Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a contribution to the study of AC Power Sources, where a prototype s development is presented. The stages that compose the system, including converter topology, filter, instrumentation and controller, are presented. The developed prototype is a three-phase four-wire source, which uses a four-leg voltage source inverter. This topology increases the flexibility for unbalanced waveforms generation or unbalanced load conditions, also simplifying the control problem of the process. This work first looks for justifying the use and the study of AC Power Sources, in this sense, some examples of tests and norms, whose tests demand its use, are given. The applications are in general related to electrical and electronic equipments and for driving electromechanical plants such as shakers. In this sense, AC Power Sources are equipment that can be used both in industry applications and didactic or research laboratories. In practically all applications, it is shown that good performance in waveforms generation is necessary. This performance is related to the ability for waveforms generation with low harmonic distortion even in conditions of variable frequency or amplitude and with nonlinear loads behavior. In this way, the use of an adequate converter topology is not enough, are too necessary controllers to guarantee performance for the system, even in adverse load conditions or in presence of unmodeled dynamics. The unmodeled dynamics are derived from some stages that compose the system, but they are generally related to the uncertainties on the model of the plant and load. Then, this work not only describes the implemented prototype and topological relative questions but also applies a Robust Model Reference Adaptive Control (RMRAC) for the plant control. This technique improves the robustness in the closed loop system even under presence of unmodeled dynamics and disturbances. The controller makes use of a Gradient type algorithm for parametric adaptation with four adapted parameters, which leads to a new error equation that is used for the controller s implementation / Este trabalho apresenta uma contribuição ao estudo de Fontes de Potência CA onde é apresentado o desenvolvimento de um protótipo. Os diversos estágios que compõem o sistema, desde a topologia do conversor, do filtro, da instrumentação e do controlador são apresentados e analisados. O protótipo desenvolvido é uma fonte trifásica a quatro fios, que utiliza um inversor de tensão de quatro braços. Esta topologia permite uma maior flexibilidade na geração de formas de onda desbalanceadas ou em condições de cargas desequilibradas, simplificando também o problema de controle do sistema. Este trabalho procura primeiramente justificar a utilização e o estudo de Fontes de Potência CA, neste sentido são dados alguns exemplos de ensaios e normas, cujos testes demandam a sua utilização. As aplicações são em geral relacionadas a equipamentos eletroeletrônicos e acionamento de outras plantas como vibradores eletromecânicos. Deste modo, as Fontes de Potência CA são equipamentos que podem ser utilizados tanto na indústria quanto em laboratórios didáticos e de pesquisa. Em praticamente todas as aplicações, é mostrado que um bom desempenho na geração de formas de onda é necessário. Este desempenho está relacionado à capacidade de geração de formas de onda com baixa distorção harmônica, não raro, em condições de freqüência e amplitude variáveis e com cargas de comportamento não-linear. Deste modo, a seleção de uma topologia de conversor adequado não basta, são também necessários controladores que garantam um bom desempenho do sistema, mesmo em condições adversas de carga e em presença de dinâmicas não-modeladas. As dinâmicas não-modeladas são oriundas das várias etapas que compõem o sistema, mas geralmente são relacionadas às incertezas sobre o modelo da planta e da carga. Neste sentido, este trabalho descreve não apenas o protótipo implementado e questões topológicas relativas a ele, mas também aplica um Controle Robusto por Modelo de Referência ou RMRAC (Robust Model Reference Adaptive Control) para o controle da planta. Esta técnica garante robustez do sistema em malha fechada mesmo na presença de dinâmicas não modeladas e distúrbios. O controlador utilizado faz uso de um algoritmo de adaptação paramétrica do tipo Gradiente, no qual quatro parâmetros são adaptados. Este fato leva a uma nova equação do erro, que é utilizada para a implementação do controlador.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This Master Thesis presents an AC Power Source (ACPS) study contribution through the proposal, design and implementation of a novel hybrid ACPS topology. In general, the proposed hybrid topology is defined from the series connection between a Modular Multilevel Converter (MMC), called main amplifier, and a Linear Power Amplifier (LPA), called correction amplifier. With this connection, the proposed ACPS enables the output waveform synthesis with high fidelity when compared to the reference waveform, also with a high bandwidth. The main contribution of the proposed topology is to allow the simplification of the main amplifier input stage, since the MMC requires a common DC bus for providing power to the load. Throughout this study, a linear amplifier DC bus design is presented, since it influences directly the ACPS performance. Regarding the main amplifier, dynamic models are presented for the control system design, which will ensure the circulating component minimization in the MMC poles, as well as ensuring the converter power flow balance by controlling the sum and subtraction of the capacitor voltages. Additionally, the pole inductors design considering the current ripple at the switching frequency is also presented. The ACPS prototype consists of eight half-bridge submodules, triggered by the control system implemented on a Digital Signal Processor (DSP) and through the selection algorithm implemented on a Field-Programmable Gate Array (FPGA). Finally, experimental results are provided in order to guarantee the employed methodology in the main and correction amplifiers design, through bench test prototype. / Esta Dissertação contribuiu com o estudo de fontes CA de potência (AC Power Source ACPS), através da proposta, desenvolvimento e implementação de uma nova topologia híbrida de ACPS. De forma geral, a topologia híbrida proposta é definida a partir da conexão série entre um Conversor Multinível Modular (Modular Multilevel Converter MMC), denominado amplificador principal, e um Amplificador Linear de Potência (Linear Power Amplifier LPA), denominado amplificador de correção. Com esta conexão, a ACPS proposta sintetiza uma forma de onda de saída com elevada fidelidade em relação à forma de onda de referência, juntamente com elevada banda-passante. A principal contribuição da topologia proposta é a possibilidade de simplificação do estágio de entrada do amplificador principal, uma vez que o MMC requer apenas um barramento CC para o fornecimento de potência à carga. No decorrer deste trabalho, também é apresentada uma análise para o projeto do barramento CC do amplificador linear, uma vez que o mesmo influencia diretamente no rendimento da ACPS. Em relação ao amplificador principal, são apresentados os modelos dinâmicos para o projeto do sistema de controle, que deve garantir a minimização da componente circulante dos polos do MMC, bem como garantir o balanço de potência do conversor através do controle da soma e da subtração das tensões dos capacitores das células. Adicionalmente, é apresentada uma análise para o projeto dos indutores dos polos em função da ondulação de corrente na frequência de chaveamento. O protótipo da ACPS é composto por oito submódulos meia-ponte, acionados através do sistema de controle implementado em um Processador Digital de Sinais (Digital Signal Processor DSP) e através do algoritmo de do balanço das tensões implementado em uma FPGA (Field-Programmable Gate Array). A partir da implementação da ACPS em laboratório, são apresentados os resultados experimentais com o propósito de comprovar a metodologia empregada no projeto dos amplificadores principal e de correção, bem como da estratégia de controle.

This thesis deals with the establishment of zinc ions at the positive electrode of nickel-zinc batteries. The aim of the study was to measure the impedance characteristics of the positive electrode in various states of charge and observing the effect of ZnO on the changes of impedance spectra. The theoretical part is focused on nickel hydroxide as a construction material for positive electrode and its behavior during cycling in the electrolyte. The experimental part describes in detail the manufacture of the electrode system and the preparation of electrolytes with different degrees of saturation with zinc oxide. The cells were cycled and measured using impedance spectroscopy. The measured impedance curves were simulated with equivalent circuits for a better understanding of the ongoing processes.

The project describes the design of controlled inverters or power generator simulating one phase of European or American distribution network. The generator is able to enter into an output signal of a certain fault conditions designed to testing the electromagnetic compatibility of connected devices. The text is divided into three main chapters. The first one deals with the design of the power generating low-frequency signal. The second part describes the power source used for this generator. In the third section describes the program management unit. End of text summarizes the results. The annex contains a schematic designs and printed circuit boards.

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La conception d'une stratégie de gestion des flux de puissance au bord des véhicules électriques de puissance moyenne est considérée, dont le système d'alimentation est composé de différentes sources électriques : pile à combustible, batterie et super-condensateur. Chacune des sources est spécialisée à travailler dans une certaine zone fréquentielle, i.e., la pile à combustible fourni sa puissance en bas fréquence, tandis que le super-condensateur jeu son rôle en haute fréquence, la batterie fournissant la parti moyenne fréquence. Le système est bilinéaire ; il est transformé par linéarisation dans un système linéaire à des paramètres variants. A cette fin, nous proposons les techniques de commande multi-variable robuste de type LPV (linear parameter varying)/Hinf afin de spécifier la dynamique du courant de chaque source dans sa zone fréquentielle de préférence, en contribuant ainsi à la prolongation de sa durée de vie. Chaque source électrique est couplée avec un convertisseur DC-DC, les trois convertisseurs étant couplés en parallèle à un bus DC commun qui alimente le moteur électrique du véhicule jouant le rôle de la charge. La tension de ce bus DC doit être maintenue autour une valeur désirée. Les trois sources sont coordonnées pour fournir la puissance demandée par la charge quel que soit le cycle de conduite. Nous proposons également une méthode de réduction model pour simplifier le contrôleur LPV/ Hinf, qui sera adapté à l'implémentation pratique. Le système complet est simulé numériquement sur MATLAB/Simulink et réalisé pratiquement en utilisant deux cycles des conduites : le cycle européen normalisé (NEDC) et un cycle de conduite proposé par IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux). / In this thesis the problem of multi-source power sharing strategy within electric vehicles is considered. Three different kinds of power sources { fuel cell, battery and supercapacitor } compose the power supply system, where all sources are current-controlled and paralleled together with their associated DC-DC converters on a common DC-link. The DC-link voltage must be regulated regardless of load variations corresponding to the driving cycle. The proposed strategy is a robust control solution using a MIMO LPV/Hinf controller which provides the three current references with respect to source frequency characteristics. The selection of the weighting functions is guided by a genetic algorithm whose optimization criterion expresses the frequency separation requirements. A reduced-order version of the LPV/Hinf controller is also proposed to handle an embedded implementation with limited computational burden. The nonlinear multi-source system is tested by using two different types of driving cycles: the New European Driving Cycle (NEDC), the driving cycle of IFSTTAR (Institut Francais des Sciences et Technologies des Transports, de l'Amenagement et des Reseaux). Simulation and real-time application results show good performance in supplying the load at constant DC-link voltage according to user-configured frequency-separation power sharing strategy.

This graduate thesis is focused on measuring the electrical conductivity of the gel polymeric electrolytes, their preparation and deals with the changes of the performance ratio of the individual substances in gel electrolyte The theoretical part deals with electrochemistry, gel electrolytes, the conductivity of electrolytes, gel electrolytes preparation, methods used to evaluate the measured results and on the properties of the ionic liquids. In the practical part is summarized the process of preparing gel electrolytes, the chemicals to prepare the gels with ionic liquids. The results are evaluated by using impedance technique and linear voltammetry, there are calculated the values of the electrical conductivity of the electrolyte and potential windows.

This work is concerned with power inverters for alternate high voltage power sources. The theoretical part describes the topology of inverters that can be used in alternate power sources. A model of voltage transformer is described in details to better understand the parasitic effects that are inevitably present in high voltage power sources and, therefore, have to be taken into consideration at the design of high voltage power sources. The work is oriented to problems of alternate high voltage power sources for ozone generators. This is the reason, why the theoretical and, partially, also the experimental part deal with the properties of ozone and its use. The experimental part solves high voltage inverter with capacitive load that is formed by discharge element of an ozone generator. Designed inverter is able to feed the capacitive load with high voltage at very short periods of time from several microseconds up to tens of nanoseconds. In comparison with the length of voltage pulses in common ozone generators, this pulses are more than 100-time shorter. This has a positive effect to silent discharge characteristics.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents the development of a novel digital acceleration controller for sinusoidal vibration tests using switching-mode AC power source (ACPS) fed electrodynamic vibration machines. The proposed scheme is based on the interaction of two control loops: one for the shaker's acceleration regulation and another for the ACPS output voltage control. A robust model reference adaptive algorithm (RMRAC) is used in the voltage control loop. To reduce the effects caused by the plant's parameters variations as well harmonic vibrations and resonances of the test specimen, the acceleration feedback controller is augmented with a feedforward and a robust controller. Experimental results show that the proposed system is capable to achieve excellent acceleration reference tracking performance and robustness in the closed loop control from 20 Hz to 200 Hz. Investigations shall be performed to evaluate the response of this scheme when controlling vibrations as fast as 2000 Hz. A specific instrumentation system has been developed to feedback the electrodynamic vibration machine's acceleration. The proposed solution employs piezoelectric accelerometers, voltage mode preamplifiers, circuit for signal conditioning, analog to digital conversion and filtering. A study concerning the commonly used vibration measurement techniques and the design procedure, simulation, implementation and experimental results are described in detail. / Esse trabalho apresenta o desenvolvimento de um novo tipo de controlador digital de aceleração para ensaios com vibrações senoidais em máquinas de vibra ção eletrodinâmicas supridas por fontes de potência CA com comutação. O esquema proposto é baseado na interação entre duas malhas de controle: uma para regulação de aceleração da máquina de vibração e outra para ajuste da tensão de saída da fonte de potência CA. Um algoritmo adaptativo robusto por modelo de referência (RMRAC) é utilizado na malha de controle de tensão. Os efeitos de variações paramétricas existentes na planta bem como de vibrações harmônicas e ressonâncias do objeto ensaiado são minimizados com o uso de um controlador feedforward e um controlador feedforward robusto na malha de aceleração. Resultados experimentais demonstram que o sistema proposto é capaz de garantir excelente rastreamento da aceleração de referência e robustez em malha fechada entre 20 Hz e 200 Hz, necessitando ainda de investigação para controle de vibrações tão rápidas quanto 2000 Hz. A realimentação da aceleração da máquina é realizada com o desenvolvimento de uma instrumentação adequada a esse fim. A solução proposta utiliza acelerômetros piezoelétricos, pré-amplificadores modo tensão, circuito para condicionamento de sinais, conversão analógico-digital e filtragem. Um estudo sobre as principais técnicas utilizadas em medições de vibrações bem como a metodologia de projeto, simulação, implementação e testes experimentais são descritos detalhadamente.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-13T15:20:14Z No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-13T19:33:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T19:33:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 salatieldecastrolobato.pdf: 51678452 bytes, checksum: 022776c88833a1e47901180ebd1f826b (MD5) Previous issue date: 2016-11-07 / O objetivo geral desta dissertação é o aperfeiçoamento do projeto de uma nova fonte de corrente em desenvolvimento para o acelerador de partículas Sirius. A corrente da fonte é aplicada em magnetos de elevada indutância e são programadas para apresentar forma de onda com significativa componente senoidal em corrente contínua e em baixa frequência, de acordo com as características operacionais necessárias do Sirius. Para efeitos de estudo, a metodologia empregada consiste essencialmente em desacoplar a análise e o projeto do controle em um estágio regulador de tensão seguido de um estágio de síntese da corrente. Foram realizados ensaios em uma fonte em construção no Laboratório Nacional de Luz Síncroton e em um protótipo desenvolvido na UFJF. As principais contribuições descritas nesta dissertação são: i) atenuação da propagação de distúrbios de baixa frequência para a rede elétrica; ii) emprego de retificador de tensão controlado para regulação da tensão do barramento CC, melhoria do fator de potência e redução de componentes harmônicas. Os resultados experimentais evidenciam que as alterações de projeto propostas nesta dissertação apresentam grande potencial para melhorar o desempenho da fonte de corrente em termos da qualidade de energia elétrica e da sintetização de corrente senoidal no magneto do acelerador de partículas. / This work consists in the evaluation and improvement of a current source for a particle accelerator. The output current presents a DC sinusoidal waveform in low frequecy which flows through the windings of high inductance electromagnets. The methodology consists in separating the analysis and project of the control into two parts: a voltage regulator stage,followedbyacurrentsynthesisstage. Testswereperformedonacurrentsourceunder construction at the Brazilian Synchrotron Light Laboratory (LNLS) and on a prototype developed at UFJF. The work main contributions are: i) Attenuation of the low frequency disturbances on the electrical grid; ii) Use of a controlled rectifier to regulate the voltage of the DC bus, improvement in power factor and reduction of harmonic components. The experimental results show that the proposed changes have potential in improving the performace of the current source in terms of its electric power quality and synthesis of sinusoidal current in the particule accelerator.