Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-05T17:06:52Z No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T11:52:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T11:52:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermemarciosoares.pdf: 5349685 bytes, checksum: 1085aed638a3213e03844d5e5e68f7d1 (MD5) Previous issue date: 2014-06-25 / Este trabalho propõe um sistema inteligente de iluminação pública utilizando diodos emissores de luz (LEDs). Neste âmbito, é proposta uma topologia para o acionamento dos LEDs com controle de intensidade luminosa. Além disso, funções adicionais são propostas de modo a expandir o conjunto de funcionalidades da luminária. Para o acionamento dos LEDs foi desenvolvido um conversor baseado na topologia Ćuk operando em modo de condução descontínuo (DCM) com um interruptor estático em série com a carga, sendo uma solução para o acionamento de LEDs de estágio único. Deste modo, este conversor foi projetado para desempenhar simultaneamente as funções de correção do fator de potência e controle da potência na carga. Através da análise da resposta fotométrica dos diodos emissores de luz perante ondulações de baixa frequência em sua corrente, foi possível criar uma metodologia de projeto que evita o uso de capacitores eletrolíticos no circuito de acionamento dos LEDs, aumentando assim a confiabilidade do sistema. A modelagem e o controle do conversor também foram feitas e estão mostradas no trabalho. De modo a controlar e gerenciar o sistema eletrônico da luminária, foi proposta uma arquitetura baseada no microcontrolador TM4C123GE6PM. Este sistema digital é responsável ainda por promover outras funcionalidades como controle automático de intensidade luminosa, proteção do circuito e ainda monitoramento de parâmetros de qualidade de energia da tensão de entrada do conversor, tais como afundamentos e elevações. A fim de avaliar experimentalmente o sistema proposto, foram desenvolvidos um programa de computador capaz de gerenciar as funcionalidades da luminária e um protótipo de 70W deste equipamento. Os resultados experimentais obtidos mostraram um bom desempenho tanto do circuito de acionamento dos LEDs, como das funcionalidades da luminária. / This paper proposes a smart lighting system based on light-emitting diodes (LEDs) for street lighting applications. In this context, a power converter with dimming capability was designed. Furthermore, additional functions are proposed in order to expand the feature set of the luminaire. To drive the LEDs, a topology based on Ćuk converter operating in discontinuous conduction mode (DCM) with an electronic switch in series with the load was proposed. This converter was designed to perform simultaneously the functions of power factor correction and power control, being a single-stage LED driver solution. By analyzing the LEDs photometric response due to low-frequency current ripple, a design methodology that avoids the use of electrolytic capacitors in the proposed converter was developed. The modeling and control of the converter were also done in order to ensure that the system is always operating within the desired specifications. To control and manage the electronic system of the luminaire, it was developed an architecture based on the microcontroller TM4C123GE6PM. Beside the aforementioned functions, this digital system was designed aiming the promotion of other features, such as automatic dimming, protection of the driver and even monitoring some power quality parameters related to the input voltage, such as sags and swells. In order to experimentally evaluate the proposed system, a software, able to manage the luminaire functionalities, and a 70W prototype were built. The experimental results demonstrated a good performance of the LED driver as well as the functionalities of the proposed luminaire.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-08T12:01:24Z No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T18:36:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T18:36:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) Previous issue date: 2017-11-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este documento apresenta uma nova técnica para a minimização da ondulação de baixa frequência, típica de conversores para o acionamento de LEDs alimentados a partir da rede elétrica. Esta estratégia baseia-se na modulação em baixa frequência da razão cíclica do conversor de modo que a ondulação de corrente possa ser reduzida e, consequentemente, as capacitâncias de filtragem do conversor possam ser minimizadas. Esta técnica foi desenvolvida para a aplicação em conversores de malha única, como é o caso de conversores de estágio único ou mesmo dois estágios integrados. A modulação da razão cíclica é projetada de maneira que o comportamento de baixa frequência das principais variáveis do conversor seja alterado, permitindo uma redução da ondulação da corrente de saída ao custo de um incremento cotrolado no conteúdo harmônico da corrente de entrada. Duas possíveis metodologias para a implementação da técnica proposta são discutidas ao longo do trabalho. A primeira envolve a injeção de harmônicas específicas no sinal da razão cíclica do conversor através de ramos adicionais na estrutura de controle. Esta abordagem foi aplicada para projetar um controlador de LEDs baseado em um conversor flyback e também em uma topologia integrada baseada na conexão cascata de dois conversores Buck-boost. Este estudo inicial foi expandido para outros conversores e uma análise generalizada acerca da influência da modulação da razão cíclica no comportamento de controladores de LED alimentados a partir da rede elétrica é apresentada. A segunda metodologia para a implementação da compensação ativa da ondulação de baixa frequência do conversor é baseada na otimização de um controlador proporcional-integral a fim de que tal elemento influencie não só no comportamento dinâmico do circuito, mas também na característica de baixa frequência do conversor. Por fim são discutidas as principais contribuições da tese e algumas propostas para trabalhos futuros são apresentadas / This document presents a novel approach for low-frequency output current ripple minimization in off-line light-emitting diode (LED) drivers. This strategy is based on the large-signal modulation of the duty-cycle so that the output ripple can be reduced and, consequently, the required filtering capacitances of the converter can be somehow decreased. This technique is devised to be used on converters in which a single control loop is employed, such as off-line single-stage or integrated converters. The duty-cycle modulation is used to change the shape of the main waveforms of the converter, especially the input and output currents. This allows for a reduction of the output current peak-to-peak ripple while the harmonic content of the input current is increased but kept within the limits imposed by the IEC standard. Two methodologies for implementing the proposed technique are discussed along the text. The first one is related to the injection of harmonic components to the duty cycle signal by means of additional branches inserted in the conventional control structure. This approach was applied to design an off-line flyback-based LED driver and also a circuit based on the Integrated Double Buck-boost converter. This first study was expanded to other topologies and a generalized analysis regarding the impact of the duty cycle modulation on off-line converters is then presented. The second methodology for implementing the ripple compensation is based on the optimization of a proportional-integral controller so that this element is designed to influence not only in the dynamic behavior of the circuit, but also in its low-frequency characteristic. Finally, the main contributions of this work are discussed and the proposals for future works are presented.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-23T14:07:17Z No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 22950240 bytes, checksum: 13f9d8db507365054c57ae6d1bfd91ae (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2016-09-26T20:30:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 22950240 bytes, checksum: 13f9d8db507365054c57ae6d1bfd91ae (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-26T20:30:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cristianogomescasagrande.pdf: 22950240 bytes, checksum: 13f9d8db507365054c57ae6d1bfd91ae (MD5) Previous issue date: 2016-04-14 / Os sistemas de iluminação pública (IP) no Brasil atravessam um momento de mudanças significativas, que implicam em novos paradigmas, desafios e perspectivas para o setor. Essas transformações começam com a transferência dos ativos de IP para os municípios, exigindo que os gestores municipais estejam preparados e capacitados para assumir esse serviço público essencial que anteriormente não era de sua responsabilidade. Além disso, novas tecnologias de iluminação, como os diodos emissores de luz (LEDs), surgem como alternativa às tecnologias convencionais, acarretando muitos impactos e alterações de conceitos no projeto, gestão e manutenção dos sistemas de IP. Assim, esta tese traça um panorama da iluminação pública no país, abrangendo questões referentes à gestão e manutenção do sistema, enfatizando os desafios ligados à transferência dos ativos de iluminação pública para os municípios, além da complexidade inerente à mudança de tecnologia para os LEDs. A discussão é organizada em duas vertentes principais: a gestão da IP, com ênfase nos desafios associados à transferência dos ativos; e a consolidação de novas tecnologias, sobretudo os LEDs. Nesse âmbito, com o objetivo de contribuir para uma utilização mais eficiente dos sistemas de iluminação, este trabalho propõe a consolidação da fotometria mesópica na elaboração de projetos luminotécnicos de IP, uma vez que, nesses casos, é comum deparar-se com condições de baixa luminância, nas quais a sensibilidade espectral da visão humana é diferente das condições supostas pela fotometria clássica. Neste sentido, procura-se explorar em detalhes a recomendação CIE 191:2010, que propõe multiplicadores de correção para a adaptação de grandezas fotométricas convencionais em grandezas mesópicas. Todavia, para se obter tais multiplicadores, é necessária a obtenção da relação entre os fluxos escotópico e fotópico da fonte luminosa (relação S/P), o que exige equipamentos especiais não facilmente disponíveis à maior parte dos projetistas. Com o objetivo de contornar essa dificuldade, esta tese de doutorado propõe uma equação geral que permita realizar o cálculo de S/P em função da temperatura de cor correlata e do índice de reprodução de cor da fonte de luz a ser empregada, que são informações normalmente disponibilizadas nos catálogos de fabricantes ou embalagens de lâmpadas comerciais. A equação encontrada apresentou coeficientes de correlação e de determinação próximos da unidade, o que lhe garante boa confiabilidade. Pela obtenção da relação S/P com auxílio da técnica proposta, um projeto luminotécnico típico tem sua rotina alterada, algo que é demonstrado e exemplificado ao final do texto. / The street lighting systems in Brazil are going through a time of significant changes that involve new paradigms, challenges and prospects for the sector. These changes begin with the transfer of street lighting assets to municipalities, demanding that municipal managers are prepared and able to manage this essential public service that previously was not your responsibility. In addition, new lighting technologies such as light-emitting diodes (LED) are an alternative to conventional technologies, resulting in many impacts and changes of concepts in the design, management and maintenance of street lighting systems. Thus, this thesis provides an overview of street lighting in Brazil, covering issues relating to the management and maintenance of the system, emphasizing the challenges linked to the transfer of street lighting assets to the municipalities, in addition to the inherent complexity of LED technology. The discussion is organized into two main areas: the management of system, with emphasis on the challenges associated with the transfer of assets; and the consolidation of new technologies, especially the LED. In this context, in order to contribute to a more efficient use of lighting systems, this thesis proposes the consolidation of mesopic photometry in the development of street lighting projects, since in such cases it is common to encounter poor conditions luminance, in which the spectral sensitivity of human vision is different from the conditions in the classical photometry. In this sense, it is covered in detail the CIE 191:2010 technical report, which proposes correction factors for the adaptation of conventional photometric quantities in mesopic quantities. However, to obtain such factors, it is required to obtain the relationship between the scotopic and photopic luminous flux of light source (S/P ratio), which requires special equipment not readily available to most lighting designers. Thus, this PhD thesis proposes a general equation that provides the S/P ratio as a mathematical function of correlated color temperature and color rendering index of the light source, which are information usually available in catalogs of manufacturers or products packaging. The proposed equation showed correlation coefficient and coefficient of determination parameters closed to unity, which guarantees good reliability. By obtaining the S/P ratio with the aid of proposed technique, a typical lighting design has changed his routine, something that is demonstrated and exemplified in final of the text.