Thesis (Ph. D.)--Colorado State University, 2004. / Includes bibliographical references.

Thesis (M.S.)--California Polytechnic State University, 2010. / Title from PDF title page; viewed on May 3, 2010. Major professor: Taufik, Ph.D. "Presented to the faculty of California Polytechnic State University, San Luis Obispo." "In partial fulfillment of the requirements for the degree [of] Master of Science in Electrical Engineering." "March 2010." Includes bibliographical references (p. 130-135).

Thesis (Ph. D.)--Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2007. / DeWeerth, Stephen, Committee Chair ; Lee, Robert, Committee Member ; Ting, Lena, Committee Member ; Katz, Paul, Committee Member ; Butera, Robert, Committee Member.

High performance ac-to-dc converters are required to meet the regulation standards to suit wide variety of applications. This thesis presents the steady state analysis, design and operation of high frequency (HF) transformer isolated resonant converters on the single phase utility line as a low harmonic controlled rectifier. Two resonant converter configurations of third order have been studied namely the LCC-type parallel resonant converter also popularly known as series-parallel resonant converter (SPRC) and the hybrid parallel-series resonant converter bridge (HPSRCB). These converters are operated at HF using variable frequency as well as fixed frequency control and they operate in different modes depending on the choice of switching frequency and load. The variable frequency SPRC is operated in discontinuous current mode (DCM), to obtain low line current total harmonic distortion (T.H.D.) and high power factor (pf), without using active control. State space analysis has been presented for one of the predominant circuit modes encountered during its operation in DCM. The various design constraints for operating the resonant converter on the utility line for high pf operation have been stated for different control schemes. In addition, steady state analysis, design optimization carried out for dc-dc converter have been presented. The effect of resonant capacitor ratio on the converter performance characteristics have been studied. SPICE3 simulations and experimental results obtained from a 150 W converter are presented to verify the theory. Continuous current mode (CCM) operation of the SPRC, and its effect on the line current T.H.D. and pf are studied. Both fixed and variable frequency control schemes have been used to control the SPRC. Complex ac circuit analysis method has been considered as the design tool to get the design curves and design of the SPRC operating on the utility line. SPICE3 simulation results for open loop operation and experimental results for both open as well as closed loop operations (active control), for two capacitance ratio's have been presented to verify the converter performance. It is shown that nearly sinusoidal line current operation at unity pf can be obtained with closed loop operation. A HPSRCB has been proposed and operated at very high pf on the utility line as a controlled rectifier. Some of the predominant operating modes of the fixed and variable frequency HPSRCB have been identified. The steady state analysis using state space modeling presented for a dc-to-dc converter has been extended to analyze the ac-to-dc converter. Using the large signal discrete time domain model, the time variation of line current and line pf have been predicted using PROMATLAB for both fixed and variable frequency operations of HPSRCB on the utility line. SPICE3 simulation results without active control and experimental results obtained from the bread board model for both open as well as closed loop fixed and variable frequency operations have been presented to verify the theory and design performance. / Graduate

Este trabalho apresenta um método alternativo para sintonia de múltiplos controladores ressonantes aplicados aos sistemas ininterruptos de energia. A proposta do método é fornecer um conjunto de equações algébricas de simples aplicação que possibilite aos projetistas destes sistemas determinar os parâmetros dos controladores ressonantes com múltiplos modos. As equações apresentadas para determinação dos parâmetros do controlador foram obtidas diretamente com base nos parâmetros e nas características funcionais do inversor. Também nestas equações estão presentes constantes as quais garantem que todo o inversor cujo controlador for sintonizado pelo método atenda as especificações estabelecidas pela norma 60240-3. As constantes são determinadas através da formulação do problema por desigualdades matriciais lineares (LMI - Linear Matrix Inequalities) que levam em conta o equacionamento dinâmico do inversor e dos múltiplos controladores ressonantes. A solução do problema satisfaz simultaneamente a minimização do esforço de controle, onde foi empregada a formulação de custo garantido, juntamente com a localização dos polos de malha-fechada para toda a variação admissível de carga, formulada através do procedimento de D-Estabilidade. / This master thesis shows an alternative method for tuning multiple resonant controllers applied to uninterrupted power supply. The method is intended to provide a set of simple algebraic equations that enable designers of those systems to determine the parameters of the resonant controllers through multiple modes. The equations presented for determining the controller’s parameters were obtained directly based on the parameters and functional characteristics of the inverter. Additionally, constants that ensure that every inverter whose controller is attuned by the method meets the 60240-3 specifications norms can be found in these equations. The constants are determined based on the formulation of the problem through linear matrix inequalities (LMI) that take in consideration the dynamic of the inverter and of the multiple resonant controllers. The solution of the problem ensures both the needs for minimization of control efforts at guaranteed cost, along with the location of close-loop poles for every permissible load variation, formulated through the D-Stability procedure.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:34:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-12-14Bitstream added on 2014-06-13T20:45:41Z : No. of bitstreams: 1 arrudafilho_e_dr_guara.pdf: 580295 bytes, checksum: 8e98b919e8a238c1016d115cd4d53224 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho visa constatar a alteração nas freqüências de ressonância de rotores, considerando o efeito da flexibilidade dos discos, bem como o momento fletor aplicado ao eixo devido ao efeito giroscópico. A análise por matriz de transferência é utilizada para obter as freqüências naturais do sistema, considerando-o sem amortecimento, e movimento em órbita circular. Realizou-se uma fase experimental, a fim de se verificar a teoria desenvolvida, bem como observar os modos de vibrar do disco, do eixo, e do sistema disco-eixo, e suas respectivas freqüências naturais. / The main objective of this work is to investigate the resonant frequencies of rotors, taking into account not only the flexibility of the discs, but also the bending moment (due to the gyroscopic effect) applied to the shaft. The theorical analysis is based in the transfer matrix technique. The system was assumed to be undamped with the shaftdisc in circular orbit motion. An experimental work was carried out in order to obtain the mode shapes and the natural frequencies of the disc, shaft, and of the disc-shaft system. A good correlation was observed between the theorical and experimental results. Keywords: resonant frequencies, flexibility of the discs, disc-shaft system, transfer matrix method.

Este trabalho apresenta um método alternativo para sintonia de múltiplos controladores ressonantes aplicados aos sistemas ininterruptos de energia. A proposta do método é fornecer um conjunto de equações algébricas de simples aplicação que possibilite aos projetistas destes sistemas determinar os parâmetros dos controladores ressonantes com múltiplos modos. As equações apresentadas para determinação dos parâmetros do controlador foram obtidas diretamente com base nos parâmetros e nas características funcionais do inversor. Também nestas equações estão presentes constantes as quais garantem que todo o inversor cujo controlador for sintonizado pelo método atenda as especificações estabelecidas pela norma 60240-3. As constantes são determinadas através da formulação do problema por desigualdades matriciais lineares (LMI - Linear Matrix Inequalities) que levam em conta o equacionamento dinâmico do inversor e dos múltiplos controladores ressonantes. A solução do problema satisfaz simultaneamente a minimização do esforço de controle, onde foi empregada a formulação de custo garantido, juntamente com a localização dos polos de malha-fechada para toda a variação admissível de carga, formulada através do procedimento de D-Estabilidade. / This master thesis shows an alternative method for tuning multiple resonant controllers applied to uninterrupted power supply. The method is intended to provide a set of simple algebraic equations that enable designers of those systems to determine the parameters of the resonant controllers through multiple modes. The equations presented for determining the controller’s parameters were obtained directly based on the parameters and functional characteristics of the inverter. Additionally, constants that ensure that every inverter whose controller is attuned by the method meets the 60240-3 specifications norms can be found in these equations. The constants are determined based on the formulation of the problem through linear matrix inequalities (LMI) that take in consideration the dynamic of the inverter and of the multiple resonant controllers. The solution of the problem ensures both the needs for minimization of control efforts at guaranteed cost, along with the location of close-loop poles for every permissible load variation, formulated through the D-Stability procedure.

Calculamos a estrutura eletrônica do sistema formado por dois poços quânticos assimétricos (Al0.3Ga0.7As/GaAs) com dopagem delta (Si) no centro de cada poço. Resolvemos a equação de Schrödinger usando a teoria do funcional densidade na aproximação de densidade local. Obtemos o potencial efetivo, os níveis de energia, a ocupação das sub-bandas e a densidade eletrônica total em função da temperatura, espessura da barreira de potencial que separa os dois poços, concentração e difusão dos átomos doadores. Verificamos que a estrutura eletrônica e pouco influenciada pela temperatura e difusão dos doadores. Por outro lado, nossos resultados mostram que ela depende de forma significativa da concentração dos doadores. Investigamos também como o sistema e influenciado por uma tensão elétrica aplicada na direção de crescimento. Calculamos os níveis de energia e ocupação das sub-bandas em função da tensão elétrica aplicada. Determinamos então a tensão elétrica necessária para tomar ressonantes os dois primeiros níveis de energia para barreiras de potencial de espessuras 25&#197 e 50&#197. Uma possível aplicação para esse sistema e analisada. Verificamos que ele apresenta efeitos de mobilidade modulada e transcondutância negativa quando as mobilidades nos dois poços são diferentes. Consideramos ainda o caso em que um campo magnético e aplicado perpendicularmente a direção de crescimento. Nossos resultados mostram que a forma da relação de dispersão En( kx), inicialmente parabólica, e bastante modificada pelo campo magnético, surgindo estados ressonantes para kx diferente de zero. Conseqüentemente, a massa efetiva eletrônica nessa direção também e modificada, dependendo agora da energia do elétron. Para campo magnético nulo verificamos que a massa efetiva e diferente em cada sub-banda. / In this work we calculate the electronic structure of a double asymmetric quantum well of Al0.3Ga0.7As/GaAs with a delta doping at the center of the wells. The local density approximation was used in order to obtain the effective potential energy levels, population and the total electronic density as a function of the temperature, barrier thickness, impurity concentration and impurity spread. We have observed that the electronic structure is almost not sensitive to the temperature and the spread of the donors but it depends strongly of the donors concentration. The effect of a gate voltage (Vc) is also studied. The energy levels and the occupation of these levels are calculated as a function of Vc. The resonances of the two first levels are studied for a system with barrier thickness 25&#197 and 50&#197. A possible practical application for this system is analyzed. We observe that mobility modulation and negative transconductance can be achieved when the mobilities of the two wells are different. We have considered the effect of a uniform magnetic field applied perpendicular to the growth direction. The dispersion relation is strongly modified and the effective mass for each subband has been calculated.

Calculamos a estrutura eletrônica de heteroestruturas semicondutoras III-V e II-VI na aproximação da função envelope, usando o método k.p, na presença de campos elétricos e magnéticos externos. Para isso desenvolvemos um método numérico baseado na técnica das diferenças finitas e no método da potência inversa para resolvermos a equação de massa efetiva. As principais características desse método são a estabilidade, a rápida convergência e a possibilidade de calcular os estados ligados de poços quânticos com formas arbitrárias na presença de campos elétricos e magnéticos. Investigamos inicialmente o tunelamento ressonante de portadores em um poço quântico duplo assimétrico de GaAs/GaAlAs na presença de um campo elétrico aplicado na direção de crescimento e de um campo magnético aplicado no plano perpendicular. Mostramos como as relações de dispersão de um poço quântico simples podem ser obtidas experimentalmente da curva do campo elétrico versus campo magnético ressonante e como, para determinadas intensidades desses campos, podemos colocar os estados eletrônicos e de buracos em ressonância simultaneamente, isto é, mostramos a possibilidade de termos o tunelamento ressonante de éxcitons. Investigamos também o tunelamento ressonante de portadores em um poço quântico duplo assimétrico de CdTe/CdMnTe na presença de um campo elétrico e de um campo magnético aplicados na direção de crescimento. Mostramos então como podemos obter o tunelamento ressonante de elétrons, buracos e também de éxcitons. Outro problema estudado foi a anisotropia do efeito Zeeman com a direção do campo magnético aplicado em um poço quântico simples de CdTe/CdMnTe. Calculamos os níveis de energia e as transições eletrônicas desse sistema em função da intensidade e da direção do campo magnético. Em todos os casos fazemos uma comparação dos nossos resultados com dados experimentais apresentados na literatura. / The electronic structure of III-V and II-VI semiconductor heterostructures has been calculated in the envelope function approximation using the k.p method in the presence of external electric and magnetic fields. A numerical method based on the technique of the finite differences and in the inverse power method has been developed to solve the effective-mass equation. The main features of this method are stability, fast convergence and ability to calculate bound states of quantum wells with arbitrary shapes including electric and magnetic fields. We investigate the resonant tunneling of carriers in an GaAs/GaAlAs asymmetric double quantum well in the presence of an electric field applied in the growth direction and a magnetic field applied in the perpendicular plane. We show how the dispersion relation of a quantum well can be experimentally determined from the electric versus resonant magnetic fields curves. For certain intensities of these fields, we can make both electrons and holes resonate simultaneously, which leads to resonant tunneling of excitons. The resonant tunneling of carriers has also been investigated in a CdTe/CdMnTe asymmetric double quantum well in the presence of an electric field and a magnetic field applied both in the growth direction. For this system we show that how we can obtain resonant tunneling of electrons, holes and excitons. Finally, we have studied the anisotropy of the Zeeman Effect as a function of the direction of the magnetic field for a CdTe/CdMnTe quantum well. We calculated the energy levels and the electronic transitions of this system as a function of the intensity and the direction of the magnetic field. In all the cases we compare our results with available experimental data.

Este trabalho apresenta um método alternativo para sintonia de múltiplos controladores ressonantes aplicados aos sistemas ininterruptos de energia. A proposta do método é fornecer um conjunto de equações algébricas de simples aplicação que possibilite aos projetistas destes sistemas determinar os parâmetros dos controladores ressonantes com múltiplos modos. As equações apresentadas para determinação dos parâmetros do controlador foram obtidas diretamente com base nos parâmetros e nas características funcionais do inversor. Também nestas equações estão presentes constantes as quais garantem que todo o inversor cujo controlador for sintonizado pelo método atenda as especificações estabelecidas pela norma 60240-3. As constantes são determinadas através da formulação do problema por desigualdades matriciais lineares (LMI - Linear Matrix Inequalities) que levam em conta o equacionamento dinâmico do inversor e dos múltiplos controladores ressonantes. A solução do problema satisfaz simultaneamente a minimização do esforço de controle, onde foi empregada a formulação de custo garantido, juntamente com a localização dos polos de malha-fechada para toda a variação admissível de carga, formulada através do procedimento de D-Estabilidade. / This master thesis shows an alternative method for tuning multiple resonant controllers applied to uninterrupted power supply. The method is intended to provide a set of simple algebraic equations that enable designers of those systems to determine the parameters of the resonant controllers through multiple modes. The equations presented for determining the controller’s parameters were obtained directly based on the parameters and functional characteristics of the inverter. Additionally, constants that ensure that every inverter whose controller is attuned by the method meets the 60240-3 specifications norms can be found in these equations. The constants are determined based on the formulation of the problem through linear matrix inequalities (LMI) that take in consideration the dynamic of the inverter and of the multiple resonant controllers. The solution of the problem ensures both the needs for minimization of control efforts at guaranteed cost, along with the location of close-loop poles for every permissible load variation, formulated through the D-Stability procedure.