Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2016-12-16T10:26:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Renato de Almeida Prado - 2016.pdf: 5947860 bytes, checksum: 8eac741b1f0ab4e9c86905c5865fda99 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-12-16T16:49:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Renato de Almeida Prado - 2016.pdf: 5947860 bytes, checksum: 8eac741b1f0ab4e9c86905c5865fda99 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-16T16:49:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Renato de Almeida Prado - 2016.pdf: 5947860 bytes, checksum: 8eac741b1f0ab4e9c86905c5865fda99 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-12-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Permanent Magnet Brushless DC Machine has been used increasingly in numerous applications, such as in industry, transportation systems and wind energy conversion. Given this scenario and the need for knowledge of machine parameters for design purposes, performance analysis and operation of systems, this paper aims to present methodologies and the development of a test system. The test system is based on virtual instrumentation and aims to determine phase resistance, inductances, viscous and static friction coefficients, inertia, and electromotive force and torque constants. In many aspects, the test system is a tool that fills a gap in the area. To check the validity of the obtained parameters and to study machine's perfomance, computer simulations and load tests are performed. / A máquina CC de ímãs permanentes sem escovas (máquina Brushless DC) vem sendo empregada de forma crescente em diversas aplicações, tais como na indústria, nos sistemas de transporte e na conversão de energia eólica. Tendo em vista esse cenário e a necessidade do conhecimento dos parâmetros da máquina para fins de projeto, análise de desempenho e operação dos sistemas, esse trabalho tem como objetivo a apresentação de metodologias e o desenvolvimento de um sistema de ensaio. Tal sistema é baseado em instrumentação virtual e visa o levantamento da resistência de fase, indutâncias, coeficientes de atrito viscoso e estático, inércia e constantes de força eletromotriz e de torque. Sob muitos aspectos, tem-se uma ferramenta que preenche uma lacuna atual na área. Para a verificação dos parâmetros obtidos e estudo de seu rendimento, são realizadas simulações computacionais e ensaios em carga.

Orientadores : Jose Antenor Pomilio, Paulo Augusto Valente Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T03:42:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ValmirMachado_D.pdf: 3522020 bytes, checksum: 84dc1243f65c6392fa74b4777330c17d (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Orientadores: Andre Luiz Morelato França, Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_MauricioBarbosadeCamargo_M.pdf: 997736 bytes, checksum: 357e053882da7cccdc236b2e9b943707 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O objetivo desta dissertação de mestrado é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias empregadas em sistemas de geração eólica conectados em redes de distribuição de energia elétrica durante perturbações na velocidade do vento e contingências elétricas. As tecnologias de geração eólica investigadas são (a) gerador de indução com compensação via banco fixo de capacitores; (b) gerador de indução com compensação via SVC (Static Var Compensator) ou DSTATCOM (Distribution Static Synchronous Compensator); (c) gerador de indução com controle eletrônico da resistência do rotor e (d) gerador de indução com dupla alimentação. O uso conjunto dessas tecnologias com o controle do ângulo de passo das hélices da turbina eólica também é pesquisado. Em relação aos tipos de perturbações eólicas, analisa-se o desempenho desses geradores do ponto de vista eletro-energético durante variações lineares na velocidade do vento e durante rajadas de vento. Ao passo que as perturbações elétricas analisadas são curtos-circuitos trifásicos, com o intuito de verificar a estabilidade de tensão da rede frente a grandes perturbações, e aumento gradual do carregamento do sistema, com o intuito de verificar a estabilidade de tensão da rede frente a pequenas perturbações. Diferentes sinais de entrada para os diversos controladores eletrônicos e mecânicos são investigados. De forma geral, controladores objetivando manter constante potência elétrica gerada, velocidade do rotor, tensão terminal ou uma combinação desses sinais são testados / Abstract: The objective of this dissertation is to determine the dynamic performance of different wind power generation technologies connected to distribution networks during wind and electrical perturbations. The technologies analyzed are (a) induction generator with capacitor-based compensation, (b) induction generator with SVC (Static Var Compensator) or DSTATCOM (Distribution Static Synchronous Compensator)-based compensation, (c) induction generator with electronically controlled rotor resistance and (d) double-fed induction generator. These technologies combined with blade pitch controllers are tested. The wind perturbations analyzed are linear variation of the wind speed and wind gusts. The electrical perturbations investigated are three-phase short-circuit, in order to determine the network large-disturbance voltage stability, and gradual increase in the system loading, in order to check the network small-disturbance voltage stability. Different input signals to the controllers are studied. Controllers projected to keep constant electrical power, rotor speed, terminal voltage or a combination of these signal are investigated. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ana Cristina Cavalcanti Lyra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T15:55:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NeriJunior_AlmirLaranjeira_M.pdf: 2063024 bytes, checksum: 66bf0807a15396d41cfa7b41d39c5a12 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O presente texto visa a introduzir um novo método de acionamento do motor de indução bifásico de alimentação monofásica, prescindindo da chave centrífuga e reduzindo a corrente de partida da máquina sem incrementar sobremaneira os custos. Analisa-se seu comportamento de maneira bidirecional, tanto como carga elétrica para uma rede de distribuição quanto como acionador mecânico. Serão apresentadas as características convencionais desta máquina elétrica, com uma avaliação do comportamento de fluxos e a explanação das equações matemáticas que modelam o sistema simulado. Os métodos de partida mais comuns são avaliados, bem como diversos métodos de eletrônica de potência desenvolvidos em algumas referências bibliográficas. Gráficos e tabelas subsidiam as comparações entre métodos, de forma a concluir com as vantagens introduzidas pelo método proposto / Abstract: This text introduces a new topology supply for the single-phase induction motor using power electronics. The proposed method does not use centrifugal switch and reduces starting current with a cheap circuitry. The analysis will be based on drive behavior, analyzing mechanical values, and as load behavior ¿ electrical values ¿ for a distribution network. Main characteristics of the electrical machine will be presented, regarding flux interactions and model equations used to simulate. Commonly used starting method and references starting methods are simulated to offer a reliable comparison for the new topology. Graphs and tables show the whole results, and it can be concluded that the proposed starting method presents advantages for this machine / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Este trabalho tem como objetivo o projeto, construção e análise do funcionamento de uma máquina elétrica síncrona trifásica com núcleo do rotor produzido a partir da metalurgia do pó e ímãs de neodímio-ferro-boro para aplicação em aerogeradores. Tomando como base a máquina elétrica modelo VTOP da fabricante Grupo Voges, foram realizadas mudanças na forma construtiva dos núcleos do estator e do rotor. O pacote chapas que compõem o núcleo do estator foi montado de maneira que as ranhuras apresentem um ângulo de inclinação de 10º ao longo de toda a extensão da máquina. Para o rotor, foi projetado e construído um núcleo através do processo de metalurgia do pó utilizando como matéria-prima pó de ferro puro. A esse novo núcleo foram acrescentados ímãs de neodímio-ferro-boro. Após a montagem dos componentes, a máquina elétrica foi ensaiada em uma bancada de testes. Paralelamente com a confecção do núcleo foi efetuada a simulação computacional da máquina com três tipos diferentes materiais no núcleo do rotor. Os resultados encontrados indicaram que a metalurgia do pó é uma alternativa viável para produção do núcleo de máquinas elétricas. Entretanto alterações na topologia e na forma de fixação dos ímãs são necessárias para um melhor desempenho. / This work aims at the design, construction and performance analysis of a three-phase synchronous electric machine with a rotor core produced by powder metallurgy and neodymium-iron-boron magnets for application in wind turbines. Based on the electric machine VTOP model of the manufacturer Grupo Voges, changes were carried out in the constructive form of the stator and rotor cores. The bundle of plates that make the role of stator core were mounted with a 10º slope along the entire length of the machine. For the rotor, a core was designed and built by employing powder metallurgy process using pure iron powder as raw material. The neodymium-iron-boron magnets were added to this new core. After assembling the components, the electric machine was tested on a test bench. Simultaneously with the core fabrication, the machine was simulated with three different materials in the rotor core. The results indicated that powder metallurgy is a viable alternative to produce the core of electric machines. However, changes in the topology and shape of the magnets are necessary for better assembly, improving the performance.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T08:26:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_D.pdf: 8861113 bytes, checksum: 46fbfc4ed40c793e3b012449f77b88ab (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Recentemente, o ilhamento intencional, ou seja, a operação isolada de uma parte do sistema elétrico de potência que pode ser alimentada localmente por geradores distribuídos, tem representado um grande interesse para as empresas concessionárias de energia elétrica. Tamanho interesse deve-se à capacidade destes geradores em assegurar a redução do tempo de indisponibilidade do fornecimento de energia elétrica, aumentando a confiabilidade das cargas pertencentes ao sistema ilhado. O sucesso da prática do ilhamento intencional é o conhecimento prévio de todas as contingências possíveis que podem resultar em operação ilhada, quer sejam situações de manutenções programadas ou mesmo a perda de subestações de distribuição ou linhas de transmissão de alta tensão. Neste cenário, uma prática comum é utilizar o(s) gerador(es) síncrono(s) distribuído(s) para alimentar o sistema ilhado e garantir a regulação da frequência e da magnitude da tensão, com a atuação do regulador de velocidade e do regulador de tensão, respectivamente. Um dos aspectos mais importantes que deve ser considerado no planejamento do sistema elétrico de potência é o desempenho do sistema de proteção, uma vez que os ajustes dos dispositivos de proteção não são flexíveis o suficiente para acomodar a operação antes e depois de detectado o ilhamento. Neste contexto, esta tese de doutorado apresenta duas contribuições principais: (1) apresentar um estudo detalhado de viabilidade técnica para a realização do ilhamento intencional ¿ dado que o autor deste trabalho é um engenheiro experiente em uma das mais bem conceituadas concessionárias brasileiras, entende-se que o detalhamento destes estudos é de extrema importância para a academia; (2) desenvolver modelos de modernos relés digitais de proteção nos ambientes MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM e utilizar estes modelos em esquemas de proteção suficientemente flexíveis para permitir a viabilidade do ilhamento intencional de geradores síncronos distribuídos. Na avaliação do desempenho de dispositivos de proteção para a formação do ilhamento, são utilizados modelos de relés digitais de proteção desenvolvidos durante o mestrado do autor, bem como novos modelos de relés. Os novos modelos de relés foram desenvolvidos para serem usados em ambientes de análise de transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, como o MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw e ANATEM, constituindo uma poderosa ferramenta de análise e simulação, pois permitem que as interações entre o sistema de proteção e a dinâmica do sistema sejam visualizadas no domínio do tempo. Palavras-chave: Geração distribuída, ilhamento intencional, proteção / Abstract: Nowadays, the utilities have strong interest in practicing the intentional islanding, i.e., the islanded operation of part of the electrical power system fed by distributed generators. This interest is resulted by the capacity of distributed generators to decrease outages and, therefore, to increase system reliability. The success of intentional islanding practice relies on the previous knowledge of all the possible contingencies which may result in islanded operation. These contingencies may be scheduled maintenances or even the loss of distribution substations or transmission lines. Under these circumstances, a common practice is to use the distributed synchronous generators to feed the islanded system and to assure the voltage frequency and magnitude control with the speed governor and voltage regulator actuation, respectively. One of the most important aspects that must be considered in electric power systems planning is the performance of protection system, since the relay settings are not flexible enough to assure the suitable operation before and after the islanding occurrence. In this context, this work has two main contributions: (1) to present a detailed study of intentional islanding technical feasibility ¿ the author is a senior engineer at one of the most important Brazilian utilities, as a result the presentation of how to perform these studies in detail is extremely important for Academy; (2) to develop modern digital relays models using time domain simulation tools such as MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM and to use these models in sufficiently flexible protection schemes to achieve successful intentional islanding operations with synchronous generators. The evaluation of protection systems performance for the intentional islanding practice explore the implemented digital relays models in time domain simulations performed using MATLAB/Simulink, ATP/ATPDraw and ANATEM. This option is an important analysis tool that allows the evaluation of the interaction between protection system and system dynamics during the time. Key-words: Distributed generation, intentional islanding, protection / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Neste trabalho desenvolve-se uma análise sobre o estado da arte e tendências para projeto de geradores elétricos em turbinas eólicas offshore. A conjunção dos requerimentos de alta confiabilidade e potência, criam condições adequadas para a aplicação de máquina elétricas multifásicas nesse setor. Desta forma, optou-se por estudar as características e condições de projeto de máquinas elétricas multifásicas, simétricas ou assimétricas. Com esta finalidade, os métodos analíticos de projeto de máquinas elétricas trifásicas são revisitados e estendidos, quando necessário, para diferentes configurações multifásicas. O foco do trabalho, consiste em desenvolver e explorar temas de projeto de geradores elétricos multifásicos, síncronos de imãs permanentes, com enrolamentos distribuídos de dupla camada. Para estudo de caso, realiza-se a comparação entre o projeto de quatro topologias diferentes. Nomeadamente, compara-se o projeto de geradores de três, seis, nove e dezoito fases para turbinas eólicas offshore de 10 MW. A configuração com gerador de nove fases apresenta os melhores resultados, com densidade de torque 10,96% superior à densidade de torque desenvolvida pela máquina trifásica analisada. Por fim, a metodologia analítica desenvolvida para o projeto de máquinas elétricas multifásicas é verificada usando o método de elementos finitos bidimensional, para o gerador síncrono de imãs permanentes de nove fases. / The state of the art and future trends for offshore wind turbines were reviewed. Due to its fault-tolerant characteristic, multiphase electrical generators were identified as strong candidates to meet the power and resilience targets of the offshore wind sector. In this work, the design aspects of three-phase electrical machines are reviewed and extended to different multiphase configurations. The main focus of the work is to develop an analytical design methodology for multiphase, symmetrical and asymmetrical, synchronous generators with double-layer distributed windings. As a case study, the project of a three-phase, six-phase, nine-phase and eighteen-phase permanent magnet synchronous generators were compared for a 10MW offshore wind turbine. The best results were found for the nine-phase topology, with a torque density 10.96% higher than the torque density of the analysed three-phase machine. The developed design methodology was validated with a finite element analysis of the ninephase permanent magnet generator.

Neste trabalho propomos a aplicação da síntese digital direta coerente ao acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada (CA). Inicialmente são apresentadas as técnicas mais comumente utilizadas na implementação de moduladores de largura de pulso (PWMs) para o acionamento de máquinas CA. Mostramos, para as diferentes técnicas, os efeitos na composição harmônica do sinal PWM obtido e concluímos que a técnica PWM otimizada apresenta o melhor desempenho. Apresentamos então nossa proposta para implementação de moduladores PWM através da síntese digital direta coerente, discutindo preliminarmente as técnicas mais comuns de síntese digital de sinais. A viabilidade técnica de nossa proposta é demonstrada com a implementação de um modulador PWM otimizado, destinado ao acionamento de um motor CA trifásico. Os resultados experimentais de nossa implementação são então comparados com os de previsões teóricas e simulações, verificando-se um desempenho do sistema e uma comparação favorável com outros implementados com técnicas convencionais.

Os motores de indução monofásicos necessitam de dois enrolamentos estatóricos para criação de um campo magnético girante: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar. Este último tem o objetivo de criar um campo girante apenas na partida do motor, desligando-se logo em seguida, através de um interruptor centrífugo acoplado ao eixo do rotor da máquina. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência das diferentes configurações de enrolamentos sobre as características externas do motor de indução monofásico. Sendo assim, através desta análise, pretende-se verificar se há algum benefício em seu desempenho. Neste trabalho, duas configurações de enrolamentos foram desenvolvidas e testadas em laboratório. Na primeira configuração, o enrolamento principal foi alocado na parte inferior das ranhuras. Na segunda configuração, as posições dos enrolamentos foram invertidas. As duas configurações de enrolamento foram aplicadas a um protótipo de 0,37 kW, quatro pólos. A simulação foi realizada através de um programa computacional de elementos finitos, possibilitando a extração e análise de resultados, com as densidades de fluxo nas duas configurações. Os resultados dos ensaios realizados no protótipo permitiram analisar o comportamento de grandezas como corrente elétrica, torque, potência e rendimento que são apresentados e comparados no final deste trabalho. / The single phase induction motor needs two stator windings to produce the rotating magnetic field: a main winding and an auxiliary winding. The aim of the auxiliary winding is to create the rotating electromagnetic field when the machine is starting and afterwards turned off, generally through a centrifugal switch coupled to the shaft of the machine. The main purpose of this work is to evaluate the influence that the position of the two windings have on the external characteristics of the single phase induction motor. For this purpose, two different kinds of winding configurations were carried out and simulated in a prototype. In the first configuration, the main winding was located in the bottom of the slot. In the second configuration, the positions of the windings were inverted. Performance analysis and computational simulation by Finite Element Method were carried out after the prototype 0.37 kW, four poles was prepared. In this way, through this analysis, improvements on its performance are expected. The electrical quantities such as flux density, electric current, torque, power and efficiency are compared in the end of this document.

O presente trabalho tem por objetivo propor uma metodologia para o dimensionamento da potência tracionária em função do percurso percorrido por veículos elétricos, assim como realizar o projeto básico de uma máquina elétrica para suprir a carga tracionária exigida. Os cálculos foram realizados através de um algoritmo onde o usuário insere as variáveis mecânicas do veículo e recebe a potência e conjugado necessários, e o projeto elementar da máquina que deverá equipar o veículo. Realizou-se um estudo de caso a partir de uma scooter elétrica para validar os resultados, foi projetada uma máquina brushless dc com fluxo radial e rotor externo. Os resultados experimentais atenderam as espectativas de conjugado de 46 Nm, o máximo conjugado estático atingiu 48 Nm e a rotação a vazio obteve valor de 613 rpm à tensão nominal. Os ensaios de frenagem regenerativa com supercapacitores apresentaram resultados promissores com 50% da energia mecânica recebida durante a frenagem entregue na partida do veículo. / The present study aims to propose a methodology for the design of power traction depending on the distance traveled by electrical vehicles, and perform the basic design of an electrical machine to supply the traction load required. The calculations will be performed through an algorithm where the user enters the mechanical variables of the vehicle and receives the power and torque required and the basic machine design that should equip the vehicle. A case study was conducted for an electric scooter considering the designed dc brushless machine with radial flow and external rotor in order to validate the results. The experimental results met the target of 46 Nm of torque, the maximum static torque 48 Nm was reached, and the no-load rotation obtained was 613 rpm at nominal voltage. Regenerative braking tests with super capacitors showed a promising result: 50% of the received mechanical energy during braking was delivered to the vehicle starting.