Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2015-11-16T18:15:13Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Avaliacao do limitador supercondutor resistivo no elo-CC do DFIG para suportabilidade a afundamentos de tensao.pdf: 2595378 bytes, checksum: 555c76d8ac8053bf86c8ee4bdb825fe0 (MD5) / Approved for entry into archive by Morgana Andrade (morgana.andrade@ufes.br) on 2016-01-07T11:06:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Avaliacao do limitador supercondutor resistivo no elo-CC do DFIG para suportabilidade a afundamentos de tensao.pdf: 2595378 bytes, checksum: 555c76d8ac8053bf86c8ee4bdb825fe0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-07T11:06:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Avaliacao do limitador supercondutor resistivo no elo-CC do DFIG para suportabilidade a afundamentos de tensao.pdf: 2595378 bytes, checksum: 555c76d8ac8053bf86c8ee4bdb825fe0 (MD5) Previous issue date: 2015 / CNPQ / Em um contexto de necessidade de aumento da oferta de energia elétrica e de busca por fontes renováveis e limpas de energia, a energia eólica tem experimentado um crescimento expressivo nos últimos anos. Uma das tecnologias mais empregadas em geradores eólicos, o DFIG, possui como maior susceptibilidade os distúrbios da rede, principalmente o afundamento de tensão. Soluções na topologia e no controle do gerador têm sido propostas para aumento da suportabilidade do gerador a esses fenômenos. Este trabalho avalia a utilização de um limitador de corrente supercondutor resistivo no elo-CC do conversor back-to-back para proteção do conversor e aumento da suportabilidade a afundamentos de tensão em um gerador eólico baseado em DFIG. A aplicação da tecnologia de supercondutores na proteção de sistemas eólicos é recente e os resultados obtidos nesse trabalho contribuem com os estudos feitos na área. Com o gerador DFIG operando em condições normais, o supercondutor não transita para o estado condutor, e permanece invisível à operação. Na ocorrência de um afundamento de tensão na rede a corrente no circuito de rotor aumenta ultrapassando o valor da corrente crítica e levando o supercondutor ao estado condutor, inserindo um elemento resistivo, limitando assim, a corrente. As análises são feitas utilizando o software de simulação de transitórios eletromagnéticos PSCAD/EMTDC com a implementação do limitador supercondutor em uma turbina eólica de 2MW. São avaliados aspectos tais como limitação de corrente, influência na resposta e atendimento à normativa de suportabilidade para duas posições do limitador dentro do elo-CC do conversor back-to-back. Os resultados obtidos demonstram que a inserção do limitador no elo-CC limita a corrente no rotor durante a ocorrência de afundamentos de tensão, ao mesmo tempo em que mantém a tensão do elo-CC em valores seguros, confirmando a validade da proposta. / In a context of necessity to increase electric energy offer and to search clean and renewable energy sources, wind energy have experienced an expressive expansion through the last few years. One of the most employed wind generators, the DFIG, has its performance significantly affected by grid disturbances, especially voltage sag. Topology and control solutions have been presented to increase generator’s supportability to these phenomena. This work verifies the use of superconducting resistive current limiter placed on back-to-back converter DC-link to protect the converter and to increase low voltage ride-through for a DFIG-based wind generator. The application of superconducting technology on wind systems protection is novel and the obtained results contribute with other works in this area. Under DFIG normal operation, the superconductor doesn’t transits to conductor state and remains invisible to the system. During a voltage dip the rotor circuit current surpasses the device critical current turning the superconductor to a conductor state inserting a resistive element, limiting the hazardous current. The studies are made through electromagnetic transient simulation software PSCAD/EMTDC with implementation of a superconducting current limiter on a 2MW wind turbine. Aspects as current limitation, response influence and supportability standard attendance are evaluated for limiter inside back-to-back converter DC-link in two different settings. The obtained results demonstrate that if voltage sag occurs the limiter insertion on DC-link limits the rotor current at the same time that it maintains DC-link voltage in safe values, proving the proposal validly.

O presente trabalho teve como objetivo o estudo do processo fermentativo de produção de retamicina, em biorreatores de bancada, utilizando-se a linhagem mutante Streptomyces olindensis So20, visando a obtenção de elevadas quantidades deste antibiótico, em processo descontínuo alimentado (fed-batch) e contínuo, bem como a implementação de técnicas de análise de imagens para a caracterização morfológica do microrganismo durante os cultivos. Os ensaios descontínuos alimentados visaram o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação em três valores distintos (0,03 1/h, 0,10 1/h e 0,17 1/h), por meio do emprego de vazões exponenciais de alimentação. Foram realizados três conjuntos de ensaios descontínuos alimentados. No primeiro conjunto, foi verificada a influência da concentração de nutrientes utilizada na alimentação, mantendo-se a velocidade específica de crescimento em 0,03 1/h, durante a alimentação. De uma maneira geral, o aumento da concentração de nutrientes na alimentação, levou a um aumento na produção do antibiótico. No segundo conjunto de ensaios, foi estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado com apenas a concentração de glicose quadruplicada. Nesse conjunto de ensaios, ocorreu limitação de outros nutrientes, o que prejudicou o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. No entanto, essa limitação nutricional mostrou-se importante para a produção do antibiótico. No terceiro conjunto de ensaios, foi novamente estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado, agora com as concentrações de todos os nutrientes quadruplicadas, o que evitou limitações nutricionais e permitiu o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. Estes ensaios mostraram que o processo de produção de retamicina é favorecido pela manutenção de baixas velocidades específicas de crescimento, por ser este um metabólito secundário. A maior produção de retamicina ocorreu quando a velocidade específica de crescimento foi fixada em 0,03 1/h, durante a alimentação. Nos ensaios contínuos realizados, foi estudada a influência da vazão específica de alimentação (D) e, conseqüentemente, da velocidade específica de crescimento (µx) sobre a produção do antibiótico retamicina. Foram, realizados quatro ensaios contínuos, variando-se D entre 0,03 1/h e 0,30 1/h. A máxima produção de retamicina (tanto em termos de concentração, como em termos de produtividade e produção específica em retamicina total) ocorreu para D = 0,05 1/h. O aumento de D levou a uma diminuição da produção do antibiótico, a qual cessou para D = 0,30 1/h, mostrando um comportamento típico de um metabólito secundário. Foram utilizadas técnicas de análise de imagens na caracterização morfológica do microrganismo. O cisalhamento mostrou-se um importante fator no rompimento de pellets e na formação de clumps e hifas livres, principalmente nos ensaios contínuos. Em geral, a maior produção do antibiótico esteve associada a altas porcentagens de clumps no meio de cultivo. / The objective of the present work was to study retamycin production in fed-batch and continuous cultivations of Streptomyces olindensis So20, a mutant strain, in order to obtain high antibiotic concentrations and analyse microorganism morphology employing image analysis techniques. The fed-batch runs were performed in order to control the specific growth rate in three different values, during feed (0.03 1/h, 0.10 1/h, and 0.17 1/h), employing exponential feed rates. Three sets of fed-batch runs were carried-out. The first set, feed composition was varied, controlling the specific growth rate in a low value (0.03 1/h) during feed. In general, higher nutrient concentrations in the feed led to higher antibiotic production. In the second set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. The feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold the glucose concentration only, which led to nutrient limitation during runs. This nutrient limitation prejudiced the specific growth rate control, but led to high antibiotic production. This fact showed that nutrient limitation is an important factor in retamycin production. In the third set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. In these runs, the feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold all the nutrient concentrations, which avoided nutrient limitation, during runs. In these runs, the control of the specific growth rate during feed was possible. Results showed that retamycin production is favored by the maintenance of low specific growth rates, since it is a secondary metabolite. Higher antibiotic production was achieved controlling the specific growth rate in 0.03 1/h, during feed. In the continuous runs, the influence of the dilution rate (D), and consequently, of the specific growth rate (µx) on the retamycin production was studied. Four continuous runs were performed, varying D in the range from 0.03 1/h to 0.30 1/h. The highest antibiotic production (in terms of retamycin concentration, retamycin productivity and retamycin specific production) was obtained at D = 0.05 1/h. The increase in the dilution rate led to lower antibiotic production, which ceased at D = 0.30 1/h, showing a typical behavior of a secondary metabolite. Image analysis was used to assess the morphological characteristics of the microorganism. Shear showed to be an important factor in pellet disruption and in clump and free filaments formation, mainly in the continuous runs. In general, higher antibiotic production was obtained with the growth mainly in the form of clumps.

O presente trabalho teve como objetivo o estudo do processo fermentativo de produção de retamicina, em biorreatores de bancada, utilizando-se a linhagem mutante Streptomyces olindensis So20, visando a obtenção de elevadas quantidades deste antibiótico, em processo descontínuo alimentado (fed-batch) e contínuo, bem como a implementação de técnicas de análise de imagens para a caracterização morfológica do microrganismo durante os cultivos. Os ensaios descontínuos alimentados visaram o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação em três valores distintos (0,03 1/h, 0,10 1/h e 0,17 1/h), por meio do emprego de vazões exponenciais de alimentação. Foram realizados três conjuntos de ensaios descontínuos alimentados. No primeiro conjunto, foi verificada a influência da concentração de nutrientes utilizada na alimentação, mantendo-se a velocidade específica de crescimento em 0,03 1/h, durante a alimentação. De uma maneira geral, o aumento da concentração de nutrientes na alimentação, levou a um aumento na produção do antibiótico. No segundo conjunto de ensaios, foi estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado com apenas a concentração de glicose quadruplicada. Nesse conjunto de ensaios, ocorreu limitação de outros nutrientes, o que prejudicou o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. No entanto, essa limitação nutricional mostrou-se importante para a produção do antibiótico. No terceiro conjunto de ensaios, foi novamente estudada a influência da velocidade específica de crescimento sobre a produção de retamicina, empregando-se como alimentação o meio R5 modificado, agora com as concentrações de todos os nutrientes quadruplicadas, o que evitou limitações nutricionais e permitiu o controle da velocidade específica de crescimento durante a alimentação. Estes ensaios mostraram que o processo de produção de retamicina é favorecido pela manutenção de baixas velocidades específicas de crescimento, por ser este um metabólito secundário. A maior produção de retamicina ocorreu quando a velocidade específica de crescimento foi fixada em 0,03 1/h, durante a alimentação. Nos ensaios contínuos realizados, foi estudada a influência da vazão específica de alimentação (D) e, conseqüentemente, da velocidade específica de crescimento (µx) sobre a produção do antibiótico retamicina. Foram, realizados quatro ensaios contínuos, variando-se D entre 0,03 1/h e 0,30 1/h. A máxima produção de retamicina (tanto em termos de concentração, como em termos de produtividade e produção específica em retamicina total) ocorreu para D = 0,05 1/h. O aumento de D levou a uma diminuição da produção do antibiótico, a qual cessou para D = 0,30 1/h, mostrando um comportamento típico de um metabólito secundário. Foram utilizadas técnicas de análise de imagens na caracterização morfológica do microrganismo. O cisalhamento mostrou-se um importante fator no rompimento de pellets e na formação de clumps e hifas livres, principalmente nos ensaios contínuos. Em geral, a maior produção do antibiótico esteve associada a altas porcentagens de clumps no meio de cultivo. / The objective of the present work was to study retamycin production in fed-batch and continuous cultivations of Streptomyces olindensis So20, a mutant strain, in order to obtain high antibiotic concentrations and analyse microorganism morphology employing image analysis techniques. The fed-batch runs were performed in order to control the specific growth rate in three different values, during feed (0.03 1/h, 0.10 1/h, and 0.17 1/h), employing exponential feed rates. Three sets of fed-batch runs were carried-out. The first set, feed composition was varied, controlling the specific growth rate in a low value (0.03 1/h) during feed. In general, higher nutrient concentrations in the feed led to higher antibiotic production. In the second set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. The feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold the glucose concentration only, which led to nutrient limitation during runs. This nutrient limitation prejudiced the specific growth rate control, but led to high antibiotic production. This fact showed that nutrient limitation is an important factor in retamycin production. In the third set of fed-batch runs, the control of the specific growth rate in three different values during feed was studied. In these runs, the feed was composed by R5 Modified medium, with four-fold all the nutrient concentrations, which avoided nutrient limitation, during runs. In these runs, the control of the specific growth rate during feed was possible. Results showed that retamycin production is favored by the maintenance of low specific growth rates, since it is a secondary metabolite. Higher antibiotic production was achieved controlling the specific growth rate in 0.03 1/h, during feed. In the continuous runs, the influence of the dilution rate (D), and consequently, of the specific growth rate (µx) on the retamycin production was studied. Four continuous runs were performed, varying D in the range from 0.03 1/h to 0.30 1/h. The highest antibiotic production (in terms of retamycin concentration, retamycin productivity and retamycin specific production) was obtained at D = 0.05 1/h. The increase in the dilution rate led to lower antibiotic production, which ceased at D = 0.30 1/h, showing a typical behavior of a secondary metabolite. Image analysis was used to assess the morphological characteristics of the microorganism. Shear showed to be an important factor in pellet disruption and in clump and free filaments formation, mainly in the continuous runs. In general, higher antibiotic production was obtained with the growth mainly in the form of clumps.

Orientador: Prof. Dr. Thales Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / O crescimento da demanda por energia elétrica, ocasionada pelo desenvolvimento humano e o esgotamento e impactos ambientais causados pelas fontes tradicionais de geração de eletricidade têm feito com que novas fontes energéticas sejam não só cada vez mais importantes, mas necessárias, chamando a atenção de governos e entidades do setor elétrico no mundo inteiro. Tendo este cenário como base, este trabalho avalia a viabilidade técnica e econômica da utilização de aerogeradores também para o provimento do serviço ancilar de suporte de potência reativa, visto que algumas máquinas utilizadas na aerogeração tais como os DFIG (Double Fed Induction Generator), possuem a capacidade de operarem com fator de potência diferente do unitário. Para tanto, utiliza-se o software AMPL (Modeling Language for Mathematical Programming), em conjunto com o solver Knitro, com o intuito de modelar e analisar a operação de sistemas de transmissão com a inserção de geradores eólicos com a tecnologia DFIG. Para atender ao objetivo proposto é modelado um FPO (Fluxo de Potência Ótimo) de maneira a permitir a análise dos resultados sobre a contribuição dos aerogeradores para o sistema, considerando a potência reativa produzida pelos geradores eólicos para minimizar as perdas técnicas na transmissão. Para validar o modelo proposto são realizadas simulações em sistemas elétricos conhecidos (benchmarks do IEEE). / The growth in demand for electricity, caused by human development and depletion and environmental impacts caused by traditional sources of electricity generation, have caused new energy sources are not only increasingly important, but necessary, drawing attention to governments and the electricity sector entities worldwide. Taking this scenario as a basis, this study evaluates the technical and economic feasibility of using wind generators also for the provision of reactive power ancillary service, as some machines used in wind-generation such as DFIG (Double Fed Induction Generator) have the ability it operates with different power factor of the unit. To do so, it uses the software AMPL (Modeling Language for Mathematical Programming), together with the solver Knitro in order to model and analyze the transmission system operating with the insertion of wind generators with the DFIG technology. Therefore, it is modeled the OPF (Optimal Power Flow) and subsequent analysis of the results on the contribution of wind turbines for the system, considering the reactive power produced by the wind farms to minimize technical losses in transmission. In order to validate the model, simulations are performed in known electrical systems (IEEE benchmarks).

A captação eficaz da energia eólica ocorre por meio de turbinas de três pás com ângulo de passo e velocidade de rotação ajustáveis, sendo o ajuste do ângulo de passo utilizado para limitar a captação de energia na ocorrência de ventos muito fortes e o ajuste da velocidade de rotação utilizado para maximizar a captação da energia cinética dos ventos fracos. Neste regime de operação, o gerador deve converter a energia mecânica de entrada, caracterizada por velocidade de rotação e conjugado variáveis, em energia elétrica de saída nos padrões da rede elétrica a que estão conectados, caracterizada por tensão de valor eficaz e freqüência constantes. No presente trabalho, a conversão eletromecânica de energia é realizada por um gerador de indução duplamente alimentado, excitado pelos enrolamentos rotóricos por meio de um conversor eletrônico. O comportamento estocástico dos ventos e as não linearidades significativas da turbina eólica e do gerador motivaram a utilização de controladores difusos, elaborados de acordo com a seguinte metodologia: a base de regras foi estabelecida a partir dos princípios físicos e da dinâmica desejada para o sistema em malha fechada; as funções de pertinência de entrada foram distribuídas de maneira a garantir uma maior sensibilidade nas regiões próximas ao valor de referência; a distribuição das funções de pertinência de saída proporciona um aumento significativo da intensidade da ação de controle conforme a saída do sistema se afaste do valor de referência; e, a sintonia fina foi feita pelo dimensionamento dos universos de discurso de maneira a garantir a estabilidade do sistema em malha fechada e a dinâmica desejada para a variável controlada. Os resultados das simulações computacionais de variações em degrau nos valores de referência, tanto da velocidade de rotação quanto da potência reativa, demonstram dinâmica estável, sem overshoot ou erro de regime permanente. Destaca-se que, em relação ao estado-da-arte, o controlador difuso da velocidade de rotação proporciona uma dinâmica semelhante, mas com uma ação de controle desprovida de transitórios e picos 65% menores e o controlador difuso de potência reativa impõe uma resposta 64% mais rápida. Os resultados de simulações computacionais de regimes reais de ventos ilustram as atuações do sistema de controle, no ângulo de passo e na velocidade de rotação da turbina, para proporcionar ao aerogerador uma operação suave e estável sob diversos regimes de vento, desde os mais fracos até os mais intensos e turbulentos. / The efficient capture of aeolic-energy occurs by means of three blades turbines with adjustable pitch-angle and angular-speed. The pitch-angle adjustment is utilized to limit the aeolic-energy capture when occur very strong winds and, the angular speed adjustment is utilized to maximize the capture of kinetic energy of weak winds. In this mode of operation the generator must convert the input mechanical energy, which is characterized by variable angular speed and variable torque, in the output electrical energy that must obey the standards of the electrical network with constant RMS-voltage and frequency, where the aeolic-generator is connected. In this work the electromechanical energy conversion is done by one double-fed induction generator excited by means of an electronic converter applied to the rotor winding. The air masses complex dynamics, the wind regime stochastic nature, and the turbine and generator non-linear behavior motivated the use of the fuzzy controllers, elaborated in agreement with the following methodology: the rule base was established from the system\'s physical principles and from the desired closed loop dynamics; the input membership functions was distributed so that ensure a bigger sensibility in the regions near the reference value; the output membership functions distribution provide a control action significant increase as the systems output move away from the reference value; and, the fine tuning was made via scaling universes of discourse. The computer simulation\'s results of the, rotational speed and reactive power, reference values step, demonstrated stable dynamics, without overshoot or steady state error. It is emphasize that, in relation to state-of-art, the fuzzy speed controller provide similar dynamic, but with a control action without transients and peaks 65% smaller and the fuzzy reactive power controller impose a 64% faster response. Some computer simulations of the wind real regime show the pitch-angle and turbine angular speed reactions so that to supply the wind generator with a soft and stable operation, from the weak winds up to the most strong and turbulent winds.

A captação eficaz da energia eólica ocorre por meio de turbinas de três pás com ângulo de passo e velocidade de rotação ajustáveis, sendo o ajuste do ângulo de passo utilizado para limitar a captação de energia na ocorrência de ventos muito fortes e o ajuste da velocidade de rotação utilizado para maximizar a captação da energia cinética dos ventos fracos. Neste regime de operação, o gerador deve converter a energia mecânica de entrada, caracterizada por velocidade de rotação e conjugado variáveis, em energia elétrica de saída nos padrões da rede elétrica a que estão conectados, caracterizada por tensão de valor eficaz e freqüência constantes. No presente trabalho, a conversão eletromecânica de energia é realizada por um gerador de indução duplamente alimentado, excitado pelos enrolamentos rotóricos por meio de um conversor eletrônico. O comportamento estocástico dos ventos e as não linearidades significativas da turbina eólica e do gerador motivaram a utilização de controladores difusos, elaborados de acordo com a seguinte metodologia: a base de regras foi estabelecida a partir dos princípios físicos e da dinâmica desejada para o sistema em malha fechada; as funções de pertinência de entrada foram distribuídas de maneira a garantir uma maior sensibilidade nas regiões próximas ao valor de referência; a distribuição das funções de pertinência de saída proporciona um aumento significativo da intensidade da ação de controle conforme a saída do sistema se afaste do valor de referência; e, a sintonia fina foi feita pelo dimensionamento dos universos de discurso de maneira a garantir a estabilidade do sistema em malha fechada e a dinâmica desejada para a variável controlada. Os resultados das simulações computacionais de variações em degrau nos valores de referência, tanto da velocidade de rotação quanto da potência reativa, demonstram dinâmica estável, sem overshoot ou erro de regime permanente. Destaca-se que, em relação ao estado-da-arte, o controlador difuso da velocidade de rotação proporciona uma dinâmica semelhante, mas com uma ação de controle desprovida de transitórios e picos 65% menores e o controlador difuso de potência reativa impõe uma resposta 64% mais rápida. Os resultados de simulações computacionais de regimes reais de ventos ilustram as atuações do sistema de controle, no ângulo de passo e na velocidade de rotação da turbina, para proporcionar ao aerogerador uma operação suave e estável sob diversos regimes de vento, desde os mais fracos até os mais intensos e turbulentos. / The efficient capture of aeolic-energy occurs by means of three blades turbines with adjustable pitch-angle and angular-speed. The pitch-angle adjustment is utilized to limit the aeolic-energy capture when occur very strong winds and, the angular speed adjustment is utilized to maximize the capture of kinetic energy of weak winds. In this mode of operation the generator must convert the input mechanical energy, which is characterized by variable angular speed and variable torque, in the output electrical energy that must obey the standards of the electrical network with constant RMS-voltage and frequency, where the aeolic-generator is connected. In this work the electromechanical energy conversion is done by one double-fed induction generator excited by means of an electronic converter applied to the rotor winding. The air masses complex dynamics, the wind regime stochastic nature, and the turbine and generator non-linear behavior motivated the use of the fuzzy controllers, elaborated in agreement with the following methodology: the rule base was established from the system\'s physical principles and from the desired closed loop dynamics; the input membership functions was distributed so that ensure a bigger sensibility in the regions near the reference value; the output membership functions distribution provide a control action significant increase as the systems output move away from the reference value; and, the fine tuning was made via scaling universes of discourse. The computer simulation\'s results of the, rotational speed and reactive power, reference values step, demonstrated stable dynamics, without overshoot or steady state error. It is emphasize that, in relation to state-of-art, the fuzzy speed controller provide similar dynamic, but with a control action without transients and peaks 65% smaller and the fuzzy reactive power controller impose a 64% faster response. Some computer simulations of the wind real regime show the pitch-angle and turbine angular speed reactions so that to supply the wind generator with a soft and stable operation, from the weak winds up to the most strong and turbulent winds.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-08T12:01:24Z No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T18:36:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T18:36:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 guilhermemárciosoares.pdf: 24810934 bytes, checksum: d538ec8cfbd6bb9363a5aa07343bda48 (MD5) Previous issue date: 2017-11-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este documento apresenta uma nova técnica para a minimização da ondulação de baixa frequência, típica de conversores para o acionamento de LEDs alimentados a partir da rede elétrica. Esta estratégia baseia-se na modulação em baixa frequência da razão cíclica do conversor de modo que a ondulação de corrente possa ser reduzida e, consequentemente, as capacitâncias de filtragem do conversor possam ser minimizadas. Esta técnica foi desenvolvida para a aplicação em conversores de malha única, como é o caso de conversores de estágio único ou mesmo dois estágios integrados. A modulação da razão cíclica é projetada de maneira que o comportamento de baixa frequência das principais variáveis do conversor seja alterado, permitindo uma redução da ondulação da corrente de saída ao custo de um incremento cotrolado no conteúdo harmônico da corrente de entrada. Duas possíveis metodologias para a implementação da técnica proposta são discutidas ao longo do trabalho. A primeira envolve a injeção de harmônicas específicas no sinal da razão cíclica do conversor através de ramos adicionais na estrutura de controle. Esta abordagem foi aplicada para projetar um controlador de LEDs baseado em um conversor flyback e também em uma topologia integrada baseada na conexão cascata de dois conversores Buck-boost. Este estudo inicial foi expandido para outros conversores e uma análise generalizada acerca da influência da modulação da razão cíclica no comportamento de controladores de LED alimentados a partir da rede elétrica é apresentada. A segunda metodologia para a implementação da compensação ativa da ondulação de baixa frequência do conversor é baseada na otimização de um controlador proporcional-integral a fim de que tal elemento influencie não só no comportamento dinâmico do circuito, mas também na característica de baixa frequência do conversor. Por fim são discutidas as principais contribuições da tese e algumas propostas para trabalhos futuros são apresentadas / This document presents a novel approach for low-frequency output current ripple minimization in off-line light-emitting diode (LED) drivers. This strategy is based on the large-signal modulation of the duty-cycle so that the output ripple can be reduced and, consequently, the required filtering capacitances of the converter can be somehow decreased. This technique is devised to be used on converters in which a single control loop is employed, such as off-line single-stage or integrated converters. The duty-cycle modulation is used to change the shape of the main waveforms of the converter, especially the input and output currents. This allows for a reduction of the output current peak-to-peak ripple while the harmonic content of the input current is increased but kept within the limits imposed by the IEC standard. Two methodologies for implementing the proposed technique are discussed along the text. The first one is related to the injection of harmonic components to the duty cycle signal by means of additional branches inserted in the conventional control structure. This approach was applied to design an off-line flyback-based LED driver and also a circuit based on the Integrated Double Buck-boost converter. This first study was expanded to other topologies and a generalized analysis regarding the impact of the duty cycle modulation on off-line converters is then presented. The second methodology for implementing the ripple compensation is based on the optimization of a proportional-integral controller so that this element is designed to influence not only in the dynamic behavior of the circuit, but also in its low-frequency characteristic. Finally, the main contributions of this work are discussed and the proposals for future works are presented.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a design methodology and analysis of electronic circuits applied to outdoor lighting systems using light emitting diodes (LEDs). The goal of topologies developed here is to supply the LEDs from the mains, with high power factor, and from batteries when it is needed. Thus, some topologies employing integrated DC-DC converters and single stage converters are proposed and analyzed. The main application of these topologies is street lighting systems without energy consumption from the mains during the Peak Load Time, feeding the circuit by batteries. Moreover, the batteries can keep the system working during a possible fault in the main power supply, operating as an emergency lighting system. These applications are justified by the reduction in energy demand from the electric power system and by the increase in the lighting system reliability. Throughout the work, the main characteristics of the LED and batteries applied in lighting systems are presented, as well as the specification of the luminaire and the battery bank employed. The design methodology proposed for each topology aims to help the converter design intended for better utilization of semiconductors and reduce the value of the bus capacitor. A critical analysis of the converters is performed in order to evaluate the efficiency of the circuits, the power factor, the voltage and current characteristics of the main devices, and compliance with the IEC 61000-3-2 Class C standard that limits the harmonic content of the input current. Finally, electronic circuits are proposed for the management and control of the lighting system. / Este trabalho apresenta uma metodologia de projeto e análise de circuitos eletrônicos aplicados à iluminação de exteriores empregando diodos emissores de luz (LEDs). O objetivo das topologias desenvolvidas neste trabalho é proporcionar aos LEDs uma alimentação adequada através da rede elétrica, com alto fator de potência, e através de baterias quando necessário. Para isso, são propostas e analisadas algumas topologias empregando conversores CC-CC integrados e de estágio único. Estas topologias têm como principal aplicação sistemas de iluminação pública sem consumo de energia a partir da rede elétrica durante o Horário de Ponta, alimentando o circuito por baterias. Além disso, as baterias podem manter o funcionamento do sistema durante uma possível falha no fornecimento de energia pela rede elétrica, operando como um sistema de iluminação de emergência. Estas aplicações são justificadas pela redução da demanda de energia do sistema elétrico de potência durante horários críticos e aumento da confiabilidade do sistema de iluminação pública. Ao longo do trabalho, as principais características do LED e de baterias aplicadas em sistemas de iluminação são abordadas, juntamente com a especificação da luminária e do banco de baterias empregados. A metodologia de projeto proposta para cada topologia desenvolvida tem por objetivo auxiliar o projeto do conversor visando melhor aproveitamento dos semicondutores e redução do valor do capacitor de barramento. A análise crítica dos conversores é realizada com o objetivo de avaliar a eficiência dos circuitos, o fator de potência, características de tensão e de corrente nos principais componentes e o atendimento à norma IEC 61000-3-2 Classe C que limita o conteúdo harmônico da corrente de entrada. Por fim, são propostos circuitos eletrônicos para o gerenciamento e controle do sistema de iluminação.