Este estudo identifica as vantagens do uso de um estator fabricado usando a tecnologia da metalurgia do pó, identificando suas vantagens e desvantagens. O motor elétrico utilizado é um motor do tipo universal originalmente o estator desta máquina, possui o núcleo fabricado em chapas laminadas, este foi substituído por um estator com núcleo em bloco maciço, mantendo-se as demais partes do motor originais, ou seja, nestes testes o rotor bobinado continuará a utilizar chapas laminadas e escovas originais. Motores elétricos foram desenvolvidos no início do século XIX e desde então vem sendo utilizado em larga escala com mudanças pouco significativas na sua forma construtiva, materiais e processo de fabricação. Neste trabalho o principal objetivo foi o desenvolvimento de um núcleo do estator para motor universal a partir dos processos da metalurgia do pó (M/P). Simulações com o software FEMM identificaram o comportamento de várias ligas (Fe-P, Fe-Si e Fe-Ni). Após análise dos dados da simulação foi selecionado o Fe1%P, por ter apresentado os melhores resultados para a aplicação na máquina elétrica em questão. As simulações permitiram comparações dos parâmetros eletromagnéticos e torque, entre estatores utilizando chapas de silício do motor original e estatores de núcleo maciço com dados das ligas experimentadas fabricadas através da metalurgia do pó. A fabricação destes núcleos consiste nas misturas da liga, compactação utilizando matriz para formato desejado, sinterização e acabamentos através de usinagem e eletroerosão. Foi utilizada uma furadeira manual comercial, testada em bancada para levantamento detalhado a fim de caracterizar as propriedades que definem a eficiência do equipamento com o estator original. Os mesmos testes foram conduzidos apenas substituindo o estator, agora de núcleo maciço. Processo de fabricação através da metalurgia do pó permite um menor consumo de material e energia, sendo este um processo muito mais eficiente quando comparado ao processo de fabricação das chapas laminadas de ferro silício. / This study will identify the advantages of using a fabricated stator using the technology of powder metallurgy, identifying its advantages and disadvantages. The electric motor used is a universal type motor, originally the stator core of this machine are made of laminated plates, this was replaced by a stator core with solid block , keeping the remaining parts of the original machine, ie these tests the wound rotor continued to use rolled sheet and original brushes. Electric motors were developed in the early of 19th century, and has since been used in large scale with little significant changes in its constructive form, materials and manufacturing process. This work has as main goal the development of a stator core for universal motor from the processes of powder metallurgy (M/P). Simulations with the FEMM software identified the behavior of various alloys (Fe-P, Fe -Si and Fe-Ni) .After data analysis of the simulation was selected Fe1%P, for having presented the best results for the application in the electric machine in question. The computer simulations of electromagnetic parameters and comparisons torque between stator plates using the original silicon motor stators and solid core of data experienced alloys manufactured by powder metallurgy. The manufacture of these core constitutes mix league, using compression matrix to desired shape, sintering and finishing by machining and EDM. Trade manual drill was used, tested on bench for detailed study to characterize the properties that define the efficiency of the equipment to the original stator. The same tests were conducted just by replacing the stator, now solid core. Manufacturing process by powder metallurgy allow less consumption of material and energy, this is a much more efficient process compared to the process of manufacturing the laminated silicon iron sheets.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:20:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Franca_AlexPereira_M.pdf: 3058764 bytes, checksum: beb5e6bdbba91505ff0ef14262e6be5c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Uma abordagem preditiva global-local para o controle de um motor de indução é apresentado nesta tese. O conceito de controle preditivo diz respeito a uma classe de controladores que tem se desenvolvido muito no âmbito do controle de sistemas de conversão de energia nos últimos anos, acompanhando o desenvolvimento da capacidade computacional dos sistemas microprocessados ao longo da última década. A técnica proposta é fundamentada numa lei de controle baseada em uin modelo identificado de um motor de indução. A identificação se dá de maneira experimental a partir da simulação de um motor de indução indiretamente orientado em função do fluxo do rotor, através de um modelo fuzzy do tipo Takagi-Sugeno TS com Funções de Base Ortonormal no consequente das regras.As ações de controle locais são combinadas são combinadas pela ativação das regras do modelo local devido, e a ação de controle global resultante é aplicada ao controle de velocidade do motor de indução. Este método permite ao controlador a inclusão nos parâmetros de controle das não-linearidades e restrições inerentes ao controle do máquinas elétricas / Abstract: A predictive global-local approach technic for induction motor control is presented in this thesis. Predictive control is a very wide class of controllers that have found rather recent applications in the control of electrical machines. Research on this topic has been increased in the last years due to the possibilities of today s microprocessors used for control. The proposed technique is founded on a identified model based predictive control. The identification technique applied in this method is based on the black box modeling of a Indirect Rotor Flux Oriented Induction Motor in stationary reference system through Takagi-Sugeno-TS fuzzy models with orthonormal base functions - OBF - on the rules consequents. Control actions are matched by local activation of the model rule because local and global control action is applied to speed control of an induction motor. This method allows the inclusion in the control parameters of non-linearities and constraints inherent the control of electrical machines / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Andre Luiz Morelato França, Walmir de Freitas Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VieiraJunior_JoseCarlosdeMelo_D.pdf: 1983649 bytes, checksum: 2abfcaa471b650a7138b798950c476a7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Uma das principais funções dos sistemas de proteção de geradores distribuídos conectados em redes de subtransmissão ou de distribuição de energia elétrica é desconectá-los tão logo uma situação de ilhamento seja detectada. O ilhamento ocorre quando parte da rede elétrica é desconectada do restante do sistema da concessionária, mas continua a ser energizada por um ou mais geradores distribuídos conectados a ela, formando um subsistema isolado da concessionária. Esta ocorrência deve ser evitada porque coloca em risco a segurança de pessoas e equipamentos e pode deteriorar a qualidade da energia suprida aos consumidores locais. Neste contexto, esta tese de doutorado propõe novas metodologias para avaliar de forma sistemática e ajustar alguns dos principais relés de proteção anti-ilhamento de geradores síncronos. As técnicas analisadas compreendem os relés de deslocamento de fase ou ¿salto de vetor¿, relés de taxa de variação de freqüência, relés de sub/sobrefreqüência convencionais e os relés de sub/sobretensão convencionais. A aplicação das metodologias desenvolvidas mostrou que elas são ferramentas eficientes para avaliar e determinar o desempenho desses relés quanto à detecção de ilhamentos, auxiliando na seleção dos esquemas de proteção e ajustes mais adequados / Abstract: One of the main functions of distributed generators¿ protection systems is the capability to disconnect the generators immediately after an islanding occurrence is detected. Islanding occurs when a portion of the distribution system is disconnected from the utility grid, yet remains energized by one or more distributed generators connected to it. This operating condition should be avoided because it poses safety risks to utility personnel and equipments as well as it can cause power quality problems to the local costumers. In this context, this thesis proposes new methodologies to systematically evaluate and adjust some anti-islanding techniques applied to synchronous generators. The techniques analyzed are the under/over frequency relays, the rate of change of frequency (ROCOF) relays, the vector surge or vector jump relays and the under/overvoltage relays. The results have shown that the proposed methodologies can be efficient tools to evaluate and to determine the performance of these anti-islanding relays, consequently, they can help protection engineers to select the most proper protection devices and their settings / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:49:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Segnini_HelioHenriquedeAgostini_M.pdf: 1646244 bytes, checksum: d03ec95486ccbccae70ffedf89d964f1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar o modelo da máquina de indução duplamente alimentada no sistema de referência síncrono, bem como controlar seu fluxo de potências através de orientação de fluxo. São analisadas as orientações de fluxo de estator, de entreferro e de rotor em várias operações: compensador de reativos, gerador e motor, com fator de potência indutivo, capacitivo e unitário, nas faixas de velocidade subsíncrona, síncrona e supersíncrona / Abstract: The purpose of this work is to study the Doubly Fed Induction Machine modeling at the synchronous reference frame, as well as to control its power flux by flux oriented control The stator, rotor and air gap flux orientations with the machine operating as reactive compensator, generator and drive, with lag power factor, lead power factor and unity power factor at subsynchronous, synchronous and supersynchronous speeds are analyzed. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:02:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_NewtonJosede_M.pdf: 3608719 bytes, checksum: b040f49f75941ae11cb16f7beb51b76d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A necessidade de desenvolvimento de modelos dinâmicos para estudos de sistemas de proteção de redes de distribuição de energia elétrica tem sido acentuada, recentemente, devido ao grande número de geradores síncronos que estão sendo conectados nestas redes. Assim, o objetivo desta dissertação de mestrado é desenvolver uma biblioteca de modelos dinâmicos para representar os principais relés empregados em sistemas de proteção de redes de distribuição e subtransmissão de energia elétrica na presença de geradores síncronos. Os modelos desenvolvidos são adequados para utilização juntamente com programas de simulação de transitórios eletromagnéticos de sistemas de potência (simulação com realimentação ? close loop), para verificar a influência do sistema de proteção no desempenho da rede, ou independentemente (simulação sem realimentação - open loop), para investigar os algoritmos empregados no relé ou para validar os modelos desenvolvidos. A complexidade adotada para representar os diversos tipos de relés foi decidida tendo-se em mente que tais modelos devem ser precisos o suficiente para desenvolvimento de pesquisas na área de proteção de sistemas de distribuição na presença de geradores síncronos e simples o suficiente para que eles possam ser utilizados para ensino da teoria de sistemas de proteção de redes de distribuição em nível de graduação e pós-graduação. Os modelos foram desenvolvidos para uso no ambiente Matlab/Simulink. Conseqüentemente, estes modelos podem ser utilizados com diversos programas de simulação de transitórios eletromagnéticos tais como o PSCAD/EMTDC, o SimPowerSystems e o ATP. Os modelos desenvolvidos foram validados através da comparação dos resultados obtidos por simulação com o comportamento real de relés comerciais. Adicionalmente, tal validação dos modelos foi realizada através de duas metodologias. Na primeira metodologia, dados obtidos em campo através de oscilografias de relés foram utilizados como entrada para os modelos desenvolvidos. Então, o comportamento do relé comercial foi comparado com o comportamento do modelo simulado. Na segunda metodologia, os dados de tensão e corrente foram gerados através de simulações de transitórios eletromagnéticos utilizando-se o ATP. Então, tais dados foram utilizados para verificar o comportamento de um relé comercial, através do uso de caixa de teste, e do relé simulado. Os resultados comprovam que os modelos desenvolvidos são suficientemente precisos para determinar o comportamento de relés comerciais operando em campo / Abstract: Recently, the need for the development of protection device dynamic models for analysis of distribution network protection systems has increased due to the usage of distributed generators. Therefore, the objective of this dissertation is to develop a dynamic model library torepresent the main relays used in the subtransmission and distribution network protection systems in the presence of synchronous generators. The developed models can be used with transient electromagnetic programs (close loop), in order to analyze the influence of the protection system on the network performance, or individually (open loop), in order to investigate new algorithms as well as to validate the models. The developed models are sufficiently detailed to conduct researches on distribution network protection in the presence of distributed generators, however, in the same time, they are simple enough to be used to teach undergraduate and graduate students. The models were developed to use with Matlab/Simulink. As a result, they can be used with several electromagnetic transient programs such as PSCAD/EMTDC, SimPowerSystems, and ATP. The developed models were validated by comparing the results obtained through simulation with the performance of real, commercial relays. Moreover, two approaches were used to validate the models. In the first one, field data obtained from relay oscillograms were used as an input to the developed models. Then, the commercial relay behavior was compared with simulated relay. In the second approach, voltage and current signals were generated by using the ATP. Then, these signals were used to verify the behavior of the commercial relays, through an amplifier, and of the developed model. The results show that the developed models are accurate enough to determine the behavior of commercial relays / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilmar Barreto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T16:50:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Giesbrecht_Mateus_M.pdf: 3904732 bytes, checksum: 55e43903b08b7c8d770f9120fb071c40 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A motivação para este estudo é criar um modelo computacional capaz de prever se o regime de trabalho a que um motor monofásico de indução é submetido implica ou não em um aquecimento que comprometa os materiais isolantes do mesmo. A solução apresentada busca encontrar uma equação a diferenças em que a saída do sistema (temperatura do motor no instante k+1) é calculada como uma combinação linear das entradas (temperatura do motor, valor RMS da corrente e temperatura ambiente no instante k). Para conhecer os coeficientes desta combinação linear, foram realizados alguns ensaios e, a partir de seus resultados, foi aplicado o método dos mínimos quadrados para a obtenção do modelo computacional que representa o sistema. Os resultados computacionais obtidos com o modelo proposto refletem com exatidão o comportamento do sistema real. O modelo desenvolvido também é útil para outras aplicações em que se utilize um motor de indução monofásico em regime intermitente periódico com partida / Abstract: This study motivation was finding a computer-based model that was able to foresee if the duty cycle applied in a single-phase induction motor implies or not in an overheating that can compromise the motor insulation. The solution presented here is based on finding a difference equation in which the system output (motor temperature at time k+1) is calculated as a linear combination of the input (motor temperature, RMS current and ambient temperature at time k). The Mean Square Method was applied to find the coefficients of this linear combination, resulting in the final computational model that represents the system. The computational results found with the proposed model reflect exactly the real system behaviour. This model is also useful to other applications in which a single-phase induction motor during intermittent periodic duty with starting is used. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meira_PauloCesarMagalhaes_M.pdf: 4399317 bytes, checksum: abd35262b6780f553e52831e63c6947c (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Em redes de distribuição, ilhamento ocorre quando parte da rede elétrica é desconectada do restante do sistema da concessionária, mas continua a ser energizada por um ou mais geradores distribuídos conectados a ela. Esta ocorrência deve ser evitada porque coloca em risco a segurança de pessoas e equipamentos. Diversos trabalhos têm sido desenvolvidos na análise do comportamento ilhado e da proteção antiilhamento de geradores síncronos e de geradores não-rotativos conectados via conversores eletrônicos. No entanto, pouca atenção tem sido dada aos casos envolvendo geradores de indução, sejam eles geradores duplamente alimentados ou com rotor tipo gaiola de esquilo. Portanto, o objetivo desta dissertação de mestrado é investigar o comportamento destes geradores durante ilhamentos, bem como analisar a eficiência dos relés baseados em medidas de freqüência e tensão para a realização de proteção antiilhamento. A ferramenta empregada para análise da proteção antiilhamento é a zona de não-detecção, a qual é definida como a região no espaço de desbalanço de potência reativa versus desbalanço de potência ativa em que o sistema de proteção antiilhamento não consegue detectar a situação de ilhamento dentro do tempo especificado. Tais zonas foram obtidas através de numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos utilizando o programa PSCAD/EMTDC / Abstract: In distribution systems, islanding occurs when part of the electric system is disconnected from the remaining utility system, but continues to be fed by one or more distributed generators operating in the island. This occurrence should be avoided as it represents a safety risk to equipment and customers. There have been several research papers which analyze the islanding behavior and the anti-islanding protection of synchronous generators and non-rotating generators connected to the grid using electronic converters. Nonetheless, little attention has been spent to analyze the situations involving induction generators, either doubly-fed generators or squirrel-cage generators. Therefore, the objective of this dissertation is to investigate the behavior of these generators during islanded operation, as well as analyze the efficiency of anti-islanding protection schemes based on frequency and voltage relays. The analysis is conducted by using the non-detection zone, which is defined in the active versus reactive power imbalance space where the anti-islanding protection fails. These zones were determined by numerous electromagnetic transient simulations by using the software PSCAD/EMTDC / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Walmir de Freitas Filho, Jose Carlos de Melo Vieira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T06:20:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SallesCorrea_Diogo_M.pdf: 1373306 bytes, checksum: a6a2357bf0c337089786c03c519bbd7d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Geradores síncronos conectados em redes de distribuição de energia elétrica estão sujeitos a operarem de forma ilhada após contingências como, por exemplo, curtos-circuitos. Ilhamento ocorre quando uma parte da rede de distribuição opera eletricamente isolada da subestação da concessionária, mas continua a ser energizada por geradores distribuídos. Devido a um conjunto de implicações técnicas e de segurança, a prática atualmente utilizada pelas concessionárias e recomendada pelos principais guias técnicos é desconectar todos os geradores da rede isolada tão logo ocorra um ilhamento. Existem diversas técnicas de proteção desenvolvidas para detectar ilhamentos e a maioria delas possui limitações técnicas e são propensas a falharem em determinadas situações. Neste contexto, torna-se importante conhecer a probabilidade ou risco da proteção falhar na detecção de ilhamentos em sistemas de distribuição de energia elétrica com geradores distribuídos e, por conseguinte, decidir se o sistema de proteção utilizado é adequado ou não. A falha da detecção de uma situação de ilhamento é tecnicamente denominada ilhamento não intencional. Esta dissertação de mestrado apresenta uma série de metodologias desenvolvidas para analisar o risco da ocorrência de ilhamentos não intencionais devido à falha do sistema de proteção de geradores síncronos. O sistema de proteção antiilhamento considerado neste trabalho é composto por relés baseados em medidas de freqüência e/ou tensão visto que atualmente estes são considerados os dispositivos mais eficientes para realizar tal tarefa. Como os desempenhos desses relés estão fortemente relacionados aos desbalanços de potência ativa e reativa na rede ilhada, respectivamente, as metodologias desenvolvidas baseiam-se nas curvas de carga do sistema de distribuição, nos patamares de geração de potência ativa e reativa e no cálculo de um índice numérico que indica o risco de falha da proteção antiilhamento. Diversos métodos eficientes foram desenvolvidos para calcular diretamente este índice de risco sem a necessidade de executar numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos. Ressalta-se que os principais fatores que afetam o desempenho do sistema de proteção antiilhamento podem ser prontamente determinados com a aplicação das metodologias desenvolvidas. Os resultados obtidos mostraram-se precisos quando comparados aos obtidos por meio de repetidas simulações do tipo de transitórios eletromagnéticos / Abstract: Distributed synchronous generators connected to distribution power systems are prone to operate islanded after contingencies such as short circuits. Islanding occurs when a portion of the distribution network operates electrically isolated from the utility grid substation, yet continues to be energized by local distributed generators connected to the isolated system. Due to a number of technical and safety concerns, the procedure currently adopted by utilities and recommended by the main technical guides is to disconnect all the generators immediately after an islanding event. There are several anti-islanding techniques and the majority of them present technical limitations so that they are likely to fail in certain situations. In this context, it becomes important to know the probability or the risk of the protection scheme to fail in the detection of islanding events in distribution power systems containing distributed generators and, ultimately, determine whether the protection scheme under study is adequate or not. The failure of islanding detection is technically denominated non intentional islanding. This work presents a number of methodologies developed to evaluate the risk of occurrence of non intentional islanding due to the failure of synchronous generators protection systems. The anti-islanding protection system considered in this work is composed of relays based on measures of frequency and/or voltage, since these are considered to be the most efficient methods to perform this task. As the performance of these relays is strongly dependent on the active and reactive power imbalances in the islanded system, respectively, the methodologies are based on the distribution network feeder load curves, the active and reactive power generation levels and on the calculation of numerical index to quantify the risk level of protection system failure. Efficient methods were developed to directly calculate these risk indexes without performing several electromagnetic transient simulations. Through these methods, the main factors impacting on the performance of the antiislanding protection schemes can be determined. The results obtained by the usage of the proposed methodologies presented a very good match with those obtained by electromagnetic transient simulations / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Edson Bim / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T12:34:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jacomini_RogerioVani_D.pdf: 15030828 bytes, checksum: 7c0af103e9c6a3a9527e3c25e4373e7e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica