Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-22T18:13:24Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-30T15:46:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-30T15:46:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Matheus Levi Paranaguá Pinheiro - 2016.pdf: 7647037 bytes, checksum: bf9bc878e354cc06e12bc89d9e7be3c6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-26 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Initially in this work, are presented the development and implementation of a new methodology to control the magnetic induction waveform, which was inserted into the automated measurement system for the characterization of soft magnetic materials, called SCaMMa. In the sequence, studies related to the magnetic hysteresis and to the magnetic losses, especially in silicon steels, are presented. The magnetic hysteresis in silicon steels has been analysed through the inverse version of the Jiles–Atherton classical model and through a modified one found in the literature. Concerning the determination of its parameters, the theory and the computational implementation of the heuristic method known as “Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)” have been addressed. Within this context, it was possible to investigate two drawbacks of the Jiles–Atherton model: i) the modeling of the so–called inner loops; and ii) the modeling of the minor loops. In the study of the magnetic losses in silicon steels, it was employed in this work the Bertotti´s model, which establishes the total magnetic losses division in three independent components: hysteresis losses, classical losses, and excess losses. It was investigated two versions of this model, so–called B1 and B2, in which the magnetic hysteresis losses are modeled respectively through the Steinmetz´s model and through the theory of two–portion hysteresis losses subdivision: the one so-called high induction hysteresis losses, and the other, low induction hysteresis losses. Due to some failures, a new approach was chosen reviewing two of the model coefficients calculation: the one related to the classic loss, and the other related to the excess loss. After this reviewing, the magnetic loss models could present predictions that are more exact. / Apresenta-se inicialmente neste trabalho o desenvolvimento e a implementação de uma nova metodologia para controlar a forma de onda da indução magnética, a qual foi inserida no sistema de medição automatizado para a caracterização de materiais magnéticos moles, denominado SCaMMa. Na sequência, apresentam-se estudos relativos à histerese magné- tica e às perdas magnéticas que ocorrem nesses materiais, especialmente os aços para fins elétricos. A histerese magnética em aços para fins elétricos foi abordada através da versão inversa do modelo clássico de Jiles–Atherton e através de uma versão modificada, encontrada na literatura, desse mesmo modelo. Em relação à determinação dos parâmetros desse modelo, são abordadas a teoria e a implementação computacional do método heurístico conhecido como “Algoritmo do Embaralhamento dos Sapos Saltitantes” (tradução livre de Shuffled Frog Leaping Algorithm (SFLA)). Nesse contexto, pôde-se investigar duas deficiências do modelo de Jiles–Atherton: modelagem dos laços de histerese ditos internos e modelagem dos laços de histerese menores. No estudo das perdas magnéticas em aços elétricos, empregou–se o modelo de Bertotti, o qual estabelece a divisão das perdas magnéticas totais em três componentes independentes: perdas por histerese, perdas clássicas e perdas em excesso. Foram investigadas duas versões desse modelo, os modelos denominados B1 e B2, nos quais as perdas por histerese são modeladas respectivamente através do modelo de Steinmetz e da teoria de subdivisão destas perdas em duas outras: perdas por histerese em altas e em baixas induções. Diante de alguns insucessos, optou-se por uma nova abordagem desse assunto, fazendo uma revisão do cálculo dos coeficientes relacionados à perda clássica e à perda em excesso desses modelos. Essa revisão se mostrou bastante efetiva, no sentido de que a partir de então, os modelos de previsão de perdas possibilitaram a obtenção de resultados mais exatos.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2018-05-25T12:16:21Z No. of bitstreams: 1 lucasalvesdealmeida.pdf: 7514122 bytes, checksum: a0029ec07180541f754e98112ec47b6b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-06-14T11:52:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 lucasalvesdealmeida.pdf: 7514122 bytes, checksum: a0029ec07180541f754e98112ec47b6b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-14T11:52:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 lucasalvesdealmeida.pdf: 7514122 bytes, checksum: a0029ec07180541f754e98112ec47b6b (MD5) Previous issue date: 2018-02-27 / Sistemas eletromecânicos são de grande importância atualmente, e a procura por maior eficiência e desempenho aliados a um menor custo justificam a busca por alternativas tanto em topologia quanto no controle e acionamento de tais sistemas. A máquina de relutância chaveada é capaz de cumprir estes requisitos e tem despertado o interesse de pesquisadores e empresas nos últimos anos, emergindo como uma alternativa viável em diversas aplicações. Porém, esta máquina possui características singulares. Por conta de sua estrutura duplamente saliente, seu funcionamento correto depende da aplicação de pulsos de corrente por determinados intervalos de tempo, e na sequência correta, seus parâmetros são variáveis no tempo, apresentando um comportamento com características não-lineares. Tais particularidades fazem com que seja difícil controlar o torque destas máquinas, as quais possuem a tendência de apresentar altas oscilações durante a mudança da excitação de cada fase. Este trabalho tem por objetivo contribuir com o estudo da modelagem e do acionamento de uma máquina de relutância chaveada. É apresentada sua modelagem matemática e um modelo de simulação que leva em consideração as não linearidades existentes. Em seguida são apresentadas técnicas de controle de corrente que incluem um regulador de histerese, um controlador PI e um controlador por modos deslizantes. Também é utilizado um método capaz de determinar o momento em que cada fase deve ser acionada, baseado no ângulo do rotor, e uma técnica de variação dos ângulos de acionamento de maneira dinâmica, usados em conjunto com os controladores propostos. O trabalho também caracteriza e apresenta as funções de divisão de torque como uma maneira de reduzir drasticamente as oscilações de torque. São apresentadas as operações como motor e como gerador, bem como um exemplo de aplicação de modo a ilustrar ambos os modos de operação. / Electromechanical systems have a huge relevance nowadays, and seeking for improvements in efficiency and performance at the lowest cost make valid to identify topological and control alternatives of these systems. The switched reluctance machine is capable to fulfill such requirements and emerges as an interesting field of research. Academics and industrial works shows that it is a promising alternative in several applications. However, this machine presents unique characteristics, like the doubly salient structure, the necessity to apply phase currents in a sequence determined by the stator/rotor pole ratio, its time variantparameters,andthestrongnonlinearcharacteristics. Suchsingularitiesmaketorque control hard, as it tends to present high ripples and makes a lot of noise. This thesis aims to contribute on switched reluctance machine modeling and drive system. A mathematical model is presented, and also a simulation model that accounts for nonlinearities, making possible to simulate the machine accurately in a computational environment. A hysteresis regulator, a PI controller and a sliding mode controller are designed and simulated. An algorithm to determine when each phase should be excited based on rotor angle is used, and a technique to change such firing angles dynamically is developed that can be used along with current control methods presented. The work also defines and presents torque sharing functions as a way to greatly reduce torque ripple. Motor and generator operation are contemplated, and both modes are illustrated in an application example.

Orientador: Prof. Dr. Luiz Alberto Luz de Almeida / Coorientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Capovilla / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Santo André, 2018. / O trabalho apresenta uma extensao da limitacao estatica Loop Proximity (..2..) do modelo de histerese para incorporar a componente reversivel de magnetizacao dependente de taxa para modelar nucleos de ferrite de energia e, possivelmente, materiais ferromagneticos baseados em ferro e niquel para aplicacoes de baixa frequencia. O modelo proposto e baseado em a combinacao do modelo estatico (..2..) com um filtro discreto dinamico linear de uma resposta de impulso infinita. Dois casos em que a histerese depende da frequencia de excitacao apresentada usando dados sinteticos para validar a capacidade do modelo para representar o comportamento de nucleos fisicos reais. A tecnica de otimizacao por enxames de particulas e empregada como um metodo para estimacao de parametros no resultado modelo estatico-dinamico nao linear. Os resultados da simulacao sao apresentados indicando que trouxemos a comunidade eletronica de potencia um modelo de nucleo promissor e alternativo para componentes magneticos usado em fontes de energia renovaveis. / We present an extension of the static Limiting Loop Proximity ..2.. hysteresis model to incorporate reversible magnetization and rate-dependency to model power ferrite cores and, possibly, ferromagnetic materials based on iron and nickel for low-frequency applications. The proposed model is based on the combination of the ..2.. static model with a dynamical discrete linear filter of an infinite impulse response. Two cases where the hysteresis depends on the excitation frequency are presented using synthetic data to validate de capacity of the model to behave as real physical cores. The particle swarm optimization is employed as a method for parameter estimation in the resulting nonlinear static-dynamic model. Simulation results are presented indicating that we brought to the power electronic community apromising and alternative core model for magnetic components used in renewable power sources.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Considera-se neste trabalho um modelo matemático para escoamentos com duas e três fases em reservatórios petrolíferos e a modelagem computacional do sistema de equações governantes para a sua solução numérica. Os fluidos são imiscíveis e incompressíveis e as heterogeneidades da rocha reservatório são modeladas estocasticamente. Além disso, é modelado o fenômeno de histerese para a fase óleo via funções de permeabilidades relativas. No caso de escoamentos trifásicos água-óleo-gás a escolha de expressões gerais para as funções de permeabilidades relativas pode levar à perda de hiperbolicidade estrita e, desta maneira, à existência de uma região elíptica ou de pontos umbílicos para o sistema não linear de leis de conservação hiperbólicas que descreve o transporte convectivo das fases fluidas. Como conseqüência, a perda de hiperbolicidade estrita pode levar à existência de choques não clássicos (também chamados de choques transicionais ou choques subcompressivos) nas soluções de escoamentos trifásicos, de difícil simulação numérica. Indica-se um método numérico com passo de tempo fracionário, baseado em uma técnica de decomposição de operadores, para a solução numérica do sistema governante de equações diferenciais parciais que modela o escoamento bifásico água-óleo imiscível em reservatórios de petróleo heterogêneos. Um simulador numérico bifásico água-óleo eficiente desenvolvido pelo grupo de pesquisa no qual o autor está inserido foi modificado com sucesso para incorporar a histerese sob as hipóteses consideradas. Os resultados numéricos obtidos para este caso indicam fortes evidências que o método proposto pode ser estendido para o caso trifásico água-óleo-gás. A técnica de decomposição de operadores em dois níveis permite o uso de passos de tempo distintos para os quatro problemas definidos pelo procedimento de decomposição: convecção, difusão, pressão-velocidade e relaxação para histerese. O problema de transporte convectivo (hiperbólico) das fases fluidas é aproximado por um esquema central de diferenças finitas explícito, conservativo, não oscilatório e de segunda ordem. Este esquema é combinado com elementos finitos mistos, localmente conservativos, para a aproximação dos problemas de transporte difusivo (parabólico) e de pressão-velocidade (elíptico). O operador temporal associado ao problema parabólico de difusão é resolvido fazendo-se uso de uma estratégia implícita de solução (Backward Euler). Uma equação diferencial ordinária é resolvida (analiticamente) para a relaxação relacionada à histerese. Resultados numéricos para o problema bifásico água-óleo em uma dimensão espacial em concordância com resultados semi-analíticos disponíveis na literatura foram reproduzidos e novos resultados em meios heterogêneos, em duas dimensões espaciais, são apresentados e a extensão desta técnica para o caso de problemas trifásicos água-óleo-gás é proposta. / We consider in this work a mathematical model for two- and three-phase flow problems in petroleum reservoirs and the computational modeling of the governing equations for its numerical solution. We consider two- (water-oil) and three-phase (water-gas-oil) incompressible, immiscible flow problems and the reservoir rock is considered to be heterogeneous. In our model, we also take into account the hysteresis effects in the oil relative permeability functions. In the case of three-phase flow, the choice of general expressions for the relative permeability functions may lead to the loss of strict hyperbolicity and, therefore, to the existence of an elliptic region or umbilic points for the system of nonlinear hyperbolic conservation laws describing the convective transport of the fluid phases. As a consequence, the loss of hyperbolicity may lead to the existence of nonclassical shocks (also called transitional shocks or undercompressive shocks) in three-phase flow solutions. We present a new, accurate fractional time-step method based on an operator splitting technique for the numerical solution of a system of partial differential equations modeling two-phase, immiscible water-oil flow problems in heterogeneous petroleum reservoirs. An efficient two-phase water-oil numerical simulator developed by our research group was sucessfuly extended to take into account hysteresis effects under the hypotesis previously annouced. The numerical results obtained by the procedure proposed indicate numerical evidence the method at hand can be extended for the case of related three-phase water-gas-oil flow problems. A two-level operator splitting technique allows for the use of distinct time steps for the four problems defined by the splitting procedure: convection, diffusion, pressure-velocity and relaxation for hysteresis. The convective transport (hyperbolic) of the fluid phases is approximated by a high resolution, nonoscillatory, second-order, conservative central difference scheme in the convection step. This scheme is combined with locally conservative mixed finite elements for the numerical solution of the diffusive transport (parabolic) and the pressure-velocity (elliptic) problems. The time discretization of the parabolic problem is performed by means of the implicit Backward Euler method. An ordinary diferential equation is solved (analytically) for the relaxation related to hysteresis. Two-phase water-oil numerical results in one space dimensional, in which are in a very good agreement with semi-analitycal results available in the literature, were computationaly reproduced and new numerical results in two dimensional heterogeneous media are also presented and the extension of this technique to the case of three-phase water-oil-gas flows problems is proposed.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Considera-se neste trabalho um modelo matemático para escoamentos com duas e três fases em reservatórios petrolíferos e a modelagem computacional do sistema de equações governantes para a sua solução numérica. Os fluidos são imiscíveis e incompressíveis e as heterogeneidades da rocha reservatório são modeladas estocasticamente. Além disso, é modelado o fenômeno de histerese para a fase óleo via funções de permeabilidades relativas. No caso de escoamentos trifásicos água-óleo-gás a escolha de expressões gerais para as funções de permeabilidades relativas pode levar à perda de hiperbolicidade estrita e, desta maneira, à existência de uma região elíptica ou de pontos umbílicos para o sistema não linear de leis de conservação hiperbólicas que descreve o transporte convectivo das fases fluidas. Como conseqüência, a perda de hiperbolicidade estrita pode levar à existência de choques não clássicos (também chamados de choques transicionais ou choques subcompressivos) nas soluções de escoamentos trifásicos, de difícil simulação numérica. Indica-se um método numérico com passo de tempo fracionário, baseado em uma técnica de decomposição de operadores, para a solução numérica do sistema governante de equações diferenciais parciais que modela o escoamento bifásico água-óleo imiscível em reservatórios de petróleo heterogêneos. Um simulador numérico bifásico água-óleo eficiente desenvolvido pelo grupo de pesquisa no qual o autor está inserido foi modificado com sucesso para incorporar a histerese sob as hipóteses consideradas. Os resultados numéricos obtidos para este caso indicam fortes evidências que o método proposto pode ser estendido para o caso trifásico água-óleo-gás. A técnica de decomposição de operadores em dois níveis permite o uso de passos de tempo distintos para os quatro problemas definidos pelo procedimento de decomposição: convecção, difusão, pressão-velocidade e relaxação para histerese. O problema de transporte convectivo (hiperbólico) das fases fluidas é aproximado por um esquema central de diferenças finitas explícito, conservativo, não oscilatório e de segunda ordem. Este esquema é combinado com elementos finitos mistos, localmente conservativos, para a aproximação dos problemas de transporte difusivo (parabólico) e de pressão-velocidade (elíptico). O operador temporal associado ao problema parabólico de difusão é resolvido fazendo-se uso de uma estratégia implícita de solução (Backward Euler). Uma equação diferencial ordinária é resolvida (analiticamente) para a relaxação relacionada à histerese. Resultados numéricos para o problema bifásico água-óleo em uma dimensão espacial em concordância com resultados semi-analíticos disponíveis na literatura foram reproduzidos e novos resultados em meios heterogêneos, em duas dimensões espaciais, são apresentados e a extensão desta técnica para o caso de problemas trifásicos água-óleo-gás é proposta. / We consider in this work a mathematical model for two- and three-phase flow problems in petroleum reservoirs and the computational modeling of the governing equations for its numerical solution. We consider two- (water-oil) and three-phase (water-gas-oil) incompressible, immiscible flow problems and the reservoir rock is considered to be heterogeneous. In our model, we also take into account the hysteresis effects in the oil relative permeability functions. In the case of three-phase flow, the choice of general expressions for the relative permeability functions may lead to the loss of strict hyperbolicity and, therefore, to the existence of an elliptic region or umbilic points for the system of nonlinear hyperbolic conservation laws describing the convective transport of the fluid phases. As a consequence, the loss of hyperbolicity may lead to the existence of nonclassical shocks (also called transitional shocks or undercompressive shocks) in three-phase flow solutions. We present a new, accurate fractional time-step method based on an operator splitting technique for the numerical solution of a system of partial differential equations modeling two-phase, immiscible water-oil flow problems in heterogeneous petroleum reservoirs. An efficient two-phase water-oil numerical simulator developed by our research group was sucessfuly extended to take into account hysteresis effects under the hypotesis previously annouced. The numerical results obtained by the procedure proposed indicate numerical evidence the method at hand can be extended for the case of related three-phase water-gas-oil flow problems. A two-level operator splitting technique allows for the use of distinct time steps for the four problems defined by the splitting procedure: convection, diffusion, pressure-velocity and relaxation for hysteresis. The convective transport (hyperbolic) of the fluid phases is approximated by a high resolution, nonoscillatory, second-order, conservative central difference scheme in the convection step. This scheme is combined with locally conservative mixed finite elements for the numerical solution of the diffusive transport (parabolic) and the pressure-velocity (elliptic) problems. The time discretization of the parabolic problem is performed by means of the implicit Backward Euler method. An ordinary diferential equation is solved (analytically) for the relaxation related to hysteresis. Two-phase water-oil numerical results in one space dimensional, in which are in a very good agreement with semi-analitycal results available in the literature, were computationaly reproduced and new numerical results in two dimensional heterogeneous media are also presented and the extension of this technique to the case of three-phase water-oil-gas flows problems is proposed.