Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-05-03T23:20:59Z No. of bitstreams: 1 FAGNER DE ARAUJO PEREIRA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 5563651 bytes, checksum: 359256a68bd0b865ecd15f6e1d7cb585 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-03T23:20:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FAGNER DE ARAUJO PEREIRA – TESE (PPGEE) 2016.pdf: 5563651 bytes, checksum: 359256a68bd0b865ecd15f6e1d7cb585 (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / É apresentada uma plataforma implementada com controladores digitais de sinal (DSCs – Digital Signal Controllers) desenvolvida para estudos do comportamento dinâmico em tempo real dos transformadores de corrente com entreferro, utilizados em sistemas de proteção e medição de redes de energia elétrica. Os algoritmos implementados simulam a corrente de defeito em um sistema de energia eléctrica, bem como a resposta transitória do transformador de corrente. Um método para corrigir a distorção da corrente secundária do TC com entreferro é apresentado, onde o fluxo residual é desprezível. Para estimar o fluxo, um enrolamento terciário deve estar disponível. Os erros de fase e de relação, bem como as distorções na corrente secundária devido à saturação do núcleo em situações de falta são adequadamente corrigidos pelo método. Vários casos foram testados e os resultados indicam que o método proposto é eficaz em melhorar o desempenho dos sistemas de protecção com base na medição de corrente. / A platform implemented with Digital Signal Controllers (DSCs) developed for real time studies of the dynamic behavior of the air-gapped current transformers (CTs) used in power grid protection and measurement systems is presented. The implemented algorithms simulate the fault current in an electric power system as well as the transient response of the current transformer. A method for correcting the CT secondary current distortion is presented in the case of gapped core where residual flux is negligible. To estimate the flux, a tertiary winding must be available. The ratio and phase errors, as well as the distortions in secondary current due the core saturation in fault situations are properly corrected by the method. Several cases were tested and the results indicate that the proposed method is very effective in improving the performance of protection schemes based on the current measurement.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 18446929 bytes, checksum: 4766e609aa9084be93f441b28db115b6 (MD5) Previous issue date: 2014-10-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The three phase induction motor (MIT) is the main system in electromechanical conversion, present in practically all industrial processes. Due to its versatility and low cost, the use of frequency inverters combined with MIT practically replaced the DC motors in systems requiring variation in angular velocity. For closed-loop control at MIT, without the use of speed sensors (sensorless), it is essential to estimate the velocity on the axis with high accuracy and with satisfactory response time. The proposed work has the object of analyzing different methods that can be employed to estimate the speed in sensorless axis, named according to their fundamental principle, they are: the method of harmonic slots, the torque in the air gap and the acoustic emission. The first mentioned is the best known non-invasive method in the state art, the second one was recently developed in the laboratory and the third one was exhibited here for the first time. All methods are compared with a reference instrument for measuring speed (tachometer). In order to obtain validation of the techniques we constructed a work bench tests basically composed by a three phase induction motor, torque meter and DC motor used as a generator (to enforce the axis load variable). The main objective of the study is to compare the methods for various situations of speed and load, also based on the degree of invasiveness and accuracy of each method. For the development and analysis of technique for harmonic slots and acoustic emission, a spectral analysis by Fourier transform of the current signal and the sound was performed, respectively. It was used tools such as MATLAB and LABVIEW for the computational study. After extensive experimental testing, the methods have been validated and it was obtained conclusions about different aspects of each discussed technique. / O motor de indução trifásico (MIT) é o principal sistema de conversão eletromecânica existente, presente em praticamente todos os processos industriais. Devido a sua versatilidade e razoável baixo custo, a utilização de inversores de frequência combinados com os MIT, praticamente, substituíram os motores de corrente contínua em sistemas que necessitam de variação de velocidade angular. Para o controle de malha fechada em MIT, sem a utilização de sensores de velocidade (sensorless), é fundamental que se estime a velocidade no eixo com alta exatidão e com tempo de resposta satisfatório. O trabalho proposto visa analisar diferentes métodos que podem ser empregados para estimação na velocidade no eixo sensorless, denominados de acordo com o seu princípio fundamental, são eles: método pela harmônicas das ranhuras, pelo torque no entreferro e pela emissão acústica. Sendo o primeiro citado, o método não-invasivo mais conhecido no estado arte, o segundo, desenvolvido recentemente em laboratório e o terceiro, exposto aqui pela primeira vez. Todos os métodos são comparados com um instrumento de referência para medida de velocidade (tacômetro). A fim de se obter a validação das técnicas empregadas foi construída uma bancada de testes experimentais composta basicamente por um motor de indução trifásico, torquímetro e motor de corrente contínua utilizado como gerador (para impor carga variável ao eixo). O principal objetivo do estudo é comparar os métodos para diversas situações de velocidade e carga, tendo também como base o grau de invasividade e exatidão de cada método. Para o desenvolvimento e análise da técnica pela harmônicas das ranhuras e da emissão acústica, foi realizada uma análise espectral pela Transformada de Fourier do sinal da corrente e do som, respectivamente. Usou-se para este estudo ferramentas computacionais como o LABVIEW e MATLAB. Depois de extensos ensaios experimentais, os métodos foram validados e obteve-se conclusões sobre diferentes aspectos de cada técnica analisada.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao wesley.pdf: 2546407 bytes, checksum: 1c1c0ce0780c785a8633268a8ba0eae0 (MD5) Previous issue date: 2008-06-06 / The present work proposes a numeric formulation for the determination of Carter's factor as a function of the geometry of the slot of electric machines. This task is made by the use of the Schwarz-Christoffel transformation. In order to reach the objective, there is the need to calculate the Schwarz-Christoffel inverse transformation. This represents a non-linear optimization problem. Therefore, it is proposed a methodology to calculate the parameters of the Schwarz-Christoffel inverse transformation using genetic algorithms. The assessment of Carter s factor is achieved considering polygonal domains with many vertices. The transformation leads to a rectangular domain approach. Moreover, some case studies are proposed and the methodology results are compared to traditional formulation results for the Carter s factor, yielding some disparities. / O presente trabalho propõe obter uma formulação numérica para a determinação do fator de Carter em função da geometria da ranhura de máquinas elétricas, utilizando o cálculo numérico da transformação de Schwarz-Christoffel. Com este objetivo, verifica-se a necessidade do cálculo da transformação inversa de Schwarz-Christoffel. Este problema representa um problema de otimização não linear. Desta forma, propõe-se uma metodologia que implementa um algoritmo genético para resolver o problema de cálculo dos parâmetros da Transformação inversa de Schwarz-Christoffel, considerando domínios poligonais com muitos vértices. Em seguida, obtém-se um domínio retangular para o qual o problema do cálculo do fator de Carter é resolvido. Desta forma, apresentam-se vários casos de estudos onde a metodologia proposta é comparada com as formulações tradicionalmente utilizadas para o cálculo do fator de Carter. Os resultados obtidos pelas diferentes metodologias são confrontados, mostrando certas disparidades.

La trompa d'aigua o trompa dels Pirineus és el giny hidropneumàtic pel qual s'introduïa aire al forn en el procediment català d'obtenció directa del ferro a partir dels seus minerals, o de la Farga Catalana. En aquest treball es recopilen, analitzen i valoren totes les referències bibliogràfiques sobre la trompa d'aigua a què s'ha pogut accedir, des de les més antigues del s. XVI, fins a les més modernes.Més anllà de les variants geogràfiques, es distingeixen diferents tipus de trompes segons el mecanismo que usen per mesclar l'aire i l'aigua a la capçalera dels arbres. Amb el pas del temps es van anar introduint algunes innovacions que en van millorar el rendiment, com la posada en càrrega de l'escanyall o la immersió de la caixa dels vents.Es presenten altres aplicacions del mateix principi funcional, com la trompa de buit, el compressor hidràulic d'aire, la bomba d'elevació d'aigua per emulsió amb aire, i altres aplicacions del flux bifàsic.S'ha construït un model pilot de trompa d'aigua a escala 1:3 en el laboratori del Departament d'Enginyeria Elèctrica (DEE) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i se n'ha modelitzat el funcionament. Segons mostra aquest anàlisi teòric, els artesans de les trompes de la farga catalana van aconseguir un aprofitament òptim d'aquest giny. Sense donar una explicació científica als fenòmens que s'hi produeixen, es va arribar a un domini suficient de les trompes per competir durant alguns segles amb la combinació de la roda hidràulica i les les manxes. Aquesta màquina té la simplicitat i i versatilitat adequades per adaptar-se al procés de la farga catalana, i aconseguir a la vegada que el procés s'adapti a la trompa.No va ser fins a finals del s. XIX que es va aconseguir augmentar el rendiment d'aquest tipus de màquines fins als límits que fixa la mecànica de fluids, amb el desenvolupament i construcció de compressors hidràulics d'aire de grans dimensions. Amb l'augment de la pressió de l'aire i la recuperació de l'energia de l'aigua de la caixa dels vents, en forma d'energia potencial, s'aconsegueixen rendiments de conversió de l'energia hidràulica a pneumàtica de fins al 85%, valor molt superior al 15% que devien tenir de promig les trompes d'aigua de les fargues. Malgrat els avantatges de tractar-se d'una compressió isotèrmica, apareixen altres fenòmens secundaris com la dissolució de l'aire en l'aigua, que empobreix en oxigen l'aire comprimit.Amb la intenció de recuperar l'energia del doll d'aigua de la trompa, s'ha construït i assajat un prototip de màquina elèctrica especial amb entreferro inundable que podria integrar la turbina o hèlix a l'interior del rotor. Es tracta d'una màquina d'inducció, amb un alt número de pols, de baixes revolucions, bifàsica, de molt baixa tensió i alta corrent per espira, debanat de simple capa i un conductor per ranura i fase. S'utilitza la connexió Scott per connectar-lo a un sistema de tensions trifàsic, i dos bobines toroïdals per a l'adaptació d'impedàncies. Per primer cop en aquest tipus de màquines s'ha superat el 50% de lliscament en els assajos a temperatura ambient. / The water trompe or trompe of the Pyrenees is the hydro-pneumatic widget which was used to introduce air in the bloomery furnace of the Catalan Forge, it's to say, the catalan method for obtaining iron from his ores. In this document, all the founded bibliographic references to the water trompe have been collected, analyzed and evaluated, from the oldest, dating from XVIth century, to the modern ones.Beyond geographical variations, there are different types of trompes according to the mechanism used to mix air and water at the top of the trees. In process of time, some innovations were introduced that improved performance, as the flooding of the entrance of the trees or the submergence of the windbox.Other applications of the same functional principle are presented, as the vacuum trompe, the hydraulic air compressor, the airlift water pump, and other applications of two-phase flow.A pilot model of the water trompe has been made in a 1:3 scale, at the laboratory of the Department of Electric Engineering (DEE) of the Polytechnic University of Catalonia (UPC), and his operation has been modelled. Theoretical analysis shows that the craftsmen of the Catalan Forge trompes achieved optimal use of this widget. Without giving a scientific explanation for phenomena that occur, it was a sufficient command of the trompes to compete for centuries with the combination of a water wheel and the bellows. This machine is enough simple and versatile to adapt to the Catalan Forge process, and at the same time, to achieve adapt the process to the trompe.It was not until the end of the XIXth century that the performance of such machines was increased to the limits set by fluid mechanics, with the development and construction of large hydraulic air compressors.With the increased air pressure and the recovery of energy from the water outgoing the windbox, in form of potential energythe winds in the form of potential energy, yields of 85% of energy conversion from hydraulic to pneumatic were achieved, a value much higher than the 15% that trompes of forges could have in average. Despite the advantages of dealing with an isothermal compression, there are other secondary phenomena such as air dissolving in water, with the result of reducing oxigen concentration in compressed air respect atmospheric air.With the intention of recovering the energy of the water jet of the trompe, a prototype of a special electric machine has been built and tested. It could integrate the turbine or propeller into the rotor, with a flooded air gap. It's an induction type machine, of a high number of poles, low revolutions, biphasic, very low voltage and high current per turn, with a simple layer winding and only one conductor per slot and phase.Scott connection is used to feed the machine from a three-phase system of voltage. Two toroidal coils are used for impedance adaptation. For the fist time on such type of machines, a sliding of 50% has been axceeded in tests at room temperature.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-04-06T14:20:59Z No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-04-24T03:51:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-24T03:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 israelfilipelopes.pdf: 3821077 bytes, checksum: 03973b1d4356ce4b46316762af40ac71 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / Este trabalho apresenta um estudo sobre transferência de energia elétrica sem contato para carregamento de baterias de veículos autônomos subaquáticos (AUV - Autonomous Underwater Vehicles) utilizando transformadores de núcleo separado (TNS). Inicialmente, é feito um projeto para construção de um transformador de núcleo separado. Posteriormente, são desenvolvidas as equações que modelam o funcionamento do transformador, com base em seu circuito elétrico equivalente. Em seguida, o trabalho propõe uma alternativa para estimar os parâmetros do circuito equivalente do transformador operando com valores de entreferro diferentes, validando seu modelo matemático aproximado com simulações realizadas no software PSIM, versão 9.0. Com o modelo matemático do TNS, é feita uma avaliação da sua capacidade de transferência de energia, mostrando que, em virtude do entreferro, o transformador apresenta baixa eficiência e baixos valores de tensão de saída. Nesse sentido, metodologias para compensar os efeitos de queda de tensão na impedância de dispersão, bem como aumentar a eficiência do transformador, são investigadas introduzindo-se capacitâncias no circuito elétrico equivalente e variando-se a frequência de operação. Aplicando os resultados dessa metodologia de otimização, é mostrado, por meio de experimentos em laboratório, que o TNS é capaz de transmitir energia através de um entreferro de 10 mm, atendendo às condições de tensão e potência da carga, com eficiência relativamente elevada. Em seguida, é feito um experimento com água do mar a fim de verificar a aplicabilidade do TNS em veículos subaquáticos. Por fim, é apresentada uma simulação digital realizada no software PSIM, versão 9.0, com um conversor c.c./c.c. controlador de carga para o sistema de carregamento de bateria. Os resultados obtidos demonstram o funcionamento do sistema, verificando a metodologia para estimativa do modelo e a metodologia de otimização do TNS. / This work presents a study on contactless electrical energy power transfer for charging batteries of autonomous underwater vehicles (AUV - Autonomous Underwater Vehicles) using transformers with separated core (TNS). Initially, a project is made for building a transformer with separated core. After, the equations that model the operation of the transformer, based on its electrical equivalent circuit, are developed. Then, the work proposes an alternative to estimate the parameters of the equivalent circuit of the transformer operating with different gap values, validating its mathematical model with simulations in PSIM software, version 9.0. With the mathematical model of TNS, an evaluation of its ability to transfer power is made, showing that, because of the air gap, the transformer has a low efficiency and low output voltage. Therefore, methodologies to compensate for the effects of voltage drop in the leakage impedance and increase the efficiency of the transformer are investigated by introducing capacitances in the equivalent circuit and varying the of operating frequency. Applying the results of optimization methodology is shown, through laboratory experiments, that the TNS is capable of transmitting power through an air gap of 10 mm, given the voltage and load power conditions, with relatively high efficiency. Then, an experiment is done with seawater in order to verify the applicability of TNS for underwater vehicles. Finally, the work presents a simulation in PSIM with a d.c./d.c. charge controller for battery. The results demonstrate the operation of the system, verifying the methodology for estimation of the model and optimization methodology of TNS.