MELO, N. X. Conversor boost para mitigação de afundamentos de tensão em acionamentos de velocidade variável. 146 f. 2007. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2007. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-17T14:08:43Z No. of bitstreams: 1 2007_dis_nxmelo.pdf: 5049984 bytes, checksum: b7b92c87e593b67b54b3f9b69c0ccbaf (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-18T17:26:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_dis_nxmelo.pdf: 5049984 bytes, checksum: b7b92c87e593b67b54b3f9b69c0ccbaf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-18T17:26:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_dis_nxmelo.pdf: 5049984 bytes, checksum: b7b92c87e593b67b54b3f9b69c0ccbaf (MD5) Previous issue date: 2007-05-10 / This work investigates the effects of voltage sags on Adjustable Speed Drives – ASDs of AC machines, static converters of two stages (rectifier-inverter) widely used on speed and torque control. The goal is to analyse the behavior of the ASDs under symmetrical and asymmetrical voltage sags and the approaches to improve the ASD low voltage ride-through capability with emphasis to the boost converter technique. Computational simulations and experimental results of a boost converter designed to operate when the ASD is under voltage sags are presented. The tolerance curves of the ASD were obtained in laboratory for voltage sags types A, B and E and compared to the SEMI F47 0706 curve of the EPRI institute. The ASD was shown sensitive for voltage sags types A and E with immunity for remaining voltages up to 0.7pu on the DC link. Experimental tests were performed to evaluate the response of the boost converter operation when the ASD is under severe voltage sag conditions of types A and E. The set ASD-induction motor was modelled for the simulation tests and the model validation was performed by comparison with experimental results. The analysis of the ASD and the three-phase induction motor under voltage sags B, C, D, F e G were carried out by computational simulations. The voltage sag types A, E, F and G which can turn off the ASD were also analyzed by computational simulation with the boost converter connected to ASD DC bus. The curves of DC link voltage, the ASD output voltage, the boost input voltage and the input currents of the ASD, the boost converter and the source were plotted for evaluation of the ASD behavior with and without the boost converter. The simulation and experimental results have shown that the boost converter can mitigate voltage sags type A up to 0.5pu and all other types of voltage sags up to 0pu. The boost converter has proved a suitable solution to improve the ASD voltage sag ride through capability. / Este trabalho aborda os efeitos de afundamentos de tensão em Acionamentos de Velocidade Variável – AVVs para máquinas de corrente alternada, conversores estáticos de dois estágios (retificador-inversor) amplamente utilizados no controle de velocidade e tração. O estudo tem como objetivo analisar o comportamento dos AVVs diante de afundamentos de tensão simétricos e assimétricos e técnicas de aumento de suportabilidade para estes equipamentos, destacando-se o uso de conversores boost. São apresentados resultados de simulações computacionais e de ensaios laboratoriais de um conversor boost desenvolvido para aumentar a tolerância de AVV a afundamentos de tensão. Nos ensaios de laboratório foram levantadas as curvas de tolerância do AVV para afundamentos de tensão dos tipos A, B e E e comparadas aos limites estabelecidos pela curva SEMI F47 0706 do instituto EPRI. O AVV mostrou-se sensível aos afundamentos tipo A e E com imunidade de tensão remanescente de até 0,7pu na barra CC do AVV. Foram ainda feitos ensaios experimentais com o conversor boost conectado ao AVV sob condições de afundamentos de tensão severos dos tipos A e E. A análise do conjunto AVV-MIT sob os demais tipos de afundamentos de tensão (B, C, D, F e G) foi feita por simulação computacional usando um modelo previamente validado pela comparação com os resultados experimentais. Os afundamentos dos tipos A, E, F e G, que podem provocar o desligamento do AVV, foram também analisados por simulações computacionais com a conexão do conversor boost ao barramento CC do AVV. Para a avaliação do comportamento do AVV com e sem o conversor boost foram obtidas as curvas de tensão do barramento CC, tensão de saída do AVV, tensão de entrada do conversor boost, e de correntes de entrada do AVV, do conversor boost e de saída da fonte. Conforme os resultados de simulações e experimentais o conversor boost pode mitigar afundamentos do tipo A para até 0,5pu e todos os outros tipos de afundamentos até níveis de interrupção, isto é, 0pu. Comparados os resultados com as simulações de outras soluções abordadas no trabalho, o conversor boost se mostrou como a melhor alternativa do ponto de vista técnico.

Os projetistas de sistemas digitais por várias décadas se preocupavam somente com redução de área e aumento de desempenho ligado ao tempo de ciclo. Devido a alta integração da tecnologia VLSI onde a elevada dissipação de potência é prejudicial, a alta demanda por eletrônica móvel e também o aumento do custo de energia. Os projetistas dos sistemas digitais síncronos contemporâneos começaram a se preocupar com a potência consumida em seus projetos. Nas duas ultimas décadas, diferentes técnicas foram propostas para redução da potência consumida nas várias etapas do projeto digital. Na etapa de síntese lógica, duas técnicas voltadas para máquinas de estado finito (MEF) modelo Moore (controladores síncronos) tiveram resultados interessantes. Na primeira, o relógio é inibido quando a MEF encontra uma auto-transição. E a segunda, implementa MEF com flip-flops que operam nas duas bordas do relógio (double-edge triggered - DET-FF). Elementos de memória DET-FF não estão disponíveis em bibliotecas básicas standard cell e não são usados nas macro-células dos dispositivos programáveis. Projetos propostos de DET-FF ocupam maior área e consomem maior energia, quando comparados com os flip-flops convencionais (single-edge triggered - SET-FF). Esta tese propõe um método de assinalamento de estados e uma arquitetura alvo para MEF modelo Moore que inibe o relógio nas auto-transições e opera nas duas bordas do sinal de relógio. Permitindo a MEF operar com a metade da freqüência, mas potencialmente com o mesmo tempo de latência. O algoritmo de assinalamento de estado proposto particiona as variáveis de estado possibilitando somente o uso de elementos de memória SET-FF. Foi desenvolvida uma ferramenta de síntese que incorpora as propostas da arquitetura alvo e do algoritmo de assinalamento de estados. Ela foi aplicada em um conjunto de vinte benchmarks onde se constatou uma penalidade em área de 4 % de 7,04% em portas e uma redução de 27,05% em potência consumida.

No projeto dos sistemas de uma aeronave o dimensionamento correto de seus componentes e do sistema como um todo são essenciais para a competitividade do produto. No projeto do sistema elétrico, um dos parâmetros utilizados é a corrente máxima que o sistema deve ser capaz de suportar. Quando um conjunto de cargas elétricas é acionado existe um consumo de corrente muito maior que o consumo normal de operação. Esta demanda deve ser suportada pelo sistema. O acionamento das cargas em uma sequência pré-determinada reduz a exigência de corrente elétrica do sistema em relação a um acionamento desordenado, reduzindo a demanda do sistema e resultando no seu dimensionamento mais adequado. Neste trabalho é proposto um algoritmo eficiente para determinar a sequência de acionamento das cargas em um sistema elétrico que minimize a corrente máxima exigida e que obedeça a restrições na ordem do acionamento das cargas. Este algoritmo pode ser utilizado como uma ferramenta no projeto do sistema elétrico de uma aeronave. Vários testes foram realizados avaliar o desempenho do algoritmo em vários cenários de dimensão e complexidade do problema. Foram investigadas várias propostas para a geração de solução inicial e os resultados dos testes apontam que a melhor forma para gerar esta solução é uma ordenação descendente do sobrepasso das cargas.

A tecnologia de construção de freios aeronáuticos de carbono é dominada por poucas empresas, em parte devido ao restrito e exigente mercado não possibilitar que novas empresas se lancem neste desafio, em parte devido a tecnologia complexa envolvida e em parte devido aos altos custos de desenvolvimento. Compreender as etapas do projeto de um freio ajuda o engenheiro a avaliar problemas e possíveis melhoras, e foi justamente com esta intenção que este trabalho foi desenvolvido. Na primeira parte deste trabalho fez-se um estudo da bibliografia relacionada a freios aeronáuticos e suas características. Este estudo foi feito tendo-se três focos principais, a saber, as características principais de um freio para emprego aeronáutico, os materiais para emprego na construção dos discos de frenagem (em especial o carbono) e as novas tecnologias que possivelmente virão as ser usadas na construção de freios aeronáuticos. Neste terceiro item, até mesmo por se tratar de um assunto novo e que ainda está em desenvolvimento, uma atenção maior foi dada ao acionamento elétrico de freios, que é um assunto novo e que apesar de serem poucas, existem algumas fontes de pesquisa. Na segunda parte deste trabalho, fez-se ainda uma pesquisa sobre como avaliar e calcular as características de discos de frenagem, obtendo-se como resultado algumas relações importantes que foram usadas posteriormente, na terceira parte. Na terceira parte as relações dispostas na segunda parte do trabalho, foram empregadas no desenvolvimento de um freio a carbono para uma aeronave corporativa, denominado CJ2, que fora desenvolvido no programa PEE da parceria ITA/Embraer. Por fim algumas observações, análises, recomendações e algumas conclusões estão apresentadas.

Este trabalho propõe analisar o desempenho de redes de comunicação industrial em aplicações de acionamentos de motores elétricos trifásicos. Compara-se o desempenho da tecnologia Profibus DP em relação à Profinet. O desempenho é verificado a partir de especificações técnicas de ambos protocolos e experimentos práticos para coleta de dados e análise dos seguintes indicadores de desempenho: tempo de ciclo, jitter e ocupação de largura de banda. Adicionalmente, é verificado o desempenho de uma aplicação de controle de posição, utilizando estes protocolos na malha de controle, através do tempo de acomodação do sistema. Conclusões mostram que a rede Profibus DPV0 é a mais rápida quando possui menos dispositivos, porém o Profinet RT consegue manter baixos valores de tempo de ciclo mesmo com grande quantidade de dispositivos e possui maior determinismo na topologia em barramento. No que diz respeito ao controle de posição estudado, as tecnologias apresentam desempenho similar para tempo de acomodação do sistema, porém o Profinet IRT foi o mais determinístico. / This work proposes a performance analysis of industrial communication networks in applications of electric AC motor drives. It compares the performance of Profibus DP technology in relation to Profinet. Performance is verified from technical specifications of both protocols and practical experiments for data collection and analysis of the following performance indicators: cycle time, jitter and bandwidth occupation. Additionally, the performance of a motion control application is verified, by using these protocols in the loop control, through the settling time of the system. Conclusions show that Profibus DPV0 is faster when there is less devices in the network, but Profinet RT manages to maintain low values of cycle time even with large number of devices and has higher determinism when installed in line topology. Regarding the motion control application studied, the technologies have similar settling time for the system performance, but the Profinet IRT was more deterministic.

Orientador: Luis Alberto Martinez Riascos / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2013

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho aborda os efeitos de afundamentos de tensÃo em Acionamentos de Velocidade VariÃvel â AVVs para mÃquinas de corrente alternada, conversores estÃticos de dois estÃgios (retificador-inversor) amplamente utilizados no controle de velocidade e traÃÃo. O estudo tem como objetivo analisar o comportamento dos AVVs diante de afundamentos de tensÃo simÃtricos e assimÃtricos e tÃcnicas de aumento de suportabilidade para estes equipamentos, destacando-se o uso de conversores boost. SÃo apresentados resultados de simulaÃÃes computacionais e de ensaios laboratoriais de um conversor boost desenvolvido para aumentar a tolerÃncia de AVV a afundamentos de tensÃo. Nos ensaios de laboratÃrio foram levantadas as curvas de tolerÃncia do AVV para afundamentos de tensÃo dos tipos A, B e E e comparadas aos limites estabelecidos pela curva SEMI F47 0706 do instituto EPRI. O AVV mostrou-se sensÃvel aos afundamentos tipo A e E com imunidade de tensÃo remanescente de atà 0,7pu na barra CC do AVV. Foram ainda feitos ensaios experimentais com o conversor boost conectado ao AVV sob condiÃÃes de afundamentos de tensÃo severos dos tipos A e E. A anÃlise do conjunto AVV-MIT sob os demais tipos de afundamentos de tensÃo (B, C, D, F e G) foi feita por simulaÃÃo computacional usando um modelo previamente validado pela comparaÃÃo com os resultados experimentais. Os afundamentos dos tipos A, E, F e G, que podem provocar o desligamento do AVV, foram tambÃm analisados por simulaÃÃes computacionais com a conexÃo do conversor boost ao barramento CC do AVV. Para a avaliaÃÃo do comportamento do AVV com e sem o conversor boost foram obtidas as curvas de tensÃo do barramento CC, tensÃo de saÃda do AVV, tensÃo de entrada do conversor boost, e de correntes de entrada do AVV, do conversor boost e de saÃda da fonte. Conforme os resultados de simulaÃÃes e experimentais o conversor boost pode mitigar afundamentos do tipo A para atà 0,5pu e todos os outros tipos de afundamentos atà nÃveis de interrupÃÃo, isto Ã, 0pu. Comparados os resultados com as simulaÃÃes de outras soluÃÃes abordadas no trabalho, o conversor boost se mostrou como a melhor alternativa do ponto de vista tÃcnico. / This work investigates the effects of voltage sags on Adjustable Speed Drives â ASDs of AC machines, static converters of two stages (rectifier-inverter) widely used on speed and torque control. The goal is to analyse the behavior of the ASDs under symmetrical and asymmetrical voltage sags and the approaches to improve the ASD low voltage ride-through capability with emphasis to the boost converter technique. Computational simulations and experimental results of a boost converter designed to operate when the ASD is under voltage sags are presented. The tolerance curves of the ASD were obtained in laboratory for voltage sags types A, B and E and compared to the SEMI F47 0706 curve of the EPRI institute. The ASD was shown sensitive for voltage sags types A and E with immunity for remaining voltages up to 0.7pu on the DC link. Experimental tests were performed to evaluate the response of the boost converter operation when the ASD is under severe voltage sag conditions of types A and E. The set ASD-induction motor was modelled for the simulation tests and the model validation was performed by comparison with experimental results. The analysis of the ASD and the three-phase induction motor under voltage sags B, C, D, F e G were carried out by computational simulations. The voltage sag types A, E, F and G which can turn off the ASD were also analyzed by computational simulation with the boost converter connected to ASD DC bus. The curves of DC link voltage, the ASD output voltage, the boost input voltage and the input currents of the ASD, the boost converter and the source were plotted for evaluation of the ASD behavior with and without the boost converter. The simulation and experimental results have shown that the boost converter can mitigate voltage sags type A up to 0.5pu and all other types of voltage sags up to 0pu. The boost converter has proved a suitable solution to improve the ASD voltage sag ride through capability.

Este trabalho propõe analisar o desempenho de redes de comunicação industrial em aplicações de acionamentos de motores elétricos trifásicos. Compara-se o desempenho da tecnologia Profibus DP em relação à Profinet. O desempenho é verificado a partir de especificações técnicas de ambos protocolos e experimentos práticos para coleta de dados e análise dos seguintes indicadores de desempenho: tempo de ciclo, jitter e ocupação de largura de banda. Adicionalmente, é verificado o desempenho de uma aplicação de controle de posição, utilizando estes protocolos na malha de controle, através do tempo de acomodação do sistema. Conclusões mostram que a rede Profibus DPV0 é a mais rápida quando possui menos dispositivos, porém o Profinet RT consegue manter baixos valores de tempo de ciclo mesmo com grande quantidade de dispositivos e possui maior determinismo na topologia em barramento. No que diz respeito ao controle de posição estudado, as tecnologias apresentam desempenho similar para tempo de acomodação do sistema, porém o Profinet IRT foi o mais determinístico. / This work proposes a performance analysis of industrial communication networks in applications of electric AC motor drives. It compares the performance of Profibus DP technology in relation to Profinet. Performance is verified from technical specifications of both protocols and practical experiments for data collection and analysis of the following performance indicators: cycle time, jitter and bandwidth occupation. Additionally, the performance of a motion control application is verified, by using these protocols in the loop control, through the settling time of the system. Conclusions show that Profibus DPV0 is faster when there is less devices in the network, but Profinet RT manages to maintain low values of cycle time even with large number of devices and has higher determinism when installed in line topology. Regarding the motion control application studied, the technologies have similar settling time for the system performance, but the Profinet IRT was more deterministic.

[pt] A pesquisa e desenvolvimento de um acionamento para motor de passo operando em baixa tensão apresenta o desenvolvimento de um mecanismo de acionamento para motores de passo de 2 fases, destinado a operar na faixa de 12 a 18 V, tornando-se muito útil para automações em veículos, embarcações ou robôs que operam com baterias. O acionamento desenvolvido implementa o controle da corrente via chopper, como é usual nos acionamentos de motores de passo. Mas, ao contrário do usual, o tempo do ciclo ativo da onda responsável por ativar a corrente nas fases é pré-programado em microcontroladores, evitando-se a instabilidade e criticalidade típica dos circuitos responsáveis pelo sensoramento da corrente e sua realimentação para controle do ciclo ativo. Outro aspecto inovador do trabalho foi a utilização do integrado TD340 da ST Microeletronics, desenvolvido para utilização no controle de motores de corrente contínua, e que está sendo empregado com motores de passo. Os resultados experimentais apresentados no trabalho confirmam a adequação e utilidade do acionamento desenvolvido, tornando-o compacto e robusto. / [en] The research and development of an driver for step motor operating in low tension presents the development of a chopper driver intended to drive 2- phase step motors. The driver was designed to operate between 12 and 18 V which makes it very attractive for automations in vehicles and robots which carry their own batteries. Contrary to the usual design, where the duty cycle of phase current is controlled by sensing this current and feed backing its value to the chopper, the present driver uses fixed value duty cycle, which varies step by step according to a table stored in the memory of a microcontroller. In so doing, we avoid most of the troubles due to noise and voltage fluctuation in the feedback line, typical of usual drivers. Another innovation presented in this work, is to use the H-Bridge MOSFET driver TD340 in driving step motors. This component, manufactured by ST Microeletronics, was originally designed for driving CC motors. Experimental results presented in this work show that the driver developed in this research has performed successfully according with the intended goal.

Este trabalho propõe um dispositivo universal antropomórfico que sirva como base no desenvolvimento de próteses com alto grau de semelhança funcional a mão humana. Para tanto, são apresentadas a modelagem (modelos cinemático e dinâmico) e as construções física e computacional de um dispositivo mecatrônico ativo simplificado. Muitas dúvidas quanto ao tamanho, a aparência e a funcionalidade de um modelo protético surgem ao se pensar em projetar algo que irá, de certa forma, substituir um membro humano, dada a importância que ele representa. Pesquisas mostram dificuldades na obtenção de modelos que atendam aos diversos requisitos que uma prótese deve ter, desde sua funcionalidade à sua estética. Uma das partes que pode definir a concepção de uma prótese é seu acionamento. Assim, a implementação deste dispositivo universal permite a análise comparativa de sistemas de acionamento. Neste trabalho são apresentadas as vantagens e as dificuldades da utilização de três sistemas bastante comuns em acionamentos de produtos mecatrônicos, são o servomotor DC, o piezo-motor e o SMA (Shape Memory Alloy) ou liga com memória de forma. Foram utilizados os aplicativos de software Inventor na construção do modelo computacional e ADAMS nas análises cinemática e dinâmica. A aquisição de sinais e os testes de validação foram possíveis por meio dos aplicativos Matlab e Simulink.