A geração de energia elétrica com fontes renováveis está em aumento e uma das que tem maior crescimento é a eólica. A instalação das máquinas que aproveitam este recurso pode trazer alguns problemas para a rede elétrica devido à intermitência da velocidade do vento. O presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de dois tipos de aerogeradores que utilizam gerador de indução e sua interação com o sistema elétrico de potência. Os aerogeradores assíncronos analisados são o de velocidade variável com gerador de indução duplamente alimentado (Doubly-Fed Induction Generator-DFIG) e o de velocidade fixa com gerador de indução de rotor de gaiola de esquilo (Squirrel Cage Induction Generator-SCIG). O caso de estudo está baseado no parque eólico Jepirachi na Colômbia, o qual na atualidade tem aerogeradores de velocidade fixa. Para isto inicialmente foi feita a modelagem do parque eólico considerando alguns parâmetros dos aerogeradores comerciais de velocidade variável e velocidade fixa, junto com os principais componentes da rede elétrica da região para obter uma aproximação da mesma. Posteriormente realizaram-se simulações computacionais para obter o comportamento do sistema elétrico de potência alimentado por estes tipos de aerogeradores. Finalmente, foi realizada uma análise dos efeitos que produzem cada tipo de máquina, no fluxo de potência e no nível de tensão da rede elétrica funcionando em regime permanente, considerando os distúrbios ocasionados pelas mudanças da velocidade do vento. / The generation of electricity from renewable sources is increasing, one of the largest growth is the wind power. However the installation of the machines that leverage this resource could bring some problems to the grid due to the intermittency of the wind speed. This work analyzes the behavior of variable speed wind turbines with Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) and fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). The case study is based in Jepirachi wind farm in Colombia, that at the present has fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). To do this study, initially the modeling of the wind farm considering some parameters of commercial wind turbines with variable speed and fixed speed, also modeling the main components of the electric grid of the region to obtain an approximation of it, after computer simulations we made in order to obtain the behavior of the electric power system powered by these types of turbines. Finally the analysis of the effects produced by each type of machine, in the power flow and the voltage level of the grid operating in steady state, but considering the disturbances caused by changes in wind speed are made.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar a aplicação, para sistema de frenagem veicular, de uma máquina elétrica sem escovas, de armadura toroidal, e fluxo magnético axial produzido por ímãs permanentes de terras raras, a chamada máquina Torus. A máquina foi construída no LMEAE e estudada inicialmente como motor em outro trabalho. Mas, para que se possa avaliar seu funcionamento em sistema de frenagem, o foco é do ponto de vista da máquina como gerador. São realizados testes dinâmicos e estáticos experimentalmente e modelo numérico pelo método dos elementos finitos com um formato de ímãs permanentes de seção setorial, possibilitando o comparativo com a versão anterior da máquina que empregou ímãs de seção quadrada. Mudanças físicas e no sistema de acionamento da máquina, e ensaios de frenagem dinâmica foram realizados. Modelagem analítica para indução magnética foi desenvolvida utilizando-se da técnica de Transformação Conforme. O trabalho busca apresentar as características da máquina e justificativas que demonstram o seu potencial de aplicabilidade em um subsistema veicular sob frenagem regenerativa e a capacidade de fornecimento de energia a um sistema de armazenamento com uma parte de energia cinética, ou seja, baterias e supercapacitores. / This work is carried out with the aim to study the application, by a vehicular braking system, of a brushless electrical machine with a toroidal armature core, and axial magnetic flux delivered by rare earth permanent magnets, the so-called Torus machine. The machine was built in the LMEAE, and previously studied as a motor by other work. However, in order to assess its performance in a braking system, the focus is the point of view of the machine as a generator. Static and dynamic tests are implemented as well as a numerical model by means of the finite element method, in order to compare the machine with sector poles permanent magnets and with square magnet poles. Physical changes and on the driving system of the machine, and dynamic braking tests are performed. The analytical modelling for the magnetic induction was developed using the technique of conformal transformation. The study aims to present the features of the machine and demonstrates its potential applicability to a vehicular subsystem under regenerative braking and the ability to supply an energy storage system with part of the kinetic energy, i.e. batteries and super capacitors.

Este trabalho tem como objetivo investigar a máquina de indução funcionando como gerador. Para isso, são pesquisadas as normas e requisitos para operação interligada à rede de distribuição até o presente momento. Os parâmetros elétricos referente ao circuito equivalente monofásico da máquina de indução de 15 kW, pertencente a um grupo gerador a biogás, são levantados, realizando-se uma caracterização e modelamento destes parâmetros. Os resultados teóricos obtidos têm o intuito de predizer o comportamento das grandezas elétricas quando o grupo gerador operar em condições nominais, interligado a rede de distribuição. Também, estes resultados teóricos são comparados com valores medidos em ensaios de campo utilizando um motor CC de 10 kW como máquina primária. / This study aims at investigate the induction machine operating as a generator. For this, we researched the standards and requirements for the operation connected to the distribution grid to the present date. The electrical parameters concerning the equivalent circuit per phase of a 15 kW induction machine are raised, this machine is part of a small biogas plant. An appropriate characterization and modeling of these parameters are realized and the theoretical results obtained are intended to predict the behavior of electrical units when the generator is placed at nominal operation. Also, these theoretical results are compared with experimental measurements using a 10 kW DC motor as primary mover.

Os afundamentos de tensão são reduções de curta duração entre o 10% a 90% da magnitude de tensão eficaz. Usualmente, estes afundamentos são associados com falhas no sistema de energia elétrica, mas podem ser causados pela elevada corrente de partida de motores de indução ou energização de transformadores. Apesar de sua curta duração, tais eventos podem causar sérios problemas para alguns equipamentos. As conseqüências dos afundamentos de tensão sobre a máquina assíncrona são: perda de velocidade durante o afundamento e picos de corrente e de conjugado que aparecem na queda de tensão e no instante de restabelecimento. Este estudo visa analisar o comportamento da máquina assíncrona diante de afundamentos de tensão e as características destes, devido à influência do motor assíncrono como carga. Enfocando-se neste ponto, é que foram considerados diferentes tipos de afundamentos devido a diferentes falhas, que produziram quedas de tensão nos terminais da máquina assíncrona com variações na magnitude e no argumento de tensão. As simulações foram realizadas aplicando um método numérico tradicional e um método simplificado, o método simplificado lineariza as equações diferenciais elétricas da máquina assíncrona considerando a velocidade mecânica constante, para o cálculo dos transitórios elétricos no início da queda de tensão e no restabelecimento da mesma. Os transitórios obtidos pelo método numérico tradicional (Runge Kutta quarta ordem) e o método simplificado foram comparados, para verificar a precisão deste método com respeito ao numérico tradicional, concluindo-se, que o método simplificado poderá aplicar-se em máquinas de baixo escorregamento e elevada constante de inércia. Além disso, foram realizados experimentos, submetendo o sistema a diferentes quedas de tensão, considerando diferentes magnitudes e durações no afundamento. / Voltage sags are fast reductions between 10% to 90% in the voltage magnitude. Sags are usually associated with system faults, but can also be caused by motors starting or by the transformers energizing. Despite their small duration, such events can cause serious problems for a wide range of equipments. The consequences of voltage sags on the induction machine are: decrease of the speed during the sag and current and torque peaks in the voltage drop and recovery times. This study aims to analyze the behavior of the induction machine during voltage sags and find the characteristics of these sags due to the influence of the induction motor as load, taking into account the different voltage sags types due to different fault types, considering variations in the magnitude, phase angle voltage and variations of the mechanical load of the motor. The simulations were carried out by means of a linear and simplified induction motor model using Matlab, this simplified method separates the electric transient of the mechanical transient, resulting in a large speed of calculation when compared with the numerical method (fourth order Runge-Kutta). The transients obtained by the simplified method were compared with the calculated by the numerical method. Besides, the experiments were carried out under the same bases as the simulations, submitting the system to different voltage drops during several intervals of time.

Apresenta-se neste trabalho uma plataforma de simulação, acionamento e controle de máquinas de indução trifásicas e pentafásicas, baseada na integração entre ambientes de simulação e de prototipação em tempo real. Esta plataforma é composta por ferramentas de software desenvolvidas para MATLAB/Simulink R que interagem com a plataforma de hardware dSPACE R DS1104, permitindo gerar aplicações diretamente do ambiente de simulação para acionamento da plataforma física de máquinas de maneira rápida e transparente para o usuário. Inicialmente é abordada a teoria que envolve o acionamento e o controle de máquinas de indução. Descrevem-se os modelos da máquina de indução trifásica e da máquina de indução pentafásica, o segundo incluindo efeitos de terceiro harmônico do campo do entreferro. Também são abordados os modelos de inversores de frequência e as técnicas, escalar V=f e vetorial por orientação indireta e direta de campo, de controle de máquinas de indução. Depois disso, são descritas as ferramentas de software desenvolvidas e também a plataforma de hardware utilizada. As ferramentas de simulação implementadas são validadas para permitir a reprodução da dinâmica das máquinas de indução, dos blocos sensores de corrente, velocidade e torque e do acionamento de potência. Além disso, são desenvolvidas ferramentas de controle que implementam as técnicas de controle V=f e orientação de campo, também incluindo blocos que implementam estimadores de fluxo, transformação de coordenadas e de referencial, entre outros. A integração entre o ambiente de simulação e a prototipação do algoritmo de controle é obtida por meio do uso do framework da plataforma dSPACE DS1104 e da implementação de ferramentas de tempo real que servem de link entre ambiente de simulação e de prototipação. Do ponto de vista do usuário da biblioteca proposta, a transição entre ambiente de simulação e de prototipação é realizada pela substituição de blocos de modelos por blocos de tempo real. O algoritmo de controle pode ser simulado em ambiente Simulink e diretamente compilado a partir deste para a plataforma dSPACE DS1104, onde será executado em tempo real. São criados experimentos que demonstram a aplicabilidade da plataforma proposta por meio da implementação em simulação e também em tempo real de controladores de velocidade para a máquina de indução trifásica e para a máquina de indução pentafásica. Utilizam-se as técnicas de controle escalar V=f e controle vetorial por orientação direta e indireta de campo. / In this work is presented a platform for simulation and prototyping of control techniques for 3-phase and 5-phase induction machines. It is developed a toolbox library in MATLAB/Simulink R to be used with dSPACE R DS1104 platform. The software tools and the hardware platform are both described and provide an integrated environment which allows the user to develop and evaluate control techniques for induction machines by means of pure simulation as well as executing them on an underlying hardware platform connected to the machine. The transition from simulation to a hardware platform is done transparently for the user using rapid prototyping tools. Firstly it is presented the induction machine control theory. The model for the 3- phase induction machine is described, as well as the model for the 5-phase machine. The model for the 5-phase induction machine allows the inclusion of the effects of the third harmonic of the air-gap field. The models for the power inverters with 3 and 5 phases are also described and the theory of the V=f control together with the theory of field oriented control are detailed. The developed software tools for simulation, control and real time execution of control techniques are explained in details and the hardware implementation for signals instrumentation are also presented. The integration between software simulation and real time execution is achieved by means of the use of the dSPACE R DS1104 framework together with the real time tools developed in MATLAB R . From the user point-of-view, the transition from simulation environment to real time execution environment is achieved by simply changing the model blocks by the real time blocks, both developed in the proposed framework library. The real time environment can be compiled inside Simulink and the algorithm can be loaded into DS1104 board to be executed. Experiments that demonstrate the applicability of the proposed framework are presented which implement the V=f, indirect field oriented and direct field oriented controls on both, 3-phase and 5-phase, induction machines.

A geração de energia elétrica com fontes renováveis está em aumento e uma das que tem maior crescimento é a eólica. A instalação das máquinas que aproveitam este recurso pode trazer alguns problemas para a rede elétrica devido à intermitência da velocidade do vento. O presente trabalho tem por objetivo analisar o comportamento de dois tipos de aerogeradores que utilizam gerador de indução e sua interação com o sistema elétrico de potência. Os aerogeradores assíncronos analisados são o de velocidade variável com gerador de indução duplamente alimentado (Doubly-Fed Induction Generator-DFIG) e o de velocidade fixa com gerador de indução de rotor de gaiola de esquilo (Squirrel Cage Induction Generator-SCIG). O caso de estudo está baseado no parque eólico Jepirachi na Colômbia, o qual na atualidade tem aerogeradores de velocidade fixa. Para isto inicialmente foi feita a modelagem do parque eólico considerando alguns parâmetros dos aerogeradores comerciais de velocidade variável e velocidade fixa, junto com os principais componentes da rede elétrica da região para obter uma aproximação da mesma. Posteriormente realizaram-se simulações computacionais para obter o comportamento do sistema elétrico de potência alimentado por estes tipos de aerogeradores. Finalmente, foi realizada uma análise dos efeitos que produzem cada tipo de máquina, no fluxo de potência e no nível de tensão da rede elétrica funcionando em regime permanente, considerando os distúrbios ocasionados pelas mudanças da velocidade do vento. / The generation of electricity from renewable sources is increasing, one of the largest growth is the wind power. However the installation of the machines that leverage this resource could bring some problems to the grid due to the intermittency of the wind speed. This work analyzes the behavior of variable speed wind turbines with Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) and fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). The case study is based in Jepirachi wind farm in Colombia, that at the present has fixed-speed wind turbines with Squirrel Cage Induction Generator (SCIG). To do this study, initially the modeling of the wind farm considering some parameters of commercial wind turbines with variable speed and fixed speed, also modeling the main components of the electric grid of the region to obtain an approximation of it, after computer simulations we made in order to obtain the behavior of the electric power system powered by these types of turbines. Finally the analysis of the effects produced by each type of machine, in the power flow and the voltage level of the grid operating in steady state, but considering the disturbances caused by changes in wind speed are made.

Orientador: Niederauer Mastelari / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T18:46:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaceresDelgado_Adriana_M.pdf: 1925060 bytes, checksum: 9bc88ebf6480dc5a60e01e96de974f3d (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A proteção ambiental e o melhor uso dos recursos energéticos são áreas de pesquisa de grande atividade. Como resultado destas pesquisas o desenvolvimento de veículos elétricos (VE) e híbridos (VEH) têm se acelerado. Estes possuem problemáticas desafiadoras, como baixa autonomia, a conversão de energia, o controle do veículo, o gerenciamento e distribuição da energia dentro dele, assim como o "design" tanto estético quanto mecânico e econômico. Este conjunto de problemáticas inspirou este projeto de mestrado que tem como objetivo o estudo e elaboração de um algoritmo para frenagem regenerativa (FR) de uma máquina síncrona de imã permanente brushless (BLDC). Motivados nas características que a estratégia de FR proporciona ao VE, entre estas, o aumento na autonomia e a melhora do desempenho mecânico e eletrônico do mesmo já que quando a FR é ativada recupera-se uma parte da energia cinética durante a desaceleração através da máquina elétrica operando como gerador. Com base no anterior este trabalho foi desenvolvido em várias etapas: principalmente ao abranger os conceitos sobre frenagem regenerativa; estudar o motor BLDC desde seu modelo, acionamento e identificação das características mais relevantes com respeito a outros motores elétricos. Seguido do projeto da parte mecânica do sistema, que compreende a transmissão e a inércia, para ser envolvidos no modelo simulado. Assim como o desenvolvimento dos algoritmos para o acionamento do motor, onde serão monitoradas a velocidade e a posição do rotor, com o fim de controlar sua aceleração e desaceleração. Posteriormente um algoritmo para frenagem regenerativa, onde é monitorado o estado do motor e executam-se as decisões lógicas tanto para redirecionamento de energia, quanto para controle da frenagem. O resultado obtido foi que o algoritmo para FR regenera parte da energia cinética envolvida durante a desaceleração, além de que gerencia o funcionamento de todo o processo e subprocessos durante a aceleração, velocidade constante e desaceleração passo a passo e minimiza o consumo de energia em cada desaceleração. / Abstract: Environmental protection and optimal energy resources are great activity research areas. As a result of these researches, electric vehicles (EVs) and hybrid (HEV) developments have been accelerated. They have challenging problems such as low autonomy, power conversion, vehicle control, energy management and distribution within it, as well as the esthetic and mechanical design and also the economic issues. This set of problems inspired this master's project which is aimed to study and elaborate an algorithm for regenerative braking (RB) in a synchronous permanent magnet brushless machine (BLDC). Motivated in the RB strategy characteristics that provides to the EV, such as, autonomy increased, mechanical and electronic performance improvement just when the RB is activated and part of the kinetic energy is recovered through the electric maquine as a generator. This work was developed in several stages: mainly cover the regenerative braking concepts; study the BLDC motor from its model, driver and outstanding features identification respect others electric motors. Followed by the mechanical design of the system, which includes the transmission and inertia, to be included in the simulated model. Just as the development of the algorithms for the motor drive, where will be monitored speed and rotor position, in order to control its acceleration and deceleration. Subsequently a management regenerative braking algorithm, which monitors the engine state, and excecute the logical decisions for redirecting the energy, and for braking control. As a result it was found that when the electrical machine operates as a generator part of the kinetic energy is recovered during deceleration. And also it was able to prove that the algorithm manages the whole process operation since the acceleration, constant velocity and deceleration step by step, while minimizing energy consumption in every downturn. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Edson Bim / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:47:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_EudemarioSouzade_D.pdf: 2512813 bytes, checksum: 189069455159efa5f8327460e869f749 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese trata do emprego do controle preditivo baseado no modelo (MBPC-Model Based Predictive Control) no acionamento do motor de indução do trifásico, para controle de fluxo de rotor e velocidade. A estratégia MBPC baseia-se na minimização do erro entre as referências futuras e a predição do modelo, para gerar os sinais de controle. Nesta tese, o motor de indução é descrito por espaço de estados e, diferentemente, do MBPC não linear, que emprega algoritmos de busca para determinar os sinais de controle, a estratégia escolhida faz inearizações sucessivas. Assim sendo, a cada ciclo gera-se a lei de controle, sendo que esta é dada por uma equação algébrica. São necessários ao controlador preditivo o conhecimento das tensões de terminal do estator e das seguintes variáveis de estado: corrente de estator, fluxo de rotor e velocidade de eixo. Para a estimação dos estados é empregado o filtro de Kalman estendido. O torque de carga é tratato como uma perturbação e sua magnitude é obtida por duas abordagens: pela equação eletromecânica e pelo filtro de Kalman estendido. Resultados de simulação computacional e experimentais validam a proposta / Abstract: This thesis presents the results concerning the control of rotor flux and speed of the induction motor using MBPC strategy, which is based on the error minimization between the future set point and model prediction, resulting in control signals. In the case studied in this thesis the motor model is described in space-state. The non linear MBPC emploies search algorithms to find the control signals, whereas the technique used in this thesis made sucessives linearizations on model; therefore in every control cicle a new algebraic control lay is found. The predictive control needs to know the stator voltage and the following state variables: stator current, rotor flux and speed. In the order to estimate the states an extended Kalman filter is employed. The load torque is considered as a disturbance and its amplitude is obtained in two ways: by calculation via eletromechanical equation and by estimation via Kalman filter. The proposal has been validated by imulations and experiments / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Neste trabalho é estudado um motor trifásico de ímã permanente no rotor, com fluxo não senoidal, através da análise do campo magnético. Essa máquina foi projetada utilizando-se a estrutura ferromagnética do estator de um motor de indução monofásico de 24 ranhuras o qual recebeu um novo enrolamento trifásico, e foi construído o rotor que é constituído de ímãs permanentes em sua superfície. Ela é aplicada em compressores herméticos de refrigeração, possibilitando o controle de velocidade e a melhoria da eficiência, quando comparada às demais máquinas utilizadas para a mesma aplicação. O estudo é realizado através da análise dos resultados obtidos utilizando-se um programa computacional baseado no método dos elementos finitos, aplicado em grandezas como: tensão induzida, densidade de fluxo magnético, torque eletromagnético e perdas. São apresentados resultados numéricos comparativos para a máquina existente (protótipo) com as seguintes alterações: diminuição do tamanho do entreferro, troca dos ímãs de ferrita pelos de NdFeB (Bonded) e, juntamente com essas mudanças, o recálculo do número de espiras e do diâmetro do enrolamento do estator. / In this work is studied a three-phase permanent-magnet motor, with nonsinusoidal flux, through the analysis of magnetic field. This machine was designed to use the same stator of a 24 slots single-phase induction motor that received a new three-phase winding. The rotor consists of permanent-magnet on its surface. The main application of this machine is in hermetic compressor household refrigeration systems. It has speed control and better efficiency than other machines used for the same application. The study is made through the analysis of numerical results, obtained by a software joint in the finite element method. The results consist in electromagnetic quantity like, back-emf, magnetic flux density, electromagnetic torque and losses. Comparisons between the prototype with these changes are presented: fall in the size of airgap, exchange of ferrite magnets for NdFeB (Bonded) magnets and, together with these changes, the number of turns in each winding and the wire diameter are recalculated.

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:10:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nogueira_ViniciusdeFreitasGomes_M.pdf: 1151425 bytes, checksum: 25421deb7c7d0073c31744365ccb6e53 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Os geradores síncronos trifásicos são atualmente os mais utilizados em geração de energia elétrica em grande escala no mundo todo. Na geração de energia elétrica em pequena escala, geralmente como geração distribuída, ligada à rede de distribuição em média tensão ou até mesmo em baixa tensão, eles tem sido muito usados devido à sua principal qualidade que é a de operar em velocidade constante. Entre as suas aplicações em geração distribuída destacam-se aquelas que usam energias renováveis como em médios e pequenos aproveitamentos hidráulicos, em aproveitamentos da biomassa e nos aproveitamentos eólicos. Neste trabalho estuda-se a modelagem do gerador síncrono, estabilidade transitória utilizando os diferentes modelos de representação do gerador síncrono e o seu desempenho dinâmico em algumas situações de operação em geração distribuída com cargas lineares e com cargas não lineares, com e sem o uso de filtragem ativa / Abstract: The three-phase synchronous generators are currently the most used in generating electricity on a large scale worldwide. In generating electricity on a small scale, usually as distributed generation, connected to the distribution network or even medium voltage low voltage, they have been widely used due to its main quality is to operate at constant speed. Among its applications in distributed generation to include those using renewable energy as in medium and small hydroelectric plants, biomass and hydroelectric in the Windmill. This paper studies the modeling of the synchronous generator, transient stability using different models of representation of the synchronous generator and its dynamic performance in some situations of operation distributed generation with linear loads and nonlinear loads, with and without the use of filtering active / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica