Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:15:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258147.pdf: 2061137 bytes, checksum: 35680d2087bf1eb35d2aab2784c17570 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo sobre os torques síncronos em motores de indução monofásicos. Nele estão contemplados o cálculo analítico e a verificação experimental do fenômeno. Inicialmente é apresentada uma revisão sobre a teoria dos motores de indução monofásicos segundo a abordagem dos campos girantes, seguida de uma conceituação sobre o problema dos torques síncronos em motores de indução em geral, e especificamente em motores monofásicos. Um modelo, baseado no circuito clássico do motor monofásico com dois enrolamentos, que considera os efeitos das harmônicas é analisado com o objetivo de verificar a sua aplicabilidade para motores monofásicos com uma faixa de potência maior. Este modelo permite a análise da interação entre as harmônicas de força magnetomotriz (fmm) e as ondas de permeância do entreferro que resultam em campos harmônicos de alta ordem. Estes campos, por sua vez, interagem com as harmônicas de fmm do rotor e quando duas ondas apresentam o mesmo número de pares de pólos e a mesma velocidade, ocorre o torque síncrono, em rotações específicas do rotor, calculadas pelo procedimento apresentado. Como a verificação experimental destes torques não é normalizada, o trabalho apresenta um método para medição e compara os resultados obtidos com os calculados. This work presents a study on synchronous torques in single-phase induction motors through analytical calculation and experimental verification. At first, some concepts concerning the theory of single-phase induction motors based on rotating field analysis are reviewed, followed by concepts of synchronous torque issue for general induction motors and especially for single-phase motors. A model based on the classic single-phase two-winding motor circuit which considers harmonic effects is analyzed to verify its validity for single phase motors of higher power ranges. Such model allows the analysis of the interaction between the magnetomotive force (MMF) and permeance waves along the air gap, which results in high order magnetic field harmonics. Such fields interact with rotor MMF harmonics, and when two waves present both the same number of poles and the same velocity, then synchronous torque occurs at certain rotor speeds, that can be calculated by the procedure mentioned above. Due to the nonexistence of normalization for the experimental verification of this effect, this work also presents a methodology for measuring synchronous torques, thus allowing comparative analysis between experimental and analytical results.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:04:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248434.pdf: 3766643 bytes, checksum: 576aa30dca25990f1a0d9c6f70e06112 (MD5) / O presente trabalho apresenta um estudo do estado da arte sobre Sistemas de Medição Fasorial Sincronizada (SPMS - Synchronized Phasor Measurement System), com ênfase em suas potenciais aplicações, e o desenvolvimento de metodologias para análise do comportamento dinâmico de Sistemas de Energia Elétrica (SEE), utilizando métodos paramétricos. A análise do estado da arte apresenta uma revisão teórica sobre as principais aplicações de SPMS, as quais foram categorizadas em: básicas; de monitoramento; de controle-proteção; e especiais. Destacam-se algumas experiências práticas, bem como uma síntese do estágio de desenvolvimento de tais aplicações, em diversos países. Descrevem-se ainda algumas experiências envolvendo a tecnologia de medição fasorial no Brasil. Em relação à análise da dinâmica de SEE, apresenta-se uma metodologia baseada no método de Prony e nos modelos Auto-Regressivo (AR) e Auto-Regressivo de Média Móvel (ARMA). Esta metodologia é utilizada para a identificação e a caracterização de oscilações eletromecânicas, em termos de freqüência de oscilação, taxa de amortecimento, fatores de participação e mode shapes. São realizadas simulações e estudos de caso com dados reais do Sistema Interligado Nacional (SIN), baseado em registros de um protótipo de Sistema de Medição Fasorial Sincronizada. Os resultados obtidos demonstram o grande potencial de SPMS, assim como o bom desempenho da metodologia implementada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256626.pdf: 2044278 bytes, checksum: 5157094bb71246f09ce204f01f816ca7 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é contribuir com o estudo de motores síncronos de ímãs permanentes internos, de alta eficiência, buscando a melhor relação de torque por corrente, aproveitando o torque de relutância, com o uso do enfraquecimento de campo, que pode ser empregado para estender a faixa de operação do motor ou incrementar o torque eletromagnético. Faz-se uso de programas de cálculo analítico e de elementos finitos como ferramentas de projeto e análises das diferentes topologias do rotor em estudo. São avaliados também limites de operação térmica do ímã e de rotação máxima do rotor. O melhor projeto é escolhido para produção de um protótipo. Testes experimentais são realizados com o protótipo, os quais confirmam o bom desempenho do motor, mostrando uma alta eficiência em uma ampla faixa de rotação. É também comprovado, o uso do enfraquecimento de campo como uma excelente alternativa para a obtenção de torques adicionais ou aumentar a faixa de operação do motor. Na segunda etapa da pesquisa, é realizado o levantamento de custo de material ativo do protótipo. Além disso, novos projetos de motores são avaliados, com o propósito de reduzir custo, mantendo ou melhorando o desempenho. Com o projeto de melhor eficiência é fabricado outro protótipo que é comparado com o primeiro e com um motor de indução. É comprovado nos resultados de testes, que os motores síncronos de ímãs permanentes internos apresentam vantagens em relação aos motores de indução, principalmente em termos de volume e eficiência.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:17:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 250086.pdf: 1000379 bytes, checksum: 6a4ae3a6aa7d1f247fe2f7de2106e9c4 (MD5) / Esta dissertação apresenta contribuições à análise dos métodos de fluxo de carga de varredura aplicados às redes primárias de distribuição radiais e fracamente malhadas, com foco no método de soma das correntes e soma das potências. Destaca-se como contribuição, uma nova abordagem para o cálculo do fluxo de carga baseada no método de soma das potências, e na utilização da técnica de rotação de eixos. Desenvolveu-se também um método de varredura para aplicações em redes fracamente malhadas, considerando-se a representação do efeito capacitivo das linhas de distribuição, reguladores de tensão, bancos de capacitores fixos e automáticos, assim como geração distribuída com controle de tensão na barra de interconexão. Ainda como contribuições, analisaram-se matematicamente as propriedades de convergência dos métodos de soma das correntes e soma das potências, por meio do teorema do ponto fixo para contrações. Apresentam-se condições que se verificaram suficientes para a convergência dos métodos, assim como uma prova formal da convergência do método de soma das correntes, convergência esta independente da escolha da solução inicial. Ademais, deduz-se a taxa de convergência dos métodos, e prova-se a dependência dessas taxas para com o carregamento das redes. Por fim, formulam-se limitantes para com o desvio entre a solução do fluxo de carga e um estado de tensão obtido pelos métodos. Todas as formulações e análises foram validadas em simulações com redes de distribuição obtidas na literatura, assim como redes reais de concessionárias brasileiras.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:13:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 265980.pdf: 20761492 bytes, checksum: d54be5e851c3339ebef15f6605543a4e (MD5) / Esta dissertação apresenta uma implementação em uma FPGA (Arranjo de Portas Programáveis em Campo - em inglês, Field Programmable Gate Array de um equalizador adaptativo que utiliza o algoritmo LMS trigonométrico. Este algoritmo utiliza variáveis trigonométricas, que são relacionadas monotonicamente aos coeficientes do equalizador. O algoritmo LMS trigonométrico é especialmente apropriado para uma realização utilizando processadores CORDIC (Computador Digital de Rotação de Coordenadas - em inglês, Coordinate Rotation Digital Computer, já que estes calculam simultaneamente as funções trigonométricas necessárias às operações de filtragem e adaptação dos coeficientes. A utilização deste algoritmo impõe a necessidade da definição de um hipercubo, no qual deve estar contido o ponto de mínimo da função objetivo (potência do erro entre o sinal desejado e a saída do equalizador). A literatura disponível não é clara quanto à definição deste hipercubo. Esta dissertação propõe a adoção do procedimento multisplit para facilitar a definição desse hipercubo. Simulações realizadas indicam que a utilização do procedimento multisplit permite que o algoritmo LMS trigonométrico alcance a convergência em uma variedade de canais sem a necessidade de uma busca exaustiva dos valores das coordenadas do hipercubo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T09:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261709.pdf: 2441256 bytes, checksum: 616cbfe50db2db115a3730b948c9938e (MD5) / Os sistemas de medição fasorial sincronizada (SPMS) também conhecidos como Wide-Area Measurement Systems (WAMS) apresentam-se como um novo paradigma no processo de monitoração do sistema elétrico. Estes sistemas são capazes de medir fasores, distantes geograficamente, com taxas de amostragem muito superiores aos tradicionais sistemas SCADA. Por meio dos SPMS é possível realizar uma monitoração da dinâmica do sistema elétrico. Aplicações de monitoração que utilizem dados de SPMS vêm sendo bastante exploradas na área de sistemas de energia. Alguns operadores já contam com este sistema disponível na sala de controle. Em termos de pesquisa, questiona-se de que maneira os dados de SPMS podem vir a melhorar o desempenho dinâmico do sistema elétrico. Diversos trabalhos são encontrados na literatura apresentando o seu potencial para a melhoria dos atuais esquemas de controle e proteção. O objetivo do presente trabalho é de investigar a potencialidade da utilização de dados fasoriais sincronizados na melhoria da estabilidade angular a pequenos sinais dos sistemas elétricos. Diferentes esquemas de controle são encontrados na literatura para este fim. Especificamente, neste trabalho, o objetivo principal é o de explorar um esquema de controle hierárquico constituído de duas camadas, sendo uma descentralizada (local) e outra centralizada (localizada no centro de operação). O projeto de controladores hierárquicos considerando sinais de medição fasorial apresentam muitos desafios entre os quais a existência de atrasos no processo de medição e controle, controladores com realimentação de saídas de baixa ordem e seleção de pontos de medição e controle. Duas abordagens baseadas em métodos de otimização analíticos e paramétricos são apresentadas para a realização deste projeto. Como método analítico utiliza-se o do controle ótimo, e como método paramétrico o de busca direta e híbrido. Destaca-se a aplicação original do método híbrido, e que inclui o método do gradiente amostrado que apresenta potencial para o projeto de controladores centralizados na área de sistemas elétricos de potência. Adicionalmente, são também apresentados métodos para seleção de sinais adicionais e pontos de medição e controle, baseados em análise modal. Finalmente, métodos explorados são aplicados para o projeto de controle hierárquico de dois sistema elétricos de diferente porte. O desempenho do sistema é avaliado para diferentes perturbações e condições de operação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2013-07-16T03:10:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 232186.pdf: 1444605 bytes, checksum: 4d249451b4c8fb90e75e2d32c5bdd3a4 (MD5) / Este trabalho baseia-se no estudo da metodologia do cálculo de custos marginais de expansão, aplicados na elaboração das tarifas de energia elétrica, para diferentes classes de consumidores de cada nível de tensão. Atualmente são aplicadas as metodologias da Lei da quantidade de obra (LQO) e do Custo Incremental Médio de Longo Prazo (CIMLP). Estes Custos Marginais são aplicados para cada nível de tensão considerado e posteriormente um estudo estatístico é realizado a fim de alocar os custos às classes de consumidores relevantes do sistema em um estudo de agrupamento de consumidores. No presente trabalho, um caso exemplo foi elaborado a fim de mostrar possíveis distorções quando da não aplicação de tarifas personalizadas para cada perfil de carga representativo. Desta forma, muitos consumidores podem ter seus custos baseados em um perfil de carga que não corresponde ao seu verdadeiro comportamento de carga. O Estudo realizado neste trabalho mostra a necessidade da aplicação de diferentes tarifas de energia elétrica para cada grupo consumidor com base no seu perfil de carga e no nível de tensão em que está conectado, de forma que sejam preservados os princípios da neutralidade que visa garantir próximo da igualdade a relação entre a tarifa paga pelo consumidor e seu custo marginal, da igualdade que prevê a tarifação de forma semelhante para todos os consumidores, e o princípio da eficácia que visa o incentivo ao uso racional de energia.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T07:49:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 230682.pdf: 4685952 bytes, checksum: 9b5397eec3b61754263f5b9bf4c6599c (MD5) / Neste trabalho é proposto um portal para disponibilizar aplicações colaborativas no ambiente de TV Digital Interativa (TVDI). O portal foi planejado e implementado através de um protótipo - batizado de InteraTV - mantendo compatibilidade com a camada de software MHP do sistema europeu de televisão digital (DVB). Com o objetivo de utilizar o portal como apoios à área da educação, são bordados formas de ensino à distância baseadas em TV Digital Interativa, método conhecido como T-Ensino. São apresentadas aplicações educacionais comerciais e acadêmicas de T-Ensino, sendo discutida suas viabilidades de implementação. É descrito o modelo funcional básico do InteraTV, detalhando os seus módulos. Descreve-se a simulação do ambiente de TVDI, apresentam-se as principais dificuldades encontradas durante o desenvolvimento, e como essas foram contornadas ou acabaram impactando no desenvolvimento do protótipo. Também são abordadas algumas diferenças entre a forma de desenvolver aplicações para o ambiente da TV Digital em comparação com o tradicional ambiente computacional. In this work a portal is considered to offer collaborative applications in the interactive environment of Digital TV (TVDI). The portal was planned and implemented through an archetype - baptized of InteraTV - keeping compatibility with the layer of software MHP of the European system of digital television (DVB). With the objective to use the portal as support to the area of the education they are boarded forms of distance learning based in Interactive Digital TV, known method as T-Learning. Commercial and academic educational applications of T-Learning are presented, being argued its viabilities of implementation. The functional model of the InteraTV is described, detailing its modules. It describes simulation of the TVDI environment, the main difficulties found during the development are presented, and as these difficulties had been contouring or changing the development of the archetype. Also some differences between the form to develop applications for the environment of the Digital TV in comparison with the traditional computational environment are boarded.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T11:42:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236622.pdf: 14151173 bytes, checksum: fd71ee3fa932dbaba20bf2f5a740700f (MD5) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de movimento para a utilizac¸ #ao em m´aquinas de corte a LASER. Dados os requisitos atuais de custo e desempenho deste tipo de m´aquina, um acionamento freq¨uentemente utilizado ´e o acionamento por correias sincronizadoras. A presenc¸a da correia na convers#ao do movimento angular em linear introduz um elemento din#amico na cadeia de transmiss#ao, n#ao sendo mais v´alido assumir que a carga ´e r´ýgida como tradicionalmente ´e feito. Al´em disto este sistema apresenta atrito, que ´e uma n#ao-linearidade importante e que usualmente n#ao ´e tratada de forma adequada quando do projeto do controlador. O objetivo deste trabalho ´e desenvolver um sistema de controle de movimento de um manipulador cartesiano de dois eixos, com estrutura em ponte, acionado por correias, tratando a elasticidade da correia e o atrito presente no sistema de forma adequada. Uma restric¸ #ao importante no projeto do controlador proposto ´e a aus#encia de medic¸ #ao direta de posic¸ #ao do efetuador final, neste caso, a lente focalizadora. A introduc¸ #ao de um transdutor de posic¸ #ao ao final da cadeia de acionamento acarretaria em custos de produc¸ #ao e manutenc¸ #ao indesejados. Este problema ´e considerado no contexto deste trabalho. O controle proposto neste trabalho ´e comparado com o controle cl´assico, encontrado em diversos produtos no mercado para controle de movimento. Resultados simulados e experimentais, obtidos sobre uma maquina de optica movel, permitem avaliar o desempenho do sistema de controle proposto. This work presents the development of a motion control system applied to LASER cutting machines. With today#s requisites in cost and performance on this kind of machines, it#s usual to have them driven by timing belt drives. The presence of a belt in the transformation of angular in linear motion includes a dynamic element in the drive chain, therefore, the assumption usually made that the drive system is rigid is no longer valid. The friction is an important nonlinearity that is frequently not considered properly in the project of the controller. The objective of this work is to develop a motion control system, with adequate coverage of friction and belt elasticity, for a timing belt driven two axis cartesian manipulator with a gantry structure. An important restriction imposed to the project of the controller is the absence of direct position measurement of the end effector, in this case, the focusing lens. The use a a position transducer at the end of the drive chain would add undesirable costs to both production and maintance. This problem is taken into account in the context of this work. The controller proposed in this work is compared to the traditional one, found in many motion control products available in the market. Results are shown both for the simulation model and for experiments conducted in a flying optics machine. These results allow an evaluation of the proposed system#s performance.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:31:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 312254.pdf: 8757356 bytes, checksum: a27f4ccb3efdc0c63be387eb6a49c195 (MD5) / : Este trabalho apresenta o estudo de conversores CC-CC de alto ganho de tensão não isolado e rendimento elevado, baseado em conversores CC-CC básicos integrados, visando obter tensão elevada de saída e dar solução aos problemas das perdas devido ao grande esforço de tensão sobre os elementos. As estruturas apresentadas fazem uso da técnica de distribuição da tensão de saída, permitindo assim a utilização de componentes com valores iguais de baixa tensão e alta frequência a fim de reduzir as perdas de condução durante a comutação e os efeitos de recuperação reversa do diodo. São apresentadas duas estruturas propostas, uma de três circuitos básicos buck-boost integrados e outra de três circuitos boost convencionais integrados, as quais foram analisadas matematicamente e avaliadas em simulações numéricas computacionais. Foram propostas metodologias de projeto para cada estrutura, bem como a estratégia de comando dos interruptores. Para as duas estruturas foram montados protótipos para o teste e verificação dos resultados obtidos teoricamente e através das simulações. Os protótipos fotam projetados para processar 1 kW de potencia nominal com uma tensão de entrada de 100 V, uma tensão de saída de 400 V e uma frequência de comutação de 50 kHz. Aplicações como estágio de conversão CC-CC em fontes ininterruptas de energia, lâmpadas de alta intensidade de descarga no sistema automotivo e sistemas de conversão de energia renovável são exemplos que podem se beneficiar das vantagens apresentadas por estes conversores. / This work presents the study of the high step-up gain voltage non-isolated and high performance DC-DC converters based on the integrated basic DC-DC converters in the way of stacking, in order to boost the output voltage and to solve the problem of losses due to the large voltage stress on the components. In the proposed converters were used the distribution technique of the output voltage on the components with identical values of low voltage and high frequency, in order to reduce conduction losses on the switches and alleviated the severe reverse-recovery problem on the diodes. Two proposed converter are presented, one of this, is the integrating three basic buck-boost circuits and the other is the integrating three conventional boost circuits, which were analyzed mathematically and evaluated in numerical computational simulations. Design methodologies were proposed for each converter, as well as the switching command strategy is suggested. Two prototypes have been designed and implemented in order to test and verify the results obtained theorically and through simulations. Each prototype was designed to process 1 kW at full load with an input voltage of 100 V, an output voltage of 400 V and a switching frequency of 50 kHz. Application as front-end stage in the DC-DC convertion such as uninterruptable power supplies, high intensity discharge lamp for automobile headlamp and renewable energy conversion are some examples that can benefit from the advantages presented by these converters.