Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T13:59:41Z No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T14:45:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T14:45:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 matusalemmartinslanes.pdf: 4522800 bytes, checksum: ac1de438a4f04cff12834dc34400887e (MD5) Previous issue date: 2006-08-09 / Esta dissertação apresenta estudos sobre um limitador eletrônico de corrente de curto-circuito (FCL – Fault Current Limiter) ressonante controlado por dispositivos semicondutores de potência. Inicialmente são discutidas a operação de duas topologias de circuitos ressonantes ideais como limitadores de corrente de curto-circuito. A análise desses circuitos é usada para derivar uma topologia alternativa para o limitador baseada da conexão de um circuito ressonante série e outro paralelo. Modelos digitais implementados no pacote de simulação SimPowerSystem/MATLAB são usados para investigar o desempenho do limitador proposto para proteger um sistema elétrico contra correntes de curto-circuito. Funções de transferência dos modelos linearizados dos limitadores são utilizados para identificar o efeito de cada elemento do FCL sobre sua estabilidade e resposta transitória. Os resultados obtidos são usados para modificar a topologia do FCL com objetivo melhorar sua resposta dinâmica. São investigados também sistemas para detecção de falhas e falsas falhas e também um sistema de sincronismo e disparo para os tiristores de potência robusto mediante variações de amplitude e freqüência. / This dissertation presents a study of a resonant fault current limiter (FCL) controlled by power semiconductor devices. Initially the operation of two ideal resonant circuit topologies as fault current limiter are discussed. The analysis of these circuits is used to derive an alternative topology to the fault current limiter based on the connection of a series and a parallel resonant circuit. Digital models are implemented in the SimPowerSystem/Matlab simulation package to investigate the performance of the proposed FCL to protect transmission and distribution electric networks against shortcircuit currents. Transferfunctions of the linear limiter models are used to identify the effect of each element of the FCL over its stability and its transient response. The developed analysis will be used to derive modifications in the FCL topology in such a way to improve their dynamic response. Systems for failures and false failures also are investigated as well as a synchronism and shot system for thyristors of robust power by means of amplitude and frequency variations.

Um tema relevante de pesquisa em pneumologia atualmente é a contratilidade de via aérea, e como a mesma é modulada por estímulos mecânicos e farmacológicos. De modo a contribuir com este campo de pesquisa, este projeto tem por objetivo a execução de medições de grandezas associadas à mecânica respiratória de vias aéreas isoladas in vitro para avaliar sua resposta a estímulos externos como alterações de pressão transmural, estiramento, poluentes e drogas. Para tal finalidade, foi integrada uma nova instrumentação de processamento de imagens e condicionamento/estimulação de tecidos aos equipamentos já em uso em diversas pesquisas pelo Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Este ambiente foi testado em corpos de prova; foi avaliado o efeito da pressão transmural na mecânica de traqueias e o ambiente foi utilizado na análise do efeito de bronco-constritores na mecânica respiratória de traqueias decelularizadas (utilizadas em transplante traqueal). Os testes em corpos de prova demonstraram a capacidade do ambiente em executar as medidas de interesse; os estudos com pressão transmural quantificaram a expansão das paredes da traqueia com o incremento da pressão interna e os estudos com traqueias decelularizadas mostram que as mesmas não respondem a broncoconstritores, ao contrário de traqueias normais que apresentaram indícios de contração. Desta forma, o ambiente foi capaz de realizar pesquisas de contratilidade de via aérea, demonstrando indícios da insensibilidade de traqueias decelularizadas a bronco-constritores. / Currently, a relevant field in the research of pulmonology is the contractibility of airways, and their modulation through mechanical and pharmacological stimuli. In order to contribute to this research, the goal of this project is to execute measurements of respiratory mechanic indicators to assess the behavior of isolated airways in vitro to external stimuli such as modifications in transmural pressure, dynamic stretching, pollution and drugs. For this purpose a new image processing and tissue conditioning/stimulation environment was integrated with the existing instrumentation already in use by the Biomedical Engineering Laboratory in the Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. The environment was tested in tubular structures mimicking airways, the effect of transmural pressure in the respiratory mechanics of trachea was assessed and the environment was used in the research of the effect that bronchoconstrictor drugs have on the respiratory mechanics of decellularized tracheas (used in tracheal transplants). The tests in tubular structures proved the environments capacity to execute the desired measurements; the expansion of the tracheal walls with the rise of internal pressure was quantified and the experiments with decellularized tracheas show that they are not responsive to bronchoconstrictor durgs, opposite to normal tracheas that presented evidences of contraction. The environment succeeded in the execution of research of airway contractibility and demonstrated evidences of insensitivity of decellularized trachea to bronchoconstrictor drugs.

Um tema relevante de pesquisa em pneumologia atualmente é a contratilidade de via aérea, e como a mesma é modulada por estímulos mecânicos e farmacológicos. De modo a contribuir com este campo de pesquisa, este projeto tem por objetivo a execução de medições de grandezas associadas à mecânica respiratória de vias aéreas isoladas in vitro para avaliar sua resposta a estímulos externos como alterações de pressão transmural, estiramento, poluentes e drogas. Para tal finalidade, foi integrada uma nova instrumentação de processamento de imagens e condicionamento/estimulação de tecidos aos equipamentos já em uso em diversas pesquisas pelo Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Este ambiente foi testado em corpos de prova; foi avaliado o efeito da pressão transmural na mecânica de traqueias e o ambiente foi utilizado na análise do efeito de bronco-constritores na mecânica respiratória de traqueias decelularizadas (utilizadas em transplante traqueal). Os testes em corpos de prova demonstraram a capacidade do ambiente em executar as medidas de interesse; os estudos com pressão transmural quantificaram a expansão das paredes da traqueia com o incremento da pressão interna e os estudos com traqueias decelularizadas mostram que as mesmas não respondem a broncoconstritores, ao contrário de traqueias normais que apresentaram indícios de contração. Desta forma, o ambiente foi capaz de realizar pesquisas de contratilidade de via aérea, demonstrando indícios da insensibilidade de traqueias decelularizadas a bronco-constritores. / Currently, a relevant field in the research of pulmonology is the contractibility of airways, and their modulation through mechanical and pharmacological stimuli. In order to contribute to this research, the goal of this project is to execute measurements of respiratory mechanic indicators to assess the behavior of isolated airways in vitro to external stimuli such as modifications in transmural pressure, dynamic stretching, pollution and drugs. For this purpose a new image processing and tissue conditioning/stimulation environment was integrated with the existing instrumentation already in use by the Biomedical Engineering Laboratory in the Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. The environment was tested in tubular structures mimicking airways, the effect of transmural pressure in the respiratory mechanics of trachea was assessed and the environment was used in the research of the effect that bronchoconstrictor drugs have on the respiratory mechanics of decellularized tracheas (used in tracheal transplants). The tests in tubular structures proved the environments capacity to execute the desired measurements; the expansion of the tracheal walls with the rise of internal pressure was quantified and the experiments with decellularized tracheas show that they are not responsive to bronchoconstrictor durgs, opposite to normal tracheas that presented evidences of contraction. The environment succeeded in the execution of research of airway contractibility and demonstrated evidences of insensitivity of decellularized trachea to bronchoconstrictor drugs.

É apresentado um sistema para redução do tempo de calibração e compensação de sensores piezoresistivos de pressão para aplicações de automação e controle com características de alto desempenho, com compensação de diversas fontes de erro, especialmente, compensação de não-linearidade e influência da temperatura na medição, baseado em uma concepção que privilegia a precisão e exatidão da medida, a qualidade e a confiabilidade. O sistema projetado permite a automação do processo de calibração e compensação térmica de transmissores de pressão por meio de um sistema de medição e programação múltiplo, que possibilita a aquisição dos sinais em um único computador para até 16 transmissores simultâneos, aperfeiçoando o tempo total do processo, permitindo efetuar essa operação para uma produção a nível industrial. O tempo total do processo de compensação e calibração de mais de um transmissor foi reduzido em aproximadamente 6 horas por cada transmissor adicional. No caso de 16 transmissores o sistema sem multiplexação demoraria 114 horas enquanto o sistema com multiplexação demora 24 horas para efetuar o processo completo, representando uma diminuição de 78,9% no tempo total do processo. Os transmissores calibrados e compensados usando o sistema de multiplexação apresentam TEB menor que 0,1% FS, mostrando que o sistema projetado permite que os transmissores de pressão produzidos cumpram com características de desempenho iguais às atingidas pelo sistema de compensação e calibração simples. / Is presented a system for time optimization of the calibration and compensation process of piezoresistive pressure sensors for automation and control applications with high performance characteristics, with compensation of several error sources, specially, compensation of temperature dependencies and nonlinearity, based in an approach that privileges accuracy and precision in the measurements, quality and reliability. The designed system enables the automation of the calibration process and temperature compensation of pressure transmitters through a measuring and multiple programming system that enables the acquisition of signals on a single computer for up to 16 simultaneous transmitters, improving the overall process time, allowing to perform this operation for a production of industrial level. The total process time of compensation and calibration of more than one transmitter has been reduced by about 6 hours for each additional transmitter. In the case of 16 transmitters, the system without multiplexing would take 114 hours while the system with multiplexing takes 24 hours to make the entire process, representing a decrease of 78.9% in the total process time. The transmitters calibrated and compensated using the multiplexing system have TEB less than 0.1% FS, showing that the designed system allows pressure transmitters produced comply with performance characteristics equal to those achieved by the original compensation and calibration system.

A geração solar fotovoltaica em painéis de silício tem se destacado como uma maneira limpa e renovável de atender à demanda por energia elétrica. Este trabalho apresenta o projeto, construção e testes de um sistema autônomo para obtenção da curva IV e caracterização de painéis fotovoltaicos comerciais instalados em campo. Após um estudo do problema de medição de painéis solares, uma especificação da Solução foi concebida. Com base na especificação, foram realizados o projeto elétrico, a construção de protótipos, a escrita do software de medição e os testes de validação em laboratório. Para validação definitiva do hardware desenvolvido, foram realizados testes em campo utilizando um painel solar comercial. Após a tomada de dados e análise dos resultados, conclui-se que o dispositivo concebido atende aos requisitos especificados e cumpre sua proposta inicial. A metodologia empregada neste trabalho pode ser utilizada para geração de outros instrumentos com finalidade similar ou idêntica. / Photovoltaic solar generators, using silicon panels, have grown popular as a clean and renewable way to supply electrical energy. This work presents the project, construction and testing of an autonomous system for IV curve tracing and characterization of commercial photovoltaic panels deployed in the field. After a study how to properly measure solar panels, a Solution was put in a form of a specification. From specifications, the following phases took place: electrical project, prototype construction, software development and lab testing. To perform final validation of the developed hardware, a field test with a commercial solar panel was performed. After collecting and analyzing data from, it was concluded that the design fulfills the required specifications and intended goals. The methodology employed in this work and be utilized to generate other measuring instruments with similar or identical function.

É apresentado um sistema para redução do tempo de calibração e compensação de sensores piezoresistivos de pressão para aplicações de automação e controle com características de alto desempenho, com compensação de diversas fontes de erro, especialmente, compensação de não-linearidade e influência da temperatura na medição, baseado em uma concepção que privilegia a precisão e exatidão da medida, a qualidade e a confiabilidade. O sistema projetado permite a automação do processo de calibração e compensação térmica de transmissores de pressão por meio de um sistema de medição e programação múltiplo, que possibilita a aquisição dos sinais em um único computador para até 16 transmissores simultâneos, aperfeiçoando o tempo total do processo, permitindo efetuar essa operação para uma produção a nível industrial. O tempo total do processo de compensação e calibração de mais de um transmissor foi reduzido em aproximadamente 6 horas por cada transmissor adicional. No caso de 16 transmissores o sistema sem multiplexação demoraria 114 horas enquanto o sistema com multiplexação demora 24 horas para efetuar o processo completo, representando uma diminuição de 78,9% no tempo total do processo. Os transmissores calibrados e compensados usando o sistema de multiplexação apresentam TEB menor que 0,1% FS, mostrando que o sistema projetado permite que os transmissores de pressão produzidos cumpram com características de desempenho iguais às atingidas pelo sistema de compensação e calibração simples. / Is presented a system for time optimization of the calibration and compensation process of piezoresistive pressure sensors for automation and control applications with high performance characteristics, with compensation of several error sources, specially, compensation of temperature dependencies and nonlinearity, based in an approach that privileges accuracy and precision in the measurements, quality and reliability. The designed system enables the automation of the calibration process and temperature compensation of pressure transmitters through a measuring and multiple programming system that enables the acquisition of signals on a single computer for up to 16 simultaneous transmitters, improving the overall process time, allowing to perform this operation for a production of industrial level. The total process time of compensation and calibration of more than one transmitter has been reduced by about 6 hours for each additional transmitter. In the case of 16 transmitters, the system without multiplexing would take 114 hours while the system with multiplexing takes 24 hours to make the entire process, representing a decrease of 78.9% in the total process time. The transmitters calibrated and compensated using the multiplexing system have TEB less than 0.1% FS, showing that the designed system allows pressure transmitters produced comply with performance characteristics equal to those achieved by the original compensation and calibration system.

A geração solar fotovoltaica em painéis de silício tem se destacado como uma maneira limpa e renovável de atender à demanda por energia elétrica. Este trabalho apresenta o projeto, construção e testes de um sistema autônomo para obtenção da curva IV e caracterização de painéis fotovoltaicos comerciais instalados em campo. Após um estudo do problema de medição de painéis solares, uma especificação da Solução foi concebida. Com base na especificação, foram realizados o projeto elétrico, a construção de protótipos, a escrita do software de medição e os testes de validação em laboratório. Para validação definitiva do hardware desenvolvido, foram realizados testes em campo utilizando um painel solar comercial. Após a tomada de dados e análise dos resultados, conclui-se que o dispositivo concebido atende aos requisitos especificados e cumpre sua proposta inicial. A metodologia empregada neste trabalho pode ser utilizada para geração de outros instrumentos com finalidade similar ou idêntica. / Photovoltaic solar generators, using silicon panels, have grown popular as a clean and renewable way to supply electrical energy. This work presents the project, construction and testing of an autonomous system for IV curve tracing and characterization of commercial photovoltaic panels deployed in the field. After a study how to properly measure solar panels, a Solution was put in a form of a specification. From specifications, the following phases took place: electrical project, prototype construction, software development and lab testing. To perform final validation of the developed hardware, a field test with a commercial solar panel was performed. After collecting and analyzing data from, it was concluded that the design fulfills the required specifications and intended goals. The methodology employed in this work and be utilized to generate other measuring instruments with similar or identical function.

Desde seu lançamento, em 2002, a Norma IEC 61850 vem evoluindo para se tornar o padrão adotado nos Sistemas de Automação de Subestações. Dentre seus vários aspectos, destacam- se os serviços de tempo real, que permitem a implementação de funções de automação e de proteção dentro da subestação através da troca de mensagens específicas entre Dispositivos Eletrônicos Inteligentes através de um barramento digital de rede de dados. O objetivo central deste trabalho é explorar algumas das questões que envolvem a implementação de uma classe de serviços de tempo real: a transmissão de valores amostrados através de Serviços SMV, definidos pela Norma IEC 61850-9. Primeiramente, apresenta-se um breve resumo das principais características da Norma IEC 61850 que possibilitam o atendimento dos três requisitos por ela estabelecidos como base: a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes, a versatilidade na configuração e reconfiguração do Sistema de Automação da Subestação, e a possibilidade de implementação de novas tecnologias. Em seguida, explora-se com maior profundidade todos os aspectos relevantes à implementação dos Serviços SMV. Devido à complexidade deste assunto, o autor propõe abordá-lo sob a ótica de cinco tópicos interdependentes: variações da Norma IEC 61850-9, confiabilidade do barramento de processo, sincronismo de tempo, análise da qualidade da medição e segurança cibernética. Com base nos resultados apresentados neste estudo, propõem-se duas plataformas, um protótipo de Transformador de Potencial Óptico e um protótipo de Relé de Proteção Diferencial para transformadores de potência, com o objetivo de explorar alguns dos aspectos pertinentes à implementação de um barramento de processo de acordo com a Norma IEC 61850-9. Também foram realizados testes de geração e transmissão de mensagens contendo valores de amostras de tensão/corrente do sistema elétrico (denominadas de SV Messages) com a finalidade de implementá-las de fato e avaliar as ferramentas de mercado disponíveis. Por fim foi proposto um modelo para a simulação do sistema de potência em conjunto com a rede de comunicação utilizando o programa Matlab/Simulink. O autor espera que este trabalho contribua para esclarecer os vários conceitos envolvidos na implementação do barramento de processo definido pela Norma IEC 61850-9, auxiliando na pesquisa e no desenvolvimento de novas ferramentas e dispositivos, e no aprimoramento da Norma IEC 61850. / Since its introduction, in 2002, the IEC 61850 Standard has been evolved to become the standard adopted in Substation Automation Systems. Among its various aspects it can be highlighted the real-time services, which allows the implementation of automation and protection functions within the substation by exchanging specific messages between Intelligent Electronic Devices via a digital data bus network. The main objective of this text is to explore some issues about the implementation of one class of real-time services: the transmission of sampled values through SMV Services, defined by IEC 61850-9 Standard. First, it is presented a brief summary of the main features of IEC 61850 Standard which allows it to meet the three main requirements on this standard: interoperability between devices from different manufacturers, versatility in configuration and reconfiguration of Substation Automation System, and possibility of implementation of new technologies. Next, it is explored, with more details, all aspects involved in the implementation of SMV Services. Due to the complexity of this subject, the author proposes approaches it from the perspective of five interdependent topics: variations of IEC 61850-9 Standard, process bus reliability, time synchronism, analysis of measurement quality, and cyber security. Based on results presented two platforms are proposed, an Optical Voltage Transformer prototype and a Differential Protection Relay prototype for power transformers, in order to explore some of aspects related to the implementation of a process bus according to IEC 61850-9 Standard. It was executed also some tests of generation and transmission of messages containing samples values of voltage/current from power system (referred as SV Messages) in order to implement them in fact, and to evaluate available market tools. At the end it is propoused a model for simulation of power system and network communication using Matlab/Simulink software. The author hopes this work may contribute to clarify the various concepts involved in the implementation of a process bus according to IEC 61850-9 Standard, aiding in research and development of new tools and devices, and improvement of IEC 61850 Standard.

Desde seu lançamento, em 2002, a Norma IEC 61850 vem evoluindo para se tornar o padrão adotado nos Sistemas de Automação de Subestações. Dentre seus vários aspectos, destacam- se os serviços de tempo real, que permitem a implementação de funções de automação e de proteção dentro da subestação através da troca de mensagens específicas entre Dispositivos Eletrônicos Inteligentes através de um barramento digital de rede de dados. O objetivo central deste trabalho é explorar algumas das questões que envolvem a implementação de uma classe de serviços de tempo real: a transmissão de valores amostrados através de Serviços SMV, definidos pela Norma IEC 61850-9. Primeiramente, apresenta-se um breve resumo das principais características da Norma IEC 61850 que possibilitam o atendimento dos três requisitos por ela estabelecidos como base: a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes, a versatilidade na configuração e reconfiguração do Sistema de Automação da Subestação, e a possibilidade de implementação de novas tecnologias. Em seguida, explora-se com maior profundidade todos os aspectos relevantes à implementação dos Serviços SMV. Devido à complexidade deste assunto, o autor propõe abordá-lo sob a ótica de cinco tópicos interdependentes: variações da Norma IEC 61850-9, confiabilidade do barramento de processo, sincronismo de tempo, análise da qualidade da medição e segurança cibernética. Com base nos resultados apresentados neste estudo, propõem-se duas plataformas, um protótipo de Transformador de Potencial Óptico e um protótipo de Relé de Proteção Diferencial para transformadores de potência, com o objetivo de explorar alguns dos aspectos pertinentes à implementação de um barramento de processo de acordo com a Norma IEC 61850-9. Também foram realizados testes de geração e transmissão de mensagens contendo valores de amostras de tensão/corrente do sistema elétrico (denominadas de SV Messages) com a finalidade de implementá-las de fato e avaliar as ferramentas de mercado disponíveis. Por fim foi proposto um modelo para a simulação do sistema de potência em conjunto com a rede de comunicação utilizando o programa Matlab/Simulink. O autor espera que este trabalho contribua para esclarecer os vários conceitos envolvidos na implementação do barramento de processo definido pela Norma IEC 61850-9, auxiliando na pesquisa e no desenvolvimento de novas ferramentas e dispositivos, e no aprimoramento da Norma IEC 61850. / Since its introduction, in 2002, the IEC 61850 Standard has been evolved to become the standard adopted in Substation Automation Systems. Among its various aspects it can be highlighted the real-time services, which allows the implementation of automation and protection functions within the substation by exchanging specific messages between Intelligent Electronic Devices via a digital data bus network. The main objective of this text is to explore some issues about the implementation of one class of real-time services: the transmission of sampled values through SMV Services, defined by IEC 61850-9 Standard. First, it is presented a brief summary of the main features of IEC 61850 Standard which allows it to meet the three main requirements on this standard: interoperability between devices from different manufacturers, versatility in configuration and reconfiguration of Substation Automation System, and possibility of implementation of new technologies. Next, it is explored, with more details, all aspects involved in the implementation of SMV Services. Due to the complexity of this subject, the author proposes approaches it from the perspective of five interdependent topics: variations of IEC 61850-9 Standard, process bus reliability, time synchronism, analysis of measurement quality, and cyber security. Based on results presented two platforms are proposed, an Optical Voltage Transformer prototype and a Differential Protection Relay prototype for power transformers, in order to explore some of aspects related to the implementation of a process bus according to IEC 61850-9 Standard. It was executed also some tests of generation and transmission of messages containing samples values of voltage/current from power system (referred as SV Messages) in order to implement them in fact, and to evaluate available market tools. At the end it is propoused a model for simulation of power system and network communication using Matlab/Simulink software. The author hopes this work may contribute to clarify the various concepts involved in the implementation of a process bus according to IEC 61850-9 Standard, aiding in research and development of new tools and devices, and improvement of IEC 61850 Standard.