Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T04:24:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 281953.pdf: 5312154 bytes, checksum: 0155e40bce965211a90477ca61d6f663 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é contribuir para a melhoria do desempenho das redes aéreas de distribuição frente às ações das descargas atmosféricas. No entanto, a busca por soluções na melhoria do desempenho de uma rede requer o desenvolvimento de cálculos e análises com um significativo número de variáveis e operações matemáticas, resultando num trabalho difícil e moroso mesmo para especialistas. Assim, o primeiro produto deste estudo foi o desenvolvimento de uma metodologia e ferramenta computacional, passível de ser usada facilmente por projetistas, que os auxilie na escolha pelo padrão de rede que apresente o melhor desempenho para cada uma das condições existentes. Ao contrário dos programas utilizados na análise de transitórios em linhas de transmissão, o programa Lightning Faults for Distribution Lines não requer treinamentos especiais ou operadores especializados e os principais dados de saída são estimativas das taxas de interrupção dos circuitos analisados, que podem ser convertidas em análises técnico-econômicas de projetos de redes de distribuição. O segundo produto originou-se da aplicação deste programa em um grande número de casos reais e os resultados apontaram um elevado índice de interrupções devido às descargas atmosféricas diretas nas redes. Porém, as alternativas de redução de desligamentos por descargas diretas em redes não se apresentam tão simples quanto no caso das tensões induzidas onde o aumento do nível de isolamento e o uso de pára-raios reduzem significativamente seus efeitos. Por este motivo, também faz parte deste trabalho, um estudo sobre a influência das descargas diretas nas redes aéreas de distribuição.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T05:48:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 282492.pdf: 1137856 bytes, checksum: c77f28fbf0b9ec07275b671f22bf5b99 (MD5) / Apesar de ter surgido na indústria há mais de 20 anos, não encontram-se muitas aplicações de Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) no setor de controle e geração de energia hidrelétrica. Atualmente, a grande maioria das aplicações estão voltadas para uso em processos químicos e petroquímicos. Este trabalho tem por objetivo propor um controlador preditivo para atuar na regulação de tensão de geradores acionados por turbinas hidráulicas. O trabalho aborda a modelagem fenomenológica da Máquina Síncrona (MS) para uso no modelo de predição do MPC. O MPC desenvolvido é baseado numa formulação aproximada mista linear-não linear onde a resposta livre do processo é calculada por simulação do modelo fenomenológico e a resposta forçada com o modelo linear. O modelo desenvolvido para as predições considera ainda os modos de operação da máquina. O MPC considera todas as restrições de operação da MS e as restrições impostas pelo sistema acoplado a este. Com o algoritmo de controle implementado, várias simulações e análises são feitas, envolvendo diversas condições de trabalho para testar o funcionamento do controlador. Diversas comparações com os controles clássicos empregados no sistema de regulação de tensão são apresentadas, mostrando que o MPC apresenta respostas de melhor qualidade em relação aos controladores atuais aplicados.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T10:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 285384.pdf: 9087661 bytes, checksum: 6020bf1927cd652cbab98d570ca3c353 (MD5) / Aços para fins elétricos apresentam-se como um produto economicamente importante dentro do mercado de aços, tendo sua demanda crescente ao longo dos anos. Dentro deste mercado, soluções de custo e qualidade são mandatórias para que as indústrias siderúrgicas se mantenham competitivas. Neste contexto, esta dissertação se propôs a desenvolver aços elétricos totalmente processados em recozimento em caixa, como solução de custo para os consumidores de aços elétricos. Paralelamente, foram produzidos aços elétricos semi processados para atender as demandas do mercado de aços semi processados e, principalmente, para servir de comparação com os aços totalmente processados. Este estudo foi conduzido com dois aços para fins elétricos: aço baixo carbono e o aço ultra baixo carbono. Ambos os aços foram processados de forma similar nos processos entre o lingotamento contínuo e a laminação a frio, sofrendo diferenciações em processo no recozimento em caixa e no laminador de encruamento. Retiraram-se amostras nos produtos gerados após a laminação a frio e a laminação de encruamento, tendo a metade destas amostras sido processadas no recozimento térmico final. Ensaios eletromecânicos e suas respectivas análises foram realizados nas amostras a fim de estudar o efeito de alguns dos parâmetros do processo siderúrgico sobre as propriedades eletromecânicas desses materiais. Os resultados obtidos mostraram que o aço baixo carbono não é indicado para a utilização como aço totalmente processado devido à alta perda magnética e à baixa permeabilidade magnética. Esse mesmo aço como semi processado obteve seu melhor resultado de perda magnética igual a 7W/kg com uma permeabilidade magnética relativa de 2151 à 60Hz e 1,5T. O melhor resultado obtido no estudo foi para o aço ultra baixo carbono semi processado, com uma perda magnética de 5 W/kg e uma de permeabilidade magnética relativa 2973 à 60Hz e 1,5T. Para este mesmo aço, como totalmente processado, o melhor resultado obtido foi para perda magnética de 9 W/kg e de 1626 de permeabilidade magnética relativa (60Hz e 1,5T). Indicam-se também soluções para melhorar o desempenho do aço ultra baixo carbono totalmente processado para torná-lo competitivo no mercado.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T21:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 297538.pdf: 3453086 bytes, checksum: f4a91ed669a7bc0ffcaa5015f81f5a5f (MD5) / Este trabalho apresenta como proposta principal a modelagem e a medição de campos elétricos e magnéticos em linhas de transmissão, visando confrontar os resultados com os limites à exposição humana e a conformidade com as demandas da nova legislação vigente no País. Esta análise é realizada através da comparação entre as medições e os resultados calculados analiticamente e numericamente, tendo como objetivo a melhoria dos métodos de medição. É ainda apresentada uma revisão bibliográfica sobre as consequências da exposição aos campos elétricos e magnéticos para a saúde humana. Os resultados obtidos demonstram que os obstáculos urbanos inserem erros nas medições, tendo sido encontrada uma boa concordância entre os resultados para os campos magnéticos e um erro maior para os campos elétricos. / This work presents as main proposal the modeling and measurement of electric and magnetic fields created by transmission lines, aiming to face the real limits of human exposure and the accordance with the demands of the new Brazilian legislation. This analysis is performed by the comparison between the measurements and the results calculated analytically and numerically, in order to improve the methods of measurement. It is also presented a bibliography review on the effects of exposure to electric and magnetic fields on human health. The results obtained show that urban obstacles insert errors in the measurements. However, there is a good agreement found between the results for magnetic fields and a larger error for electric fields.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:23:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 263130.pdf: 2962182 bytes, checksum: 0008b09fc608534854007964e2c4f2be (MD5) / Testar máquinas de indução a plena carga vem sendo o método mais aceito para determinar sua elevação de temperatura. Este método tem a grande vantagem de simular exatamente as condições de operação da máquina sob teste. Porém, alguns problemas também podem ser relacionados a ele, principalmente a necessidade de um dinamômetro com capacidade igual ou superior ao da máquina sob teste. Montar, acoplar e alinhar motores pode consumir bastante tempo, principalmente quando se trata de motores de grande potência, de alta velocidade, ou verticais. O método com dupla freqüência vem oferecer uma maneira de realizar o teste de temperatura em máquinas de indução, sem necessidade de potência elétrica nominal, ou aplicar-se carga no eixo. Este método é aplicado principalmente em máquinas de grande porte, levando, mesmo que em menor escala, a um laboratório de ensaios também constituído por máquinas de grande porte e alto custo. Uma análise detalhada do funcionamento das máquinas que constituem o laboratório durante o teste pode garantir um dimensionamento otimizado dos equipamentos, com uma redução significativa dos gastos necessários para a compra e montagem deste laboratório. Os trabalhos realizados até o momento relacionados ao método da dupla freqüência focam principalmente o comportamento da máquina sob teste, fornecendo poucas informações a respeito das máquinas que constituem o sistema de acionamento, dificultando seu projeto e especificação. O objetivo do trabalho consiste em estudar o método de ensaio da Dupla Freqüência, discutindo aspectos que auxiliem no entendimento, na realização de ensaios e no levantamento de aspectos importantes para a concepção de sistemas para aplicação do método da Dupla Freqüência em ensaios de elevação de temperatura em máquinas de indução.

Nesta tese analisamos a dinâmica regular e caótica ria interação de partículas magnetizadas com ondas circularmente polarizadas que propagam-se perpendicularmente ao campo magnético de fundo. Para tanto desenvolvemos um formalismo Hamiltoniano auto-consistente que inclui tanto a dinâmica, das partículas quanto a dos campos da onda. Com relação a utilização do referido sistema como esquema de aceleração de partículas, investigamos via aproximação de ma,cropartícula, os efeitos da dispersão dos campos eletromagnéticos, bem como de um possível descaramento inicial entre as frequências da onda e de ciclotron. Através da integração numérica das equações de movimento identificamos dois regimes distintos dependendo do valor inicial da energia. das partículas. Para baixas energias ocorre uma aglomeração das partículas no espaço de fases, reduzindo O número de graus de liberdade e validando a aproximaçao de macropartícula. Para valores maiores, a aglomeração não acontece e todos os graus de liberdade são efetivos. Neste caso o sistema perde a intergra,bilidade, dando lugar ao aparecimento de atividade caótica que tem como um dos ingredientes básicos a difusão de Arnold. Analisamos, também, os efeitos da modulação dos campos do ma,ser na caotização global do sistema. / In this thesis we analyse the regular and chaotic dynamics in the interaction of magnetized particles and circularly polarized waves that propagate paralel to the background magnetic field. To this end we develop a self-consistent Hamiltonian formalism that takes into account both particle and wave dynamics. Regarding particle acceleration, we investigate by means of the macroparticle approximation the effects of wave dispersion and frequency mismatch. Based on numerical analysis we identify two different regimes depending on the initial particles energy. For low energies, a bunching process occurs in lhe phase space, reducing the number of degrees of freedom and validating the macroparticle approximation. For larger values, the bunching does not take piare and all degrees of freedom are effective. In this case, the system loses its integrability, leading to the onset of cl ► a,otic activity with Arnold diffusion as one of its major ingredients. We also analyse the effects of maser field modulations on the global chaotization of system dynamics.

A emissão amplificada de radiação de ciclotron eletrônica com freqüência próxima da fundamental provinda de uma lãmina de plasma inomogêneo e anisotrópico é investigada por meio de MN teoria linear. Os efeitos de polarização do plasma são consistentemente incluídos. São desenvolvidas expressões na aproximação WKB, para emissão nos modos ordinário e extraordinário, para propagação perpendicular ao campo magnético. São dados resultados numéri cos para o modo extraordinário, que apresenta efeitos mais acentuados. Para o caso de uma distribuição de momentum dos elétrons do tipo cone de perda, mostra-se que a amplificação depende sensi velmente da razão entre as temperaturas paralela e perpendicular e de inomogeneidades no campo magnético. Estende-se a análise da dependência entre a amplificação e a função distribuição pela su perposiçào de componentes tipo cone de perda e Maxwelliana. Mostra-se que a presença de uma componente Maxwelliana em geral reduz a emissão em relação ao caso puramente do tipo cone de perda, ocorrendo situações em que uma camada da lâmina absorve muito efi cazmente toda a radiação amplificada no restante do plasma. Discute-se um comportamento peculiar do índice de refração, o qual ocor re na transiçao entre o caso cone de perda e o caso Maxwelliano. / The amplified emission of electron cyclotron radiation near the fundamental frequency from an inhomogeneous, anisotropic plasma slab is investigated in a linear theory. Plasma polarization effects are consistently included. Expressions are developed in the WKB approximation for emission in the ordinary and the extraordinary modes, for propagation perpendicular to the magnetic field. Numerical results are given for the extraordinary mode,for which effects are strongest. For the case of a loss-cone-type electron momentum distribution, it is shown that the amplification is sensitively dependent on the ratio of parallel-to-perpendicular temperature and on inhomogeneities in the magnetic field. The dependence of the amplification on the distribution is further investigated by considering superpositions of loss-cone and Maxwellian components. It is shown that the presence of a Maxwellian component in general reduces the emission relative to the pure loss-cone case, and situations occur in which a layer in the slab very effectively absorbs all the radiation amplified elsewhere. A peculiar behaviour of the refractive index, which occurs in the transition from the pure loss-cone to the pure Maxwellian case, is discussed.

Analisam-se as instabilidades eletrostáticas ocasiona das pela injeção de um feixe de íons num plasma magnetizado, in finito, homogé- neo e sem colisões, como um possível mecanismo de aquecimento do plasma. A direção do feixe é suposta formar um ângulo arbitrário com relação ao campo magnético. As razões de cres cimento das instabilidades são calculadas para diversas freqbencias naturais de oscilação do plasma, discutindo-se as restrições que essas instabilidades impõem ao ingulo de injeção e i densidade do feixe. Para freqbencias próximas i freqbencia hibri da inferior, analisam-se os modos íon-íon transversal ao campo e a instabilidade das duas correntes modificada. Para freqüencias na região da fregüéncia acústica iOnica, consideram-se quatro ca sos limites do modo íon-acústico, com distintas características. Estuda-se também um modo íon-acústico modificado, cujas ondas, para parãmetros adequadamente escolhidos, possuem velocidade de fase comparável a das ondas acústicas lentas. As equações dos momenta da teoria quasilinear são usa das para o cálculo da variação temporal do momentum e da energia térmica de cada componente do plasma, na presença das instabili dades. Os Tons do plasma são aquecidos pela maior parte das on das, excessões feitas is instabilidades no modo das duas correntes modificado e is instabilidades em um dos modos íon-acústicos. / Electrostatic instabilities excited by an energetic ion beam injected at an arbitrary angle with respect to the magnetic field in a infinite,homogeneous, collisionless plasma are examined as a possible plasma heating mechanism. The instability growth rates are calculated for several natural oscillation frequencies of the plasma, and threshold conditions on the angle of injection and on the beam density are derived for the instabilities. For frequencies near the lower-hybrid frequency, the cross-field ion-ion mode and the modified two-stream instability are analized. When the frequency is Glose to the ion-acoustic frequency, four limiting cases of the ion-acoustic mode, with distinct characteristics, are considered. A modified ion-acoustic mode, which propagates with a phase velocity comparable to the phase velocity of the slow acoustic waves, for appropriately chosen parameters, is also derived. The quasilinear moment equations are used to calculate the time evolution of the momentum and the thermal energy of each plasma component in the presence of the instabilities. The background ions are heated by most of the instabilities, exceptions being the modified two-stream mode and one of the ion-acoustic modes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T08:56:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273727.pdf: 7866290 bytes, checksum: a824f6fc8dd53b082f26d7da40d3b710 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo na área de eletrônica de potência aplicada à tecnologia de painéis solares fotovoltaicos. Uma revisão das arquiteturas utilizadas até o momento para realizar a conversão de energia dos módulos fotovoltaicos é apresentada, além de uma breve classificação e evolução dos sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia. Para o trabalho, dois conversores CC-CC foram escolhidos, estudados e aplicados como estágios iniciais de potência a um sistema fotovoltaico conectado à rede elétrica. Estes foram projetados de tal maneira a levar em consideração a redução do número de componentes e das perdas. Uma estratégia de controle para os mesmos foi estudada e foi decidido que o controle associado ao primeiro estágio teria unicamente a função de forçar o mesmo a operar sempre próximo ao ponto de máxima potência. Um conversor CC-CA foi apresentado como segundo estágio do sistema. Uma análise detalhada do controle foi realizada e duas malhas de controle, trabalhando conjuntamente, foram empregadas. Uma para controlar a tensão contínua do barramento e o fluxo de potência. Outra para controlar a corrente de saída do sistema. Além disso, a pesquisa também considerou a possibilidade de conexão de cargas diretamente ao sistema, focando os esforços em cargas não-lineares. Um algoritmo seguidor de máxima potência foi apresentado além de um sistema de proteção e supervisão. Por fim, os resultados experimentais validam os estudos teóricos realizados, além de corroborar algumas hipóteses discutidas no decorrer do trabalho. / This work presents a study on the application of power electronics in the photovoltaic system area. An overview of the power electronics architectures applied to photovoltaic modules energy conversion is presented, including a brief classification and evolution of grid connected photovoltaic systems. To the research, two DC-DC converters were chosen, designed and applied as first power stage of a grid connected system. They were designed considering the reduction of losses and devices. A control strategy for them was studied and it was decided that the control associated with the first stage would have only the function of forcing it to operate always near the point of maximum power. A DC-AC converter was presented as the second stage of the system. A detailed control analysis was developed and two loop controls, working together, were employed. One loop to control the voltage of bus and the power flow. Another to control the output current of the system. Moreover, the research also considered the possibility of connecting a load directly to the system, focusing efforts on non-linear loads. A maximum power point tracker algorithm and a system of protection and supervision were presented. Finally, the experimental results validate the theoretical studies conducted, in addition to corroborate some assumptions discussed in the course of work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:04:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299712.pdf: 14376923 bytes, checksum: 42ba0d1dc1ccdc0c2295e1d99e7e0013 (MD5) / No século XXI, mudanças são esperadas nas formas em que a produção de energia ocorre. Com o desenvolvimento de novas tecnologias, o custo da eletricidade a partir da geração eólica caiu mais de 80% durante os últimos anos. A geração de energia através de sistemas de conversão de energia eólica representará uma parcela considerável da energia elétrica gerada. Nesse contexto, turbinas eólicas equipadas com geradores síncronos a ímãs permanentes apresentam vantagens importantes sobre outros tipos de geradores. No entanto, esses geradores precisam ser conectados a uma rede de distribuição através de conversores estáticos de capacidade nominal. Estes conversores permitem que o sistema de conversão de energia eólica seja utilizado em seu ponto ideal de operação a todo instante. Além disto, os conversores estáticos modernos garantem a melhoria da qualidade da energia gerada e que esta seja transmitida à rede com alto rendimento de conversão e de maneira confiável e flexível. Este trabalho propõe uma nova estratégia de controle de corrente de alto desempenho e elevado fator de potência. A estratégia proposta baseia-se na técnica de autocontrole de corrente para retificadores PWM trifásicos, incrementando-a no que diz respeito à compensação de reativos no gerador. Utiliza-se um estágio retificador PWM trifásico robusto e com baixas perdas de condução. Este retificador é analisado e um esquema apropriado de modulação vetorial é proposto. O sistema de conversão de energia eólica é estudado por simulações numéricas e a técnica de controle de corrente proposta é verificada também de forma experimental em um protótipo de laboratório de 6,5 kVA.