentally. The statistical model predictions for the compound nucleus decay (calculated by the CASCADE program) show reasonable agreement for the more intense decay channels.

Foram medidas as seções de choque de eletrofissão para os elementos Ta, Au e 182W de 35 MeV a 250 MeV e, através do formalismo dos fótons virtuais, as correspondentes seções de choque de fotofissão foram obtidas por desconvolução. Um método original para extração da energia média de excitação do núcleo composto é apresentado utilizando-se, como dados de entrada, apenas a seção de choque experimental de fotofissão e a probabilidade de fissão calculada. Da energia de excitação foi possível obter-se informações sobre o caminho livre médio do píon, a seção de choque píon-núcleon e o termo complexo do potencial óptico do méson no Au, Ta e 182W. / The electrofission cross sections of Au, Ta and 182W were measured in the energy range 35 - 250 MeV, and the corresponding photofission cross sections were deconvoluted by means of the virtual photon formalism. An original data analysis method was developed which allowed obtaining the excitation energy, using the experimental photofission cross sections and the calculated fission probabilities as inputs. From the excitation energy, plus an approach for the pion-nucleon interaction, the photopion mean free path in Au, Ta and 182W was deduced, along with the main characteristics of the pion-nucleon optical potential.

Os núcleos, ímpar-ímpar ANTPOT. 132,134 La foram estudados através de técnicas de espectroscopia em linha de reações tipo (HI, xn). Foram usados feixes de ANTPOT. 10,11 B(40-48 MeV) e ANTPOT. 14 N (55 MeV) em alvos de ANTPOT. 128,128 Te e ANTPOT. 122 Sn no acelerador Pelletron. Foi observada uma banda rotacional, presumidamente sobre a configuração h IND. 11/2 e h IND. 11/2 em cada um dos isótopos, mostrando valores de \"signature splitting\" moderados. No ANTPOT. 132 La uma outra banda foi observada essencialmente sem \"signature splitting\". Os resultados são comparados com as previsões do \"Cranking Shell Model\" triaxial. A relação entre triaxialidade e \"signature splitting\" na região de transição A ~ 130 é discutida. / The odd-odd nuclei 132,134La were studied by means of in-beam -ray spectroscopy techniques, using (HI, xn) reactions with 10,11B (40-48 MeV), 14N (55 MeV) beams on 128,128Te and 122 Sn targets. A band, probably based on the h11/2 and h11/2 configuration, was observed in each La isotope showing moderate signature splitting. Another band was observed in 132La with essentially no signature splitting. The results are compared with the triaxial Cranking Shell Model predictions. The relation between triaxiality and signature splitting in the A ~ 130 transitional mass region is discussed.

Os polímeros conjugados luminescentes são materiais com grande potencial tecnológico, mas apesar de estudados desde a década de 80, algumas de suas propriedades óticas ainda não foram totalmente entendidas. Por exemplo, ainda persistem dúvidas quanto à natureza das suas excitações primárias. Nesse sentido foi feito um estudo da fotoluminescência do poli[2-metoxy-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno] (MEH-PPV), polímero semicondutor luminescente cujas propriedades ópticas já foram muito investigadas. Além da banda de absorção principal na região visível do espectro, ele possui três bandas no ultravioleta. O objetivo deste trabalho é investigar a fotoluminescência do MEH-PPV quando excitado na região do ultravioleta. Após fotoexcitação no ultravioleta, observou-se apenas a fotoluminescência usual no visível. A intensidade da emissão depende fortemente da energia de excitação, da temperatura e da estrutura morfológica do sistema polimérico, determinada pelo método de preparação das amostras. Os resultados indicam que os estados excitados no ultravioleta relaxam rapidamente de forma não-radiativa até os estados de menor energia, de onde então ocorre a luminescência. Entretanto, a eficiência da fotoluminescência excitada no ultravioleta é consideravelmente reduzida, indicando que a excitação a altas energias abre novos canais de relaxação não-radiativos. / Luminescent semiconducting polymers are technological promising materials, but although studied since the 80’s some of their optical properties have not yet been fully understood. For instance, the nature of their primary excitations is still on debate. Therefore we proposed to study the photoluminescence following photoexcitation in the ultraviolet of the polymer poly(2-methoxy-5-(2-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV). It is a semiconducting luminescent polymer with a main absorption band in the visible part of the spectrum, but with three other absorption bands in the ultraviolet. After ultraviolet photoexcitation it was observed only the usual visible photoluminescence. The intensity of photoluminescence depends strongly on temperature, excitation wavelength and morphological structure of the polymer, determined by the method of sample preparation. The results show that by ultraviolet excitation the excited states relax rapidly non-radiatively to the lower energy states, from where luminescence results. However, the photoluminescence efficiency with ultraviolet photoexcitation is considerably reduced, implying that the highly excited states in the polymer have more non-radiative relaxation channels available.

Com o objetivo de ampliar o conhecimento da estrutura dos núcleos duplamente ímpares da região de massa A = 130- 140, foram medidos os estados de spin elevado do ANTIPOT. 138 Pr, que se aproxima da camada fechada N = 82, através de técnicas de espectroscopia y em linha utilizando a reação ANTPOT. 128 Te (ANTIPOT. 14 N,4ny). Pela primeira vez, três bandas rotacionais foram observadas neste núcleo. Uma análise teórica da sistemática desta região foi feita com base nos modelos de \"Cranking Shell Model\" e \"Projected Shell Model\". De um modo geral, uma boa concordância foi obtida entre os resultados experimentais e teóricos. O primeiro modelo indica a coexistência de formas no ANTIPOT. 138 Pr (N=79}, enquanto o segundo sugere forma unicamente oblata. Por outro lado, os dois modelos prevêm uma transição de forma de prolato (N = 73) para oblato (N = 79) passando por uma região de triaxialidade em torno de N = 77. / With the view of extending the systematics of the odd-odd, A = 130 - 140 mass region nuclei towards the N =82 closed shell, high spin states in 138Pr nucleus have been investigated with the 128 Te(l4N,4n7) reaction, using on-line 7-ray spectroscopy techniques. For the first time three rotational bands were observed in this nucleus. A theoretical analysis of the mass region A = 130 - 140 was carried out with the Cranking Shell Model and the Projected Shell Model. Generally speaking, a good agreement was obtained between the experimental and the theoretical results. The first model indicates a shape coexistence in the 138 Pr (N =79) nucleus, while the second one shows an oblate shape. On the other hand, both models suggest a shape transition from prolate (N=73) to oblate (N=79) passing through a triaxial region around N=77.

Orientador: Carlos Roberto Minussi / Resumo: Nesta pesquisa apresentam-se os principais conceitos gerais de estabilidade elétrica, assim como suas divisões e classificações, onde são desenvolvidas as condições de operação de um sistema elétrico de potência, que são relevantes nos estudos de estabilidade angular do rotor, tensão e frequência. Para os estudos de estabilidade da frequência e de tensão é preciso conhecer os equipamentos como os reguladores de tensão e frequência, em consequência é apresentada a modelagem matemática de vários componentes dinâmicos como o sistema de excitação, estabilizador do sistema de potência (PSS), sistema de regulação de velocidade, sistema de regulação de tensão (AVR), máquina síncrona, turbina a vapor e turbina hidráulica. É necessário a modelagem de eles para projetar seus respectivos controladores. Nesta pesquisa também se faz a introdução ao controlador Fuzzy e controlador PID convencional assim como os métodos de sintonia, depois projetamos um controlador que combine os dois controladores e tenha mais vantagens como o controlador híbrido PID-Fuzzy. Depois de desenvolver a modelagem do regulador de tensão e frequência, fazemos o projeto do controlador PID-Fuzzy, previamente projetado o controle PID. As simulações dos sistemas de regulação de tensão e frequência sem controlador, com controlador PID e com controlador PID-Fuzzy foram realizadas aplicando a ferramenta computacional de Matlab-Simulink no domínio do tempo contínuo e as respostas foram investigadas e discutidas. / Abstract: This research presents the main general concepts of electrical stability, as well as their divisions and classifications, where the operating conditions of an electrical power system are developed, which are relevant in the studies of angular stability of the rotor, voltage and frequency. For frequency and voltage stability studies it is necessary to know equipment such as voltage and frequency regulators, consequently the mathematical modeling of several components is presented as dynamic as the excitation system, power system stabilizer (PSS) , speed regulation system, voltage regulation system (AVR), synchronous machine, steam turbine and hydraulic turbine. We need the modeling of them to design their respective controllers. In this investigation we also do the introduction to the Fuzzy controller and conventional PID controller as well as the tuning methods then we designed a controller that combines the two controllers and has more advantages as the hybrid PID-Fuzzy controller. After developing the modeling of the voltage and frequency regulator, we design the PID-Fuzzy controller, previously designed the PID control. The simulations of the voltage and frequency regulation systems without controller, with PID controller and with PID-Fuzzy controller were performed applying the Matlab-Simulink computational tool in the continuous time domain and the answers were investigated and discussed. / Mestre