CAPES / O objetivo deste trabalho é a implementação em simulação e experimental de um sistema eólico, desde a modelagem da turbina até a extração de potência para a rede baseado no conversor eletrônico back-to-back. É utilizado no sistema um gerador de indução com rotor em gaiola frente suas vantagens econômicas e facilidade de compra. O trabalho apresenta a estratégia de controle vetorial tanto do conversor do lado do gerador quanto do lado da rede. Este trabalho apresenta o desenvolvimento do controle vetorial do gerador que utiliza apenas dois sensores de corrente e conta com uma estratégia de estimação de tensão nos terminais da máquina, estimação de fluxo no rotor e ainda estimação de velocidade, reduzindo o número de sensores para tal controle. Um protótipo foi desenvolvido em bancada para validar tais estratégias, onde os principais resultados são apresentados comprovando a estimação de tensão, a estimação de fluxo e de velocidade e a operação do sistema como gerador. / The objective of this work is the implementation of wind system, from the modelling of wind turbine until the power extraction to the grid, based on back-to-back converter. It is used a squirrel cage induction generator because it has economic advantages and it is easily found commercially. The paper presents all control strategy to the grid converter and the generator converter. This work implements a vector control that use just two current sensors and it has a strategy to estimate the voltage terminals machine, rotor flux and the rotor speed, reducing the number of sensors for this control. A prototype was developed to validate these strategies. The main results are presented to demonstrate the estimations and the system operating as generator.

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.

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Este trabalho tem por objetivo a utilização do núcleo de estator de uma máquina elétrica construído a partir do processo da Metalurgia do Pó utilizando a liga ferro com 2% fósforo (Fe2%P). O núcleo obtido substitui o núcleo comercial (laminado) do gerador síncrono de imãs permanentes com potência de 1kW. O gerador elétrico utilizado no trabalho é encontrado em geradores eólicos de pequeno porte. Esta máquina elétrica é um gerador com fluxo axial excitado através de imãs permanentes, sendo nomeada de Torus por utilizar um núcleo em formato toroidal. Foram realizados ensaios de rendimento do gerador em bancada com ambos os núcleos, comercial e o concebido a partir de metalurgia do pó. Com estes ensaios foi possível a comparação do desempenho da máquina com os dois núcleos. O núcleo do estator obtido pelo processo de metalurgia do pó obteve rendimentos elétricos equivalentes ao da máquina utilizando núcleo comercial, porém durante o teste em vazio o gerador com núcleo de Fe2%P apresentou uma potência mecânica de acionamento superior a máquina utilizando núcleo comercial. A máquina com núcleo comercial possui uma eficiência geral de no mínimo oito por cento superior a máquina que utiliza núcleo do estator com Fe2%P. / The purpose of this paper is to use the stator core of an electrical machine built from the Powder Metallurgy process using iron alloy with 2% (Fe 2% P). The core obtained replaces the commercial core (laminated) of the synchronous generator with permanent magnet power of 1kW. The electric generator used at work is found in small wind generators. This electric machine is a generator with an axial flow excited by permanent magnets that have been named Torus for using a core in the toroidal format. Bench Generator performance tests were conducted with both the commercial and the powder metallurgy designed cores. With these tests, a comparison between the machine’s performance and both cores was possible. The stator core obtained by the powder metallurgy process achieved an electrical performance equivalent to that of the machine using the commercial core, however, during the no load test, the generator with the Fe2% P core presented a higher mechanical power drive to that of the machine using the commercial core. The machine with a commercial core has an overall efficiency of at least eight per cent higher than that of the machine that uses the stator core with Fe2%P.

As características de desempenho dos motores trifásicos de indução são fundamentais para estudos de viabilidade econômica, tanto para a manutenção como para a substituição por motores que apresentem melhor rendimento, visando à economia de energia. Existem diversos procedimentos para determinar o desempenho das máquinas de indução, no entanto, são procedimentos baseados em ensaios que exigem o desacoplamento mecânico, comprometendo assim a praticidade, sem contar no custo da instrumentação envolvida. Este trabalho apresenta o estudo e implementação de dois métodos distintos para estimar o rendimento de forma pouco intrusiva, método do torque no entreferro e método do circuito equivalente. Nesse último são estudadas duas técnicas, a primeira estima os parâmetros do circuito equivalente por meio de um conjunto de equações definidas pela resolução do modelo da máquina, e a segunda, estima os parâmetros do circuito equivalente por meio de um algoritmo de identificação por mínimos quadrados. Por fim são mostrados os resultados da aplicação das metodologias propostas no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento – LENHS da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, onde então é apresentada uma análise dessas técnicas, considerando os aspectos de precisão e incerteza. / The performance characteristics of three-phase motors are essential for economic feasibility studies, for both maintenance and for replacement by motors that have better efficiency, to save energy. There are several procedures based on tests that require mechanical uncoupling, thereby committing practicality, without counting the cost of the instrumentation involved. This work presents the study and implementation of two different methods to estimate the efficiency in low intrusive order, method of air gap torque and method of equivalent circuit. In the latter, two techniques are studied, the first estimates the equivalent circuit parameters though a set of equations defined by the resolution of the machine model, and second, estimates the equivalent circuit parameters by means of an identification algorithm for least squares. Finally shows the results of applying the proposed methodologies in the Laboratory of Energy Efficiency and Water Sanitation – LENHS in Federal University of Rio Grande do Sul, where it is then presented an analysis of these techniques, considering aspects of precision an uncertainty.

Este trabalho tem por objetivo a utilização do núcleo de estator de uma máquina elétrica construído a partir do processo da Metalurgia do Pó utilizando a liga ferro com 2% fósforo (Fe2%P). O núcleo obtido substitui o núcleo comercial (laminado) do gerador síncrono de imãs permanentes com potência de 1kW. O gerador elétrico utilizado no trabalho é encontrado em geradores eólicos de pequeno porte. Esta máquina elétrica é um gerador com fluxo axial excitado através de imãs permanentes, sendo nomeada de Torus por utilizar um núcleo em formato toroidal. Foram realizados ensaios de rendimento do gerador em bancada com ambos os núcleos, comercial e o concebido a partir de metalurgia do pó. Com estes ensaios foi possível a comparação do desempenho da máquina com os dois núcleos. O núcleo do estator obtido pelo processo de metalurgia do pó obteve rendimentos elétricos equivalentes ao da máquina utilizando núcleo comercial, porém durante o teste em vazio o gerador com núcleo de Fe2%P apresentou uma potência mecânica de acionamento superior a máquina utilizando núcleo comercial. A máquina com núcleo comercial possui uma eficiência geral de no mínimo oito por cento superior a máquina que utiliza núcleo do estator com Fe2%P. / The purpose of this paper is to use the stator core of an electrical machine built from the Powder Metallurgy process using iron alloy with 2% (Fe 2% P). The core obtained replaces the commercial core (laminated) of the synchronous generator with permanent magnet power of 1kW. The electric generator used at work is found in small wind generators. This electric machine is a generator with an axial flow excited by permanent magnets that have been named Torus for using a core in the toroidal format. Bench Generator performance tests were conducted with both the commercial and the powder metallurgy designed cores. With these tests, a comparison between the machine’s performance and both cores was possible. The stator core obtained by the powder metallurgy process achieved an electrical performance equivalent to that of the machine using the commercial core, however, during the no load test, the generator with the Fe2% P core presented a higher mechanical power drive to that of the machine using the commercial core. The machine with a commercial core has an overall efficiency of at least eight per cent higher than that of the machine that uses the stator core with Fe2%P.

Este trabalho apresenta um estudo de Qualidade de Energia Elétrica (QEE) no sistema elétrico industrial de uma concessionária geradora de energia elétrica do Brasil. O estudo teve enfoque na distorção harmônica gerada nos serviços auxiliares da usina termoelétrica. Para tanto, foi necessária a simulação e análise da planta da termoelétrica, com atenção nos serviços auxiliares pertencentes a ela, devido aos altos níveis de distorções harmônicas registrados. A simulação foi feita com o programa ATP (Alternative Transients Program) no domínio do tempo, através de sua interface gráfica, o ATP Draw. Nele foram modelados os principais componentes que pertencem ao Sistema Elétrico de Potência (SEP) em questão, como geradores, transformadores, linhas e cargas não lineares. Com a modelagem do SEP da termoelétrica, é possível determinar os níveis da distorção harmônica em diversos locais da planta, e aprofundar o estudo para que seja possível fazer a mitigação desses distúrbios. A diminuição da distorção harmônica junto ao aumento do fator de potência permite um melhor desempenho da usina, aumentando a faturamento da empresa através do aumento da energia entregue ao sistema elétrico. / This dissertation presents a study of Power Quality in an electrical system of a thermoelectric power plant in Brazil. The study focused on the harmonic distortion generated in the auxiliary services of the plant. Therefore, it was necessary to simulate and analyze the thermal plant, with attention to auxiliary services belonging to it, due to high levels of harmonic distortion registered. The simulation was performed using the ATP (Alternative Transients Program) in the time domain through its interface, the ATP Draw. It were modeled the main components that belong to the Power System in question, such as generators, transformers, lines and non-linear loads. With the modeling of the thermoelectric plant, is possible to determine the levels of harmonic distortion at various locations within the plant. The reduction of harmonic distortion along with the increase of power factor allows a better plant performance, increasing company revenue by increasing the energy delivered to the electrical system.

Orientador : Jose Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:41:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vendrusculo_EdsonAdriano_D.pdf: 10711581 bytes, checksum: d6ada702601d4c784855dd27a0b04cef (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A eliminação de sobretensões em sistemas de extração de petróleo é o principal objetivo deste trabalho. Tais sistemas usualmente demandam pelo uso de cabos longos para conectar uma bomba elétrica submersível a sua fonte de alimentação. Um inversor tipo fonte de tensão operando com modulação por largura de pulso é utilizado como fonte e um motor de indução convencional sintetiza a bomba elétrica na modelagem do sistema. A eliminação das sobretensões é alcançada empregando uma estratégia que visa a alteração da freqüência de chaveamento do inversor, durante o funcionamento do sistema, ou seja, on-line. O valor adequado para a freqüência de chaveamento é calculado fazendo o tratamento digital de amostras do sinal de corrente na saída do inversor. A rotina de processamento pode ser implementada num processador tipo DSP. A análise pode ser estendida para sistemas de acionamento de motores de indução industriais desde que o comprimento do cabo seja suficientemente longo. A influência do efeito pelicular nos condutores é considerada na modelagem do cabo. Os parâmetros elétricos do cabo são calculados on-line através de uma metodologia chamada técnica da freqüência natural. Tais parâmetros permitem obter a resposta em freqüência do sistema e, portanto, identificar as frequências críticas onde existem ressonâncias que, por sua vez, submetem o motor à sobretensões e causam sobrecorrentes no inversor. São apresentados resultados de simulação para sistemas com motores da ordem de centenas de cavalos e resultados experimentais para um sistema com cabo de lkm de comprimento. Sistemas que aplicam transformadores elevadores de tensão na saída do inversor também são alvo deste trabalho / Abstract: The analysis of long distance induction motor driving systems is performed. This kind of system, usuaIly driven by a voltage source inverter, has been employed by Petrobras for oi! exploitation in deepwater. Due to the excessive cable length, undesirable effects such as overvoltages and overcurrents are recorded at the motor and the inverter, respectively. Passive filters are commonly used in order to overcome those effects. An alternative strategy based on the correct choice of the inverter switching frequency, set in a pulse width modulation, is proposed. The strategy raise interesting from fact ofnot demanding for additional elements. The switching frequency is set even in the running system and can be estimated through the digital processing of the signal current sampled at the inverter terminaIs. A mathematical toei caIled natural frequency technique is employed to estimate the electrical parameters of the cable, in such a way that system frequency response can be outlined. An assessment of the critical frequencies related to overvoltages is possible from the frequency response. A high power system was simulated taking into account the skin effect in the cable conductors and a low power prototype was built in a laboratory. The closing results aIlow the application of the same strategy to industrial plants, since enough long cables are employed. Systems demanding for a voltage step-up transformer are also covered in the work / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor 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 2018-08-13T11:32:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Trindade_FernandaCasenoLima_M.pdf: 1160331 bytes, checksum: 8645597088992da29acb335423c8dbc4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Sistemas industriais modernos são instalações bastante complexas com elevado grau de automatização e com capacidade de operar de forma isolada (ilhada) da rede elétrica após a ocorrência de contingências devido à utilização de geradores próprios compostos principalmente por máquinas síncronas e turbinas térmicas. Tais instalações, na presença de geradores, são denominadas genericamente como consumidores autoprodutores. Como muitos desses autoprodutores são conectados em redes de distribuição e subtransmissão de energia elétrica, tais consumidores estão sujeitos às normas técnicas requeridas por essas concessionárias. Assim, a desconexão da instalação industrial logo após a ocorrência de um ilhamento na rede de distribuição é um procedimento obrigatório. Imediatamente após a detecção do ilhamento pelo sistema de proteção da instalação industrial, a rede de distribuição e o sistema industrial são separados (isolados). Esta separação é realizada através da abertura do disjuntor instalado no lado de baixa tensão do transformador (lado do consumidor) que faz a conexão entre os dois sistemas. Então, a concessionária pode realizar os procedimentos necessários para reenergização da rede. Logo após a realização da separação dos sistemas, é necessário adotar uma série de medidas que garanta que o sistema industrial possa continuar operando isoladamente de forma adequada. Basicamente, três ações devem ser tomadas: (a) mudança do modo de operação do regulador de velocidade e do sistema de excitação dos geradores síncronos; (b) implementação do sistema de rejeição de carga e (c) alteração dos ajustes dos relés de sobrecorrente do sistema de proteção da rede industrial. Nesse contexto, o objetivo desta dissertação de mestrado é investigar tais procedimentos e propor metodologias de análise dessas questões previamente mencionadas de forma a obter um melhor entendimento do problema. Com o desenvolvimento dessas metodologias, objetiva-se que os estudos desses procedimentos automáticos possam ser realizados de forma mais eficiente e sistemática. / Abstract: Modern industrial systems are very sophisticated installations with a high number of automatic processes and capability of isolated (islanded) operation after contingences by using onsite generators composed mainly by synchronous machines and steam turbines. Such installations, in the presence of generators, are generically called autoproducers. Since many of these autoproducers are connected to electrical power distribution and subtransmission grids, they must respect the technical recommendations imposed by these utilities. As a consequence, the disconnection of these systems from the grid after islanding occurrence is a mandatory procedure. Soon after the islanding detection by the industrial protection system, the industry and the grid must be electrically separated (isolated) by opening the circuit breaker installed at the low voltage side of the interconnection transformer. Thus, after the separation, the utility can carry out the necessary technical procedures to restore the network. From the industrial system perspective, after the separation, it is necessary to take control actions to guarantee that the industrial system continues operating with quality and reliability. Basically, three actions must be taken: (a) change the operation mode of the speed governor and excitation system of the generators; (b) implement the load shedding system and (c) change the settings of the protection system overcurrent relays. In this context, the objective of this master thesis is to investigate these procedures and propose methods for analysis in order to obtain a better understanding of these issues. With this methodologies development, it is expected that new automatic proceedings can be achieved in a more efficient and systematic way. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuqueCarcasi_DiodomiroBaldomero_M.pdf: 943595 bytes, checksum: c20084d6cea7e72315ca4292797e783f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de motores de indução trifásico em regime permanente. Discute-se a validade da utilização do circuito elétrico equivalente do motor nas condições nominais e fora das condições nominais de operação. Ensaios em vazio e com rotor bloqueado são executados em um motor de indução trifásico para a determinação dos parâmetros do circuito equivalente. O ensaio realizado em condições de carga variável dentro de um intervalo usual de operação do motor, em termos de escorregamento, mostra que o circuito equivalente não representa o comportamento da máquina quando esta trabalha fora do ponto nominal de operação, porque os parâmetros não mais o representam bem naquelas situações de operação. As grandezas obtidas nos ensaios em carga variável são adequadamente condicionadas e utilizadas no treinamento de uma rede neural artificial Multi-Layer Perceptron (MLP). Para a validação dessa rede são comparados os resultados obtidos no modelo neural com os testes experimentais do motor de indução trifásico. / Abstract: This thesis presents a study about the steady state behavior of the three-phase induction motor. The validity of the use of the electric equivalent circuit is discussed when it is utilized on the rated conditions and also on any other operating conditions. No-load and the blocked rotor tests are performed on a three-phase induction motor for the determination of the equivalent circuit parameters. The tests run in variable load conditions in a usual interval of operation of the motor, in terms of slip, show that the equivalent circuit does not represent quit well the behavior of the machine when it works out of the rated point, because the parameters do not represent it in those operating condition any more. The magnitudes obtained in the variable load test are conditioned and used in the training of an artificial neural network Multi-Layer Perceptron (MLP). For the validation of the results, the neural model and experimental tests of the induction motor results are compared. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica