Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-07-07Bitstream added on 2014-06-13T20:20:27Z : No. of bitstreams: 1 mesquita_rp_me_guara.pdf: 1170750 bytes, checksum: fa765b6e1b242ea2391a24aa47efeb14 (MD5) / Eletrobras / Em sistemas de bombeamento, a vazão solicitada à bomba nem sempre é constante, normalmente as bombas operam em rotação constante e para obter a variação da vazão, utilizam-se válvulas de estrangulamento na saída. Outro método utilizado é controlar a velocidade do motor através de inversores de freqüência, pois, a variação da vazão é diretamente proporcional à rotação do motor, proporcionando uma maior facilidade de controle e economia de energia, porém, interferindo na qualidade de energia elétrica. Neste contexto, a finalidade deste trabalho foi a comparação do consumo de energia elétrica para dois tipos de controle de vazão em sistemas de bombeamento: por válvula de estrangulamento ou por inversor de freqüência para dois tipos de motores: padrão e de alto rendimento. Comprovou-se que a simples troca de um motor padrão por um motor de alto rendimento gera uma redução de consumo de energia elétrica entre 32,45% a 33,42%, no caso estudado. A substituição do controle de vazão, da válvula de estrangulamento para o controle pelo inversor de freqüência trouxe uma economia de energia elétrica entre 47,18% a 52,22% em determinadas faixas. A substituição do controle de vazão pela válvula e motor padrão para o controle de vazão pelo inversor e motor de alto rendimento gerou uma economia de 67,03%. Para avaliar a influência dos programas de eficiência energética na qualidade da energia foram mensurados valores do fator de potência e dos níveis de distorção harmônica total de corrente e de tensão gerados através de três tipos de acionamento do motor trifásico: partida direta, partida suave e partida com inversor de freqüência, comparando-os com valores da norma brasileira (ANEEL) e de norma internacional (IEC). / In pumping systems the flow requested of the pump is not always constant, normally the pumps operate in constant rotation and bottleneck valves are used in order to obtain the flow variation. Controlling the motor speed through variable frequency drives is another used method since the flow variation is directly proporcional to the motor rotation. In this report it was carried out a comparisson of electric power consumption in a pumping system with the flow control by bottleneck valve and by variable frequency drives in order to identify an economically viable range of use. The technical and economical viability of substituting a standard motor for a highperformance motor one was also analysed. It proved that the simple exchange of a standard motor for a high performance one, generates a reduction of electric power consumption between 32.45% a 33.42%, in the studied case. The replacement of the flow control of the bottleneck valve to the variable frequency drives brought a saving of electric power between 47.18% a 52.22% in certain ranges. The replacement of the flow control by the valve and standard motor for the variable frequency drives and the high performance motor generated an economy of 67.03%. It was mensuremented values of power factor and total harmonic distortion of current and voltage generated by three diferent types of starts: direct start, soft-start and variable speed drives start and compared with values of the Brazilian norm (ANEEL) and International norm (IEC) to appraise its influency in energy efficiency programs.

Este trabalho faz uma introdução à evolução dos processos de laminação a frio, acionamento e controle dos mesmos, com foco na laminação de encruamento. O principal objetivo é estabelecer um modelo linear dos sistemas de acionamento, que permita o projeto de um controle multivariável. Pretende-se que a robustez do controle multivariável contribua para a eliminação de defeitos associados aos processos de bobinamento e desbobinamento. A eliminação destes defeitos traz um grande retorno econômico em função do grande volume de produção destas instalações. Para isto é desenvolvido um modelo matemático do sistema completo. No modelo são evidenciadas não linearidades associadas à variação dos diâmetros e inércias das bobinas na desenroladeira e enroladeira. Para solucionar esse problema as parcelas contendo as não linearidades são removidas do modelo. Posteriormente essas parcelas são repostas através de malhas feedforward no controle. Para validar o modelo são projetados controladores PID semelhantes aos utilizados no laminador real. Com os resultados obtidos através de simulação, discute-se a validade do modelo comparando-os com os dados do processo real. A partir desse modelo é desenvolvido o modelo linear em espaço de estados, a ser utilizado no projeto do controlador robusto multivariável. Em seguida é desenvolvido o projeto deste controlador multivariável utilizando a técnica LQG/LTR. Finalmente, são discutidos os resultados das simulações, comparando-os com os dados reais da planta. De um modo geral, os resultados apontam para uma boa aproximação entre a planta real e o modelo proposto. / This work is an introduction to the evolution of the processes of cold rolling, drive and control, focusing on skinpass rolling. The main objective is to establish a model of linear drive systems, allowing the design of a multivariable control. It is intended that the robustness of multivariable control contributes to the elimination of defects associated with processes of coiling and uncoiling. The elimination of these defects poses a great economic return due to the large volume of production of these facilities. To achieve this deal it was developed a mathematical model of the complete system. Nonlinearities associated with variation in diameters and inertia reels in desenroladeira and reel are evidenced in the model. To solve this problem the terms containing nonlinearities were removed from the model and, subsequently reintroduced by feedforward control loops. To validate the model, PID controllers were designed in a similar way to those used in real mill. With the results obtained by simulation, we discuss the validity of the model by comparing them with the actual process data. From this model it was developed a linear state space model to be used in the design of robust multivariable controller. After that it was developed the design of this multivariable controller using the technique LQG / LTR. Finally, it was discussed the simulation results, comparing them with actual data of the plant. Overall, the results point to a good approximation of the real plant and the proposed model.

Esta dissertação de mestrado propõe desenvolver a modulação vetorial (space vector – SV) para um inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata (cascaded H-bridge – CHB). A verificação do desempenho ocorre através de simulações em software de simulação matemática, e posterior comparações entre duas simulações realizadas, como também a comparação da simulação de melhor desempenho com simulações obtidas com a modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas e a modulação híbrida. Para tanto, inicialmente são revisadas as topologias de inversores de frequência mais tradicionais na literatura, identificando as suas características para justificar a escolha da topologia híbrida assimétrica. Posteriomente são revisados os métodos de modulação para inversores de frequência, identificando na modulação vetorial vantagens para sintetização das tensões de linha. Após, são relacioanados trabalhos envolvendo a modulação space vector aplicada em inversores multiníveis. Em seguida, a modulação SV é desenvolvida para o inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata, sendo realizadas as seguintes etapas: definição dos possíveis vetores de comutação (estados de chaveamento) do inversor proposto no espaço tridimensional e no plano α-β; identificação dos planos limites e dos planos de separação dos setores no plano α-β; obtenção das matrizes de decomposição e; definição da sequência de comutação. Os resultados, obtidos por meio de software de simulação matemática, dos gráficos das tensões de fase e tensões de linha, assim como os valores de distorção harmônica total (total harmonic distortion – THD), fator de distorção de primeira ordem (first order distortion factor – DF1), tensão de modo comum, espectro harmônico dos sinais das tensões (de fase e de linha) são analisados, sendo os índices de THD, DF1 e tensão de modo comum comparados entre duas sequências de comutação diferentes para o inversor proposto. Também, os valores desses índices são comparados com outras técnicas de modulação (modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas (QQ) e a modulação híbrida). O desenvolvimento e os resultados das simulações da modulação SV na topologia híbrida assimétrica de nove níveis proposta, assim como as análises das comparações, apontam resultados satisfatórios, identificando um potencial grandioso da modulação SV desenvolvida. / This dissertation proposes to develop the space vector (SV) modulation for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). Performance verification occurs through software simulations, and subsequent comparisons between two simulations performed, as well as the comparison of the best performance simulation with simulations obtained with the step wave modulation and hybrid modulation. To do this, the topologies of more traditional frequency inverters are reviewed in the literature, identifying their characteristics to justify the choice of hybrid asymmetric topology. Subsequently, the modulation methods for frequency inverters are reviewed, identifying the advantages of vector modulation for the synthesis of line voltages. Afterwards, works involving the space vector modulation applied in multilevel inverters are related. Then, the SV modulation is developed for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). The following steps are performed: definition of the possible switching vectors (switching states) of the proposed inverter in three-dimensional space and in the plane α-β; identification of boundary planes and separation plans of sectors in the α-β plane; obtaining the decomposition matrices e; definition of the switching sequence. The results, obtained through mathematical simulation software, of the phase voltages and line voltages graphs, as well as the values of total harmonic distortion (THD), first order distortion factor (DF1), common mode voltage, harmonic spectrum of the voltage signals (phase and line) are analyzed, with THD, DF1 and common mode voltage indices being compared between two different switching sequences for the proposed inverter. In addition, the values of these indices are compared with other modulation techniques (step wave modulation and hybrid modulation). The development and results of the SV modulation simulations in the nine-level hybrid asymmetric topology proposed, as well as the comparative analyzes, indicate satisfactory results, identifying a great potential for SV modulation developed.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:50:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09637.pdf: 1538155 bytes, checksum: e1acd1099b9c28649529a552fe6ae1c8 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Escola Politecnica, Universidade de Sao Paulo - POLI/USP

Cette thèse propose une étude approfondie de certains aspects des algorithmes de contrôle "sans capteur". Grâce aux progrès faits en électronique, ces algorithmes sont devenus ces dernières années un standard que les clients attendent de tous les variateurs de vitesse pour tous les moteurs électriques. Cependant, le contrôle "sans capteur" des moteurs électriques à basse vitesse est particulièrement difficile à cause d'une limitation théorique expliquée ici par une étude d'observabilité. L'injection de signal est une technique prometteuse pour contourner ce problème, mais ses effets demeurent mal compris. En particulier le traditionnel modèle linéaire sinusoïdal ne permet pas d'expliquer les résultats expérimentaux. Par conséquent, on propose ici une nouvelle méthode pour modéliser les moteurs électriques. Elle est nettement plus simple que les approches traditionnelles et permet de justifier rigoureusement la modélisation de la saturation dans le repère dq fictif. Les effets de l'injection de signal sont ensuite expliqués grâce à une séparation des échelles de temps. Replacée dans le contexte plus général des systèmes non-linéaires, elle s'avère être une technique permettant d'obtenir des informations supplémentaires sans ajouter de capteur. Les informations ainsi obtenues permettent théoriquement le contrôle des moteurs électriques "sans capteur" à basse vitesse, mais la mise en œuvre de cette solution pour certains types de moteurs peut demeurer compliquée à cause de contraintes industrielles. On montre aussi comment les modèles proposés peuvent être calibrés expérimentalement pour le cas du Moteur Synchrone à Reluctance et du Moteur à Induction sans charge. À cause du manque de mesures et d'effets liés à l'hystéresis dans les matériaux ferromagnétiques, on n'a malheureusement pas réussi à obtenir un modèle expliquant le comportement du Moteur à Induction en charge. Par ailleurs, grâce à la similarité entre les moteurs électriques mise en évidence par l'approche de modélisation proposée ici, on a pu concevoir une loi permettant de contrôler aussi bien un Moteur Synchrone à Reluctance que n'importe quel Moteur Synchrone à Aimants Permanents. / This thesis proposes an in-depth study of some aspects of "sensorless" control algorithms for electrical machines. Over the past few years, thanks to the progress made in electronics, "sensorless" control laws became a standard expected from any variable speed drive for any electrical motor. However low-speed "sensorless" operation of electrical motors is inherently difficult, due to a theoretical limitation explained here by an observability study. Signal injection is a promising solution to circumvent this limitation, but its effects are not yet fully understood. In particular, experimental results are not explained by traditional linear sinusoidal models for electrical motors.Hence a new modeling approach for electrical motors is proposed here. It is much simpler than the usual ones and explains thoroughly why saturation can be modeled in the nonphysical dq frame. Signal injection effects are then explained using a multiple time-scale approach and, when put into the general context of nonlinear systems, it turns out to be a technique which allows to obtain more information without adding sensors. Thanks to this additional information, sensorless control of electrical motor becomes theoretically possible, even though the implementation remains challenging due to industrial constraints. Models for the Synchronous Reluctance Motor and the Induction Motor at no load are designed using the proposed approach and calibrated on experimental data but the procedure failed for the Induction Motor under load due to a lack of measurements combined to hysteresis effects. Besides, thanks to the similarities between electrical motors, underlined by the proposed modeling approach, we are able to generalize the proof of a "sensorless" control law designed for Synchronous Reluctance Motors to any kind of Permanent Magnet Synchronous Motor.

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Betonico_GustavodeCarvalho_M.pdf: 2382106 bytes, checksum: a84e8f76b2a2dcf28078dd9283ecef59 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para determinação da temperatura do motor de uma bomba centrífuga submersa (BCS) sob condições variáveis de vazão e carga. Este leva em consideração o comportamento acoplado entre o motor, a bomba e o sistema de produção. Assim, dada uma frequência ajustada no variador de frequência, a temperatura do motor é determinada como resultado do equilíbrio entre a produção de calor, calculada a partir da potência que a bomba demanda do motor, e a extração do calor, calculada a partir da vazão. Neste modelo, considera-se a BCS instalada num módulo de bombeamento submarino localizado perto do poço produtor. Foi estudada a transferência de calor por convecção no módulo de bombeio, onde um escoamento descendente ocorre no anular externo entre o revestimento e a camisa de refrigeração e um fluxo ascendente ocorre no anular interno entre a camisa de refrigeração e o motor. Um estudo de transferência de calor por convecção foi elaborado comparando modelos baseados no perfil de temperatura plenamente desenvolvido com modelos que consideram o desenvolvimento da camada limite térmica. Uma vez que o único ponto de medição da temperatura se localiza na extremidade inferior do enrolamento de estator, o modelo desenvolvido neste trabalho também determina a distribuição de temperatura do motor. Um estudo de caso foi realizado com diversas viscosidades de óleo e frações de água. Os resultados mostram a elevação da temperatura do motor, quando sua velocidade é continuamente aumentada. Também se mostrou que, negligenciar os efeitos do desenvolvimento da camada limite térmica, quando ocorre escoamento laminar, pode resultar num motor superaquecido, onde na verdade, a temperatura máxima do motor é muito menor do que o seu limite superior. Modelos baseados no perfil temperatura plenamente desenvolvidos sofrem de imprecisão, quando utilizados em aplicações de fluidos viscosos, devido ao grande comprimento entrada térmica / Abstract: A model to predict the motor temperature of an electrical submersible pump, under variable conditions of flow rate and loading, has been developed. This model takes into account the coupled behavior between motor, pump and production system. Thus, given a frequency set in the variable speed drive, the motor temperature is determined as a result of the equilibrium between the heat generation, calculated from the power that the pump demands from the motor, and the heat extraction, calculated from the flow rate. In this model, the electrical submersible pump is supposed to be installed in a subsea pumping module located near the producer well. It has been studied the convective heat transfer in the pumping module, where a downward flow occurs in the external annulus between the casing and the shroud, and an upward flow happens in the internal annulus between the shroud and the motor. A convective heat transfer study has been run comparing models based on fully developed temperature profile and models that consider the development of the thermal boundary layer. Since the only point of temperature measurement is located at the lower end of the stator winding, the model developed in this work also determines the temperature distribution of the motor. A case study has been run with several oil viscosities and water cut. The results show a motor temperature rise when motor speed is continuously increased. It is also showed that, when laminar flow occurs, neglecting the effect of the thermal boundary layer development may result in an overheated motor prediction where actually, motor maximum temperature is much smaller than its upper limit. Fully developed temperature profile models suffer of inaccuracy when used in viscous fluid applications, due to its big thermal entry length / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Este trabalho traça um panorama dos PLCs e tecnologias associadas em momentos anteriores e posteriores à publicação da norma IEC61131-3 e discute aspectos relativos à sua adoção. A aplicação deste norma pode trazer ganhos de produtividade no projeto e implementação de sistemas de automação industrial. Esta dissertação apresenta o caso do "Projeto de modernização dos navios-varredores da Marinha do Brasil" no qual alguns dos conceitos desta norma foram utilizados com sucesso. Ferramentas e metodologias desenvolvidas para adequar o PLC existente a alguns requisitos da norma são descritas ao longo da dissertação. A operação do novo sistema de varredura pode ser verificada através dos resultados experimentais apresentados. / This work presents an overview of the PLC and associated technologies before and after the publication of the IEC61131-3 standard. Some aspects concerning the adoption of this standard are also discussed. The application of this standard can increase productivity in the design and implementation of industrial automation systems. Some concepts of this standard were applied, succesfully, to the modernization of the Brazilian Navy mine-sweepers. Tools and methods that were required in order to adapt the existing PLC to the IEC standard are described. The operation of the newly developed system can be verified by experimental results.

Dieser Beitrag gibt einen kurzen Überblick über das Patent als technisches Schutzrecht und seine Abgrenzung zu anderen gewerblichen Schutzrechten wie Gebrauchsmuster, Marke und Design. Weiterhin werden einige Anmelde- und Nutzungsstrategien für Patente skizziert. Der grundlegende Aufbau einer Patentanmeldung wird schließlich anhand des im Jahr 1889 von AEG angemeldeten Patents „Anker für Wechselstrommotoren“ erläutert, welches den Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer zum Gegenstand hat. / We provide a brief overview of patents as property rights for technical inventions as well as their distinction from other industrial property rights such as utility models, trademarks and designs. Furthermore, we outline some application and utilization strategies for patents. Finally, we explain the basic structure of a patent application by referring to the patent “Anker für Wechselstrommotoren” (armature for alternating current motors) filed by AEG in 1889 for protecting the three-phase asynchronous motor with squirrel cage rotor.

With rapid depletion of fossil fuels and increasing environmental concerns, the trend to capture renewable energy, especially through wind energy resources, is increasing. The doubly fed induction generator (DFIG) is the most widely used generator for wind energy conversion because of its various advantages over other types of generators. In a DFIG, the rotor is fed through back to back converters via slip rings. The converters enable the generation control. This control property can be used to support reliable operation of a grid network system. Interarea oscillation has been a major factor in limiting power transfers in interconnected power systems. Poorly damped modes can trigger oscillatory instability, potentially leading to cascading blackouts in such systems. We consider a two-area system where DFIG based wind generation is integrated with conventional synchronous generators. A simple controller is proposed for the DFIG to improve damping of interarca oscillations. To support the proposition, case studies are conducted in Matlab/Simulink. The effectiveness of the proposed controller is then analyzed by eigenvalue analysis and verified with time domain simulation results. The results show that a properly tuned controller can increase the damping of dominant oscillatory mode by nearly 5% while improving the area transfer by about 200 MW of wind power. The results further show that with the proposed control strategy, damping of dominant oscillatory mode increased by more than 10%. / North Dakota State University. Graduate School / North Dakota State University. Department of Electrical and Computer Engineering