O presente trabalho traz o estudo da simulação do desempenho (simulação de marcha) de uma composição ferroviária acionada através de inversores de tensão e motores de indução e alimentada em corrente contínua, um tipo de material rodante recentemente introduzido no Brasil. Tal fato faz com que seja necessário o desenvolvimento de métodos de análise das características deste tipo de material, objetivo maior deste trabalho. A metodologia de análise aqui desenvolvida tem como base a teoria da tração elétrica para o equacionamento da dinâmica do movimento, a teoria do controle do motor de indução e a teoria do funcionamento do próprio motor de indução para a obtenção da corrente captada por esta composição - um dos principais resultados obtidos. A aplicação desta metodologia é dada através da simulação de uma composição em três tipos de vias diferentes. Uma análise posterior dos resultados traz a possibilidade de uma simplificação do método de obtenção da corrente captada. Tal possibilidade é apresentada e comparada com os dados anteriormente obtidos validando-a. / This dissertation is a study of the duty cycle simulation of inverter-fed induction traction drives for DC-supplied railway system. This type of equipment is new in Brazilian railway and subway systems and the need to model and to simulate became an important issue and the aim of this dissertation. The development of the model is based on electric railway traction theory for train dynamics, on inverter-fed induction machine control and induction machine theory to calculate the input line current from power supply - one of the most important results. As an example, a modeling and simulation of one train running in three different lines is shown. The analysis of the results shows that the input line current from power supply may be obtained by a simplified model. This hypothesis is studied, the results are compared and the simplified model is then validated.

Este trabalho aborda a conformidade dos medidores de energia em sistemas não senoidais, na busca do aumento de qualidade no faturamento de energia elétrica. Para tanto, enfoca a medição mais justa e um melhor relacionamento entre concessionária e consumidor. As análises foram realizadas nos laboratórios da Eletropaulo, do Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo, e no Laboratório do Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia (Enerq), USP. Trata-se de um estudo que faz parte de um projeto maior de Pesquisa e Desenvolvimento da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Seu objetivo foi investigar se a distorção de tensão e corrente nos medidores de faturamento de energia elétrica provoca desvios na energia medida. Pretendeu-se ainda avaliar se as harmônicas inseridas nos medidores eletromecânicos possuem maior ou menor desvio na energia medida, em comparação aos medidores eletrônicos. A metodologia utilizada incluiu levantamento de estudos de pesquisa e desenvolvimento, além de ensaios de laboratório com amostras de equipamentos de dois fabricantes nacionais. Como parâmetros para os ensaios, levantaram-se curvas, por meio de medições de cargas reais. Os resultados das medições obtidas em situações reais foram comparados com aquelas levantadas nos laboratórios. Os resultados dos ensaios laboratoriais foram analisados e comparados com os limites estabelecidos nas normas vigentes, dentre as quais, destacam-se: o Regulamento Técnico Metrológico do INMETRO e os Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST. O presente estudo concluiu que os instrumentos ensaiados em conforme normas, quando parametrizados para não considerar a potência de distorção no cálculo de reativo, atendem os parâmetros de exatidão. Esses dados são válidos tanto para as funções de VArh quanto para Wh. / This work addresses the reliability of energy meters in nonsinusoidal systems, looking for the increase of quality in the electric energy billing. To that purpose, it focuses on a fairer metering and a better relationship between the concessionaire and consumer. The tests were carried through in the laboratories of Eletropaulo, of the Electro-Technology and Energy Institute in the University of São Paulo, and in the Laboratory of the Center of Studies in Power Quality Regulation (Enerq), USP. This study is part of a bigger project in Research and Development of the Electric Energy National Agency (Aneel). Its objective was to investigate whether the distortion of voltage and current in the electric energy billing meters had deviations in the metered energy. It was also intended to evaluate whether the inserted harmonics in the electromechanical meters have greater or minor deviation in the metered energy, in comparison to the electronic meters. The methodology used included a survey of studies, research and development of the electric sector, besides laboratory tests with two national equipment samples. As parameters for the tests, wave were formulated by means of real load metering. The results of the metering obtained in real situations were compared with those collected in the laboratories. The results of the laboratory tests were analyzed and compared with the limits established in the norms in force, amongst which one highlights: the Technical Metrological Regulation from Inmetro and the Electric Power Distribution Procedures in the National Electric System Prodist. The present study concluded the instruments analyzed under normalized conditions, when parameterized to not consider the distortion power in the calculation of reactive, meet the 60Hz frequency, within the accuracy parameters. These data are valid both for the VArh functions and the Wh.

Neste trabalho de mestrado são descritos o projeto, a montagem e os testes de funcionamento de uma câmara porta amostra para medidas elétricas de quatro pontas de prova dc. A estrutura da câmara porta amostra é em material cerâmico, que garante a estabilidade física e química do sistema, prolongando sua vida útil e melhorando a qualidade das análises realizadas. Este sistema permite a realização de medidas elétricas de diferentes materiais desde a temperatura ambiente até ~1500 °C em ampla faixa de pressões parciais de oxigênio. A funcionalidade da câmara porta amostras foi avaliada por meio da comparação de medidas da dependência da resistividade elétrica com a temperatura de amostras de zircônia estabilizada com ítria. Visando à aferição e a aplicação deste sistema de medidas elétricas, foram fabricados e caracterizados compósitos à base de zircônia estabilizada com ítria e nitreto de titânio, obtidos pela técnica de sinterização por plasma pulsado (\"spark plasma sintering\", SPS). As propriedades gerais destes compósitos foram investigadas por meio de análises térmicas, difratometria de raios X (DRX) e medidas elétricas de quatro pontas de prova dc, usando o sistema construído. As análises das amostras dos compósitos à base de zircônia e TiN mostraram que a técnica SPS produz amostras densas, sem reação entre as fases ou degradação do TiN por oxidação. As amostras com adição de TiN apresentaram comportamento metálico da resistividade elétrica, evidenciando a percolação do nitreto na matriz de zircônia para frações volumétricas ≤ 27 vol.%. Medidas de resistividade elétrica combinadas com análises térmicas e de DRX foram usadas para monitorar a oxidação do TiN nos compósitos em altas temperaturas. As amostras produzidas apresentam propriedades promissoras para aplicações de alta temperatura que requeiram elevada condutividade elétrica. / This study describes the design, construction, and tests of a sample holder for four-probe dc electrical measurements. The structural parts of the sample holder are built using ceramic material (alumina) that ensures physical and chemical stability, prolonging its use and the quality of experiments. The sample holder allows electrical measurements from room temperature up to ~1500 °C in a wide range of oxygen partial pressures. The functionality of the constructed sample holder was assessed by comparing measurements of the temperature dependence of the electrical resistivity of yttria-stabilized zirconia samples. To further explore the capabilities of the measuring apparatus, samples of high-temperature composites based on yttria-stabilized zirconia and titanium nitride were prepared by spark plasma sintering (SPS). The general properties of these composites were investigated by thermal analysis, X-rays diffraction (XRD), and four-probe dc electrical measurements. The study of the composites showed that SPS resulted in dense samples with no detected reaction between phases and free from TiN oxidation. Samples with TiN addition displayed metallic behavior of the electrical resistivity, evidencing that the nitride attained the percolation threshold in the oxide matrix at volume fractions ≤ 27 vol.%. Electrical measurements combined with thermal analysis and XRD were used to monitor the oxidation of TiN at high temperature. The studied composites show good properties indicating that it is a promising material for high temperature applications that require high electrical conductivity.

O titanato de estrôncio (SrTiO3) possui estrutura cristalina do tipo perovsquita. Materiais com este tipo de estrutura são utilizados para diversas aplicações, tais como, sensores, atuadores, em células a combustível de óxido sólido, entre outros. Devido as suas interessantes propriedades físicas, o SrTiO3 vem sendo intensamente estudado, em especial com a introdução de dopantes. Portanto, neste trabalho foi investigada a influência de diferentes teores de Ca (1; 2,5 e 5% mol) e Pr (0,025; 0,050; 0,075 e 1% mol) na microestrutura e propriedades elétricas e dielétricas do SrTiO3, assim como o material sem aditivos (puro). Os resultados mostram que após a sinterização do SrTiO3 puro, a microestrutura consiste de grãos poligonais com tamanho médio micrométrico, além de texturas lisas e rugosas. A condutividade elétrica das amostras sintetizadas sinterizadas a 1450 e 1500ºC é máxima para 2 horas de patamar. Apenas as amostras de SrTiO3 contendo 1% em mol de Ca apresentam fase única. O tamanho médio de grãos das amostras contendo 1% em mol de Ca é 10,65 ± 0,28 µm e para teores acima deste valor ocorre crescimento significativo dos grãos. As medidas de condutividade elétrica mostraram que as amostras contendo a adição de 1% em mol de Ca possuem maior condutividade dos grãos em relação ao material puro. Para as amostras contendo teores de até 0,075% mol de Pr, pode-se observar alguns grãos lisos e outros rugosos e não há variação considerável do tamanho médio de grãos. As amostras contendo menor teor de Pr (0,025% mol) apresentam maior condutividade dos grãos e contornos de grãos. As amostras de SrTiO3 sintetizado sinterizadas a 1450ºC/10 h apresentaram permissividade elétrica colossal em temperatura ambiente em altas frequências. / Strontium titanate (SrTiO3) exhibits cubic perovskite type crystalline structure at room temperature. Polycrystalline ceramics with this structure are potential candidates for a number of applications including sensors, actuators and in solid oxide fuel cells. Several properties of SrTiO3 are strongly dependent on addition of both donors and acceptors additives. Then, there is a growing interest for studying its properties as a function of type and concentration of additives. In this study, the effects of Ca (1, 2.5 and 5 mol%) and Pr (0.025 to 1 mol%) additions on microstructure and electric and dielectric properties of SrTiO3 were investigated. The microstructure of pure SrTiO3 consists of polygonal grains with average grain size in the micrometer range, and the electric conductivity is maximized after sintering for 2 h at 1450 and 1500ºC. Specimens containing 1 mol% Ca are single phase and the average grain size is 10.65 ± 0.28 µm, but for higher additive contents grain growth is observed. The electric conductivity of SrTiO3 with 1 mol% Ca is higher than that of the pure ceramic. Specimens containing Pr do not show significant grain growth, and the higher conductivity of grains and grain boundaries was achieved with 0.025 mol% Pr. Pure SrTiO3 sintered at 1450ºC for 10 h shows colossal dielectric permittivity (> 1.000) at room temperature, in contrast to specimens prepared with commercial powder (dielectric permittivity = 300), at high frequencies.

Orientador: Jose Alexandre Diniz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:11:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Miyoshi_Juliana_M.pdf: 3791020 bytes, checksum: 460cf8c5054332b38c548b87723e8179 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Filmes isolantes com alta constante dielétrica (high k) para a próxima geração (tecnologia CMOS de 32 nm), tais como óxido de titânio (TiOx), oxinitreto de titânio (TiOxNy), oxinitreto de titânio alumínio (AlxTiwOyNz), nitreto de titânio alumínio (AlxTiwNz) e óxido de titânio alumínio (AlxTiwOy) foram obtidos por evaporação por feixe de elétrons de Ti ou TiAl, com adicional nitretação ou oxinitretação ou oxidação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) em substratos de Si. Os filmes foram caracterizados por elipsometria (espessura), espectroscopia de emissão do infravermelho (FTIR) (ligações químicas) e microscopia de força atômica (AFM) (rugosidade da superfície). Os plasmas ECR foram caracterizados por espectroscopia por emissão óptica (OES). Estes filmes foram usados como isolantes de porta em capacitores MOS, que foram fabricados com eletrodos de Al e TiAl. Estes capacitores foram utilizados para a obtenção das medidas de capacitância - tensão (C-V) e corrente - tensão (I-V). Um valor relativo para a constante dielétrica de 3,9 foi adotado para extrair o valor de EOT dos filmes, a partir das medidas C-V sob região de forte acumulação, resultando em valores entre 1,1 nm e 1,5 nm, e densidades de carga efetiva em torno de 1012 cm-2. Das medidas I-V, foram extraídas valores de correntes de fuga através do dielétrico de porta entre 0,02 mA e 20 mA. Os melhores resultados (com correntes de fuga menores que 4 mA e EOT menores que 1,5 nm) foram obtidos pelas estruturas MOS com dielétrico de porta de AlxTiwOy e AlxTiwOyNz. Devido a estes resultados, nMOSFETs com eletrodo de Al e dielétrico de porta de AlxTiwOyNz foram fabricados e caracterizados por curvas características I-V. Foram obtidas características elétricas do nMOSFET, tais como transcondutância de 380 µS e slope de 360 mV/dec. Estes resultados indicam que os filmes AlxTiwOy e AlxTiwOyNz são adequados para a próxima geração de dispositivos (MOS). / Abstract: High k insulators for the next generation (sub-32 nm CMOS (complementary metaloxide-semiconductor) technology), such as titanium oxide (TiOx), titanium oxynitride (TiOxNy), titanium-aluminum oxynitride (AlxTiwOyNz), titanium-aluminum nitride (AlxTiwNz) and titanium-aluminum oxide (AlxTiwOy), have been obtained by Ti or Ti/Al e-beam evaporation, with additional electron cyclotron resonance (ECR) plasma nitridation or oxynitridation or oxidation on Si substrates. The films were characterized by ellipsometry (thickness), Fourier Transformed Infra Red (FTIR) (chemical bonds) and Atomic Force Microscopy (AFM) (surface roughness). The ECR plasmas were characterized by optical emission spectroscopy (OES). These films have been used as gate insulators in MOS capacitors, which were fabricated with Al or TiAl gate electrodes. These capacitors were used to obtain capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V) measurements. A relative dielectric constant of 3.9 was adopted to extract the Equivalent Oxide Thickness (EOT) of films from C-V curves under strong accumulation condition, resulting in values between 1.1 and 1.5 nm, and the effective charge densities of about 1012 cm-2. From I-V measurements, gate leakage currents through these gate dielectrics between 0,02 mA and 20 mA were extracted. The best results (leakage current lower than 4 mA and EOT thinner than 1.5 nm) were obtained by MOS structures with gate dielectrics of AlxTiwOy and AlxTiwOyNz. Because of these results, nMOSFETs with Al gate electrode and AlxTiwOyNz gate dielectric were fabricated and characterized by I-V characteristic curves. nMOSFET electrical characteristics, such as transconductance of 380 µS and sub-threshold slope of 360 mV/dec, were obtained. These results indicate that the obtained AlxTiwOyNz and AlxTiwOy films are suitable gate insulators for the next generation (MOS) devices. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Esta dissertação consiste em um sistema eletrônico microprocessado para monitoração de baterias cujos subsistemas permitem simular processos diversos submetendo-as a tipos diferentes de carga e descarga de forma controlada. O sistema compartilha informações externa e internamente, controlando parâmetros a fim de efetuar os ensaios padronizados ou simulando a alimentação de uma carga real de maneira segura e confiável. Inicialmente, as informações para os testes são feitas de forma manual a partir de templates onde os dados do ensaio e especificações do fabricante são carregadas para iniciar o teste. Assim o sistema fica instruído para executar as demais rotinas e processos de forma automática, quer seja no mesmo teste em ou outro posterior, onde se use a mesma bateria. O sistema se propõe ao ensaio de diversos tipos de químicas de baterias, com algoritmos distintos a cada uma delas, criando arquivos de configuração e de dados, que podem ser armazenados para uso posterior ou utilizados para uma análise imediata. Ao final do ensaio ou ciclo executado é possível escolher a forma de apresentação dos resultados sob forma de planilhas, gráficos e valores, a fim de que seja possível analisar o dispositivo e os processos envolvidos.

Descargas de catodo oco (DCO) são capazes de gerar plasmas densos e são empregadas para o desenvolvimento de reatores a plasma em baixa pressão, com taxas elevadas de produção de partículas reativas e alta eficiência de processamento de materiais. A característica geométrica de uma DCO promove oscilações de elétrons de alta energia dentro do catodo, intensificando a ionização, o bombardeio de íons nas paredes internas e outros processos subseqüentes. O objetivo do presente estudo foi investigar sobre as características principais de uma descarga de catodo oco em corrente contínua a fim avaliar sua capacidade de gerar compostos no volume de plasma, pela reação entre as espécies pulverizadas do catodo e os radicais formados na descarga. A DCO foi operada com os gases argônio, nitrogênio e oxigênio em pressões variando na faixa de (9 - 50) Pa e fluxo na faixa de (1 - 100) sccm. A tensão de operação da descarga variou entre (300 - 900) V que corresponde à corrente de descarga entre (10 - 1000) mA. Uma bobina de Helmholtz foi empregada para produzir um campo magnético de baixa intensidade e uniforme ao longo do eixo da descarga variando entre (0 - 10)10-3 T. Os efeitos destes parâmetros, configurações do eletrodo e materiais do catodo (Al, C, Ti), foram investigados nos modos de descarga escura e descarga luminescente a fim de melhorar a eficiência de ionização da descarga e conseqüentemente, produzir plasmas com alta reatividade para a formação de determinados compostos. Os parâmetros do plasma foram inferidos da característica corrente-tensão de uma sonda cilíndrica simples (sonda de Langmuir) posicionada entre os catodos considerando a influência da distância inter-catódica e do campo magnético. Os valores obtidos para a densidade e temperatura de elétrons estão entre (1016 - 1017) m-3 e (2 - 5) eV, respectivamente. Com a técnica de espectrometria de massa algumas espécies na fase gasosa do plasma foram monitoradas para várias condições de operação da descarga. Esta análise de massa complementada com as medidas de sonda fornece uma orientação para otimização da geração dos compostos na descarga e conseqüentemente, para a deposição de filmes finos destes compostos. Interesse especial foi focado na formação de carbono (C), nitreto de alumínio (AlN), dióxido de titânio (TiO2), óxido de titânio (TiO) e nitreto de titânio (TiN) na descarga.

Neste trabalho foram desenvolvidos estudos sobre um jato de plasma com o objetivo de aperfeiçoar seu emprego para corrosão (plasma etching) de materiais eletrônicos. Foi investigado um novo tipo de reator, recentemente desenvolvido, no qual um jato de plasma é gerado em alto vácuo a fim de proceder à corrosão dos materiais. Com o intuito de determinar as condições características de corrosão adequadas a processos de microeletrônica, foram realizados diversos experimentos a fim de avaliar a influência dos parâmetros de controle tais como corrente elétrica da descarga, tensão aplicada, pressão de operação, e influência de campo magnético. Os materiais utilizados, especificamente, filmes de Carbono tipo Diamante são fabricados por técnicas de deposição por sputtering. As taxas de corrosão em função dos parâmetros de controle constituíram o conjunto de condições de operação avaliadas no sentido de se caracterizar a nova técnica de corrosão por plasma para processos de microeletrônica. Os resultados indicam que o processo em alto vácuo na presença de campos magnéticos moderados oferecem algumas vantagens potenciais em relação a outras técnicas de processamento por plasma utilizadas na microeletrônica. A corrosão em ambiente de baixa pressão reduz a presença de impurezas sendo que a direcionalidade do jato de plasma favorece a anisotropia da corrosão.

Filmes finos de carbono tipo diamante (DLC) são materiais promissores para o uso em indústria de micro e nanoeletrônica, por suas singulares propriedades físicas e químicas. Para estas aplicações, os filmes de DLC são normalmente submetidos a processos de corrosão a plasma em baixa pressão, os quais necessitam de um sofisticado sistema de vácuo e injeção de gases. Neste trabalho foi desenvolvido e testado um sistema de configuração simples e barata para a corrosão de filmes de DLC. Este sistema é baseado em descarga de barreira dielétrica (DBD), operando com oxigênio em pressões próximas a atmosférica. O fluxo de partículas provenientes da descarga da barreira dielétrica foi injetado a uma câmara de trabalho, onde um porta-substrato foi colocado a uma certa distância suficiente para interceptar o fluxo de gás na saída da descarga. O reator desenvolvido passou por sucessivas modificações, dando origem a cinco configurações que se diferenciaram, basicamente, pela geometria do reator e do potencial elétrico aplicado ao porta-amostras. O desempenho do processo de corrosão nestes sistemas foi avaliado através da corrosão de filmes de DLC nas seguintes condições de operação: pressão de 55,0 a 75,0 kPa, tempo de processo variando entre 1 e 20 min e distância entre eletrodo-amostra de 5 e 10 mm. As principais técnicas de caracterização dos filmes corroídos foram microscopia de força atômica (AFM), espectroscopia Raman e perfilometria. Os resultados mostram taxas de corrosão de até 7nm/min sendo obtidos com potência menor que 3W. A DBD foi caracterizada através do método de Manley usando figuras de Lissajous, com base nas condições de pressão e distância de eletrodo, que representam a região "ótima" de trabalho do reator. Os resultado mostram descargas com energias entre 1,58 até 3,50W rms com uma fonte AC de 11 kV - 500 Hz.

Devido às suas propriedades magnéticas e alta resistividade (>105 Om) em altas freqüências, os materiais magnéticos cerâmicos têm sido largamente usados, nas últimas décadas, em aplicações de RF, absorvedores de microondas, transdutores em transformadores de pulso e supressores de ruído. Estes materiais estão entre os principais constituintes de equipamentos utilizados nas indústrias aeronáutica, automobilística, etc. Desde meados de 1970, vários métodos foram desenvolvidos para medir a permeabilidade magnética (m) e a permissividade elétrica (e) destes materiais. Neste trabalho foi empregado o algoritmo de Nicolson, Ross e Weir (NRW), que de forma explícita relaciona os parâmetros de espalhamento S medidos numa linha coaxial de ar, utilizada como porta-amostra, com os valores de mr* e er* complexos. A rotina computacional desenvolvida em ambiente MATLAB V6.5 foi validada em duas etapas de testes, para garantir a confiabilidade dos resultados gerados na faixa de freqüência de 50 MHz a 200 MHz. Na primeira etapa, o processo de validação envolveu o uso de dados de parâmetros S gerados a partir de expressões analíticas - dados virtuais. Na segunda etapa, dados de parâmetros S medidos nas duas portas de uma linha coaxial, preenchida com uma amostra de Ni-Zn, foram submetidos à execução da rotina computacional desenvolvida e, os dados de mr* e er* gerados foram comparados com os obtidos de um programa computacional comercial da Agilent Co., considerado o estado da arte. A partir dos dados de mr* e er* dessa amostra de ferrita, discutem-se as soluções para ampliar a faixa de freqüência do ensaio, as divergências e multiplicidades das soluções geradas pelo algoritmo e os efeitos nas variações de planos de referências para as medidas dos parâmetros S.