Mestrado em Engenharia Elétrica

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Análise do tempo morto em acionamentos com terminais centrais abertos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-01-14) Ribeiro, Brunno Monteiro Guimarães; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Heverton Augusto Pereira; Clodualdo Venicio de Sousa
Máquinas elétricas com terminais centrais abertos (OEW – do inglês Open-end Windings) e alimentadas por dois conversores distintos, conectados em cada uma das suas extremidades, estão sendo considerados por pesquisadores para diversas aplicações, incluindo em acionamentos elétricos de grande porte em corrente alternada. Devido à ausência de neutro na carga trifásica, esta topologia permite que haja a circulação de correntes de sequência zero, que podem afetar negativamente a operação da máquina. Apesar de diversas estratégias de modulação terem sido propostas para evitar comutações que geram tensões de modo comum nos enrolamentos, as mesmas são também causadas por não-idealidades, como o tempo morto, utilizado para evitar a ocorrência de curtos-circuitos no barramento. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma modelagem baseada na dupla integral de fourier para extrair analiticamente os coeficientes dos espectros harmônicos de tensão em cargas OEW alimentadas por dois conversores com efeito de tempo morto. Essa abordagem é utilizada para avaliar a qualidade das tensões sintetizadas por diferentes técnicas de modulação em malha aberta e os impactos na operação de motores de indução de alta potência.
Avaliação e implementação de um retificador trifásico de três níveis de baixo custo com controle digital por histerese
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2021-02-25) Ramos, Gabriel Vilkn; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Allan Fagner Cupertino; Ademir Nied
Implementa-se neste trabalho um retificador ativo de três níveis de baixo custo com controle digital por histerese de corrente, voltado para aplicações industriais de alta potência. O retificador consiste em um arranjo em ponte com dois interruptores eletrônicos e quatro diodos de potência por fase. A estratégia de comutação proposta é baseada na implementação digital de um controlador de corrente por histerese, trabalhando com baixas taxas de amostragem. A frequência de amostragem reduzida limita intencionalmente a frequência de comutação do conversor e reduz o estresse sobre os semicondutores diminuindo os riscos de falhas do conversor, sem deterioração da qualidade das formas de onda de tensão e corrente. A técnica também possui menor propagação e espalhamento do espectro harmônico que a implementação analógica do controlador. O sistema de controle é concebido para limitar a ondulação de corrente, esforços e perdas nos interruptores. Resultados obtidos por meio de simulação e experimentação em laboratório referentes a um protótipo de baixa potência do conversor mostraram que a qualidade das formas de onda de tensão e corrente podem ser melhoradas a partir da escolha criteriosa da indutância de entrada e da taxa de amostragem do controlador por histerese.
Estudo e implementação de um sistema de controle de tensão em uma microrrede CC
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2018) Tavares, Suzanne Emanuelle; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz
Recentemente, muito se tem falado sobre as vantagens da inserção da Geração Distribuída (GD) no sistema de distribuição. Entretanto, em grande escala, sua aplicação apresenta alguns desafios tornando o sistema complicado de se controlar. Uma alternativa que tem sido apontada como solução para este problema é o conceito de Microrrede. Micorrede é definida como agregação de cargas e fontes de baixa potência no fornecimento de energia, podendo operar de modo ilhado ou conectado à rede principal. Podem operar em corrente alternada (CA) ou em corrente contínua (CC). A utilização de CC em microrredes é crescente e apresenta vantagens na integração de cargas CC, armazenadores de energia e fontes para cogeração que necessitem de conversão eletrônica, podendo estas ser fontes de energia renováveis, além de não se fazer necessário o controle de frequência ou fase e potência reativa. Porém, esta simplificação não isenta a microrrede de problemas de estabilidade, que estão relacionados com a necessidade de conversão de energia, a fim de alcançar níveis de tensão diferentes para os vários dispositivos da rede. Estes conversores introduzem efeitos desestabilizadores no sistema, levando a microrrede a exibir oscilações significativas na tensão do barramento CC. O controle do conversor é, portanto, a principal preocupação na operação de uma microrrede. Este trabalho apresenta uma microrrede CC operando em modo ilhado. Um controlador é projetado com o objetivo de minimizar o transitório e estabilizar a tensão da rede diante a variação de cargas e entrada saída de unidades geradoras. A análise é verificada através de simulações em Matlab/Simulink™ e uma bancada experimental foi montada a fim de comprovar os resultados obtidos.
Estudo e proposta de um retificador PWM de três níveis com limitação da corrente de partida a tiristor
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-12-20) Portilho, Talles Barbosa; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Heverton Augusto Pereira; Marcos Antônio Severo Mendes
Este trabalho compreende o estudo e desenvolvimento de um retificador trifásico controlado de três níveis. Com base em trabalhos existentes na literatura, realiza-se um estudo e seleção da topologia a ser utilizada por meio da comparação do nível de complexidade do controle e da estrutura topológica. Na sequência, com o objetivo de se obter uma combinação ótima entre controle e topologia para aplicação na indústria, realizou-se a escolha da técnica de controle e modulação mais adequada. Uma vez definidas a técnica de controle, a técnica de modulação e a topologia, o sistema foi simulado utilizando os softwares Matlab Simulinkr e PLECS Standaloner. De posse da plataforma de simulação, com os parâmetros selecionados, foi possível determinar os ganhos dos controladores PI, verificar funcionamento do retificador, realizar um estudo de perdas por comutação e por condução a fim de definir o sistema de dissipação de calor. Além desses aspectos tradicionais, as simulações permitiram o estudo de aspectos específicos da topologia. A primeira característica observada foi o controle de balanceamento das tensões nos capacitores do barramento c.c., cuja implementação pode ser determinante para o bom funcionamento do retificador. O segundo aspecto observado foi como os diferentes padrões de comando das chaves interferiam nas formas de ondas e nas perdas térmicas do retificador. Em terceiro lugar, foi avaliada a possibilidade do retificador atuar como um compensador complementar de potência reativa. Por fim, os diodos de entrada da topologia foram substituidos por tiristores, com o intuito de possibilitar o controle da corrente de partida e a proteção dos dispositivos do circuito de potência, assunto até então não abordado em outros trabalhos na literatura. Valendo-se dos dados encontrados em simulação, do projeto da estrutura mecânica desenvolvido pelo autor e dos manuais dos equipamentos utilizados, foi realizada a montagem elétrica e mecânica de um protótipo.
Estudo, modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela com células meia ponte sob ação de faltas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2020) Silva, Vinícius Marinho; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Allan Fagner Cupertino; Heverton Augusto Pereira; Marcos Antônio Severo Mendes
Os conversores modulares multiníveis se popularizaram na indústria em diversas aplicações como sistemas de transmissão CA flexíveis, compensadores síncronos estáticos, controle de motores, dentre outros. Apesar de possuírem as vantagens de uma constituição modular e escalável, esta classe de conversores são vulneráveis à faltas em seus submódulos, o que pode acarretar prejuízos de maquinário e desempenho. Por conta disso, o presente trabalho tem como propósito abordar a modelagem e controle de um conversor modular multinível em dupla estrela utilizando células meia ponte em condições plenas e sob faltas em 25%, 50% e 75% dos submódulos de cada fase. Visa-se, mediante estas condições, obter a máxima transferência de energia nos terminais de saída com o mínimo conteúdo harmônico nas formas de onda da corrente e tensão de linha ao se utilizar uma técnica de controle interno PI (Proporcional Integral) e o método de modulação SPWM (do inglês, Sinusoidal Pulse Width Modulation) com múltiplas portadoras, projetando-se assim um sistema standalone para média tensão. Também é elaborado nesta dissertação o dimensionamento deste conversor modular multinível baseando-se na capacidade de armazenamento de energia dos capacitores dos submódulos. São abordados dois métodos para a compensação de faltas nos submódulos do conversor modular multinível proposto. Um dos métodos de compensação se baseia na redistribuição de energia dos submódulos resilientes e o outro numa adaptação da técnica de deslocamento de neutro. O método para compensação de faltas baseado na redistribuição de energia dos submódulos resilientes restitui em 100% os efeitos das faltas no conversor em todas as condições propostas, tanto para as correntes quanto tensões de saída. O método para a compensação de faltas mediante deslocamento de neutro não surte efeito na compensação das faltas nas correntes e tensões de fase da carga, mas compensa em 100% os efeitos das faltas sob a tensão de linha quando estas ocorrem em até 50% do total de submódulos e restitui em 90% os efeitos da falta na tensão de linha quando estas ocorrem em 75% do total de submódulos. Simulações computacionais com especificações obtidas matematicamente foram realizadas na plataforma Matlab/Simulink para validação dos resultados.
Implementação de técnicas de modulação para um inversor trifásico de cinco níveis com foco em acionamentos elétricos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2019-08-08) Souza, Ramon Henriques de; Stopa, Marcelo Martins; Luiz, Alex-Sander Amável; http://lattes.cnpq.br/7844638464222284; http://lattes.cnpq.br/1893099190537471; Marcelo Martins Stopa; Alex-Sander Amável Luiz; Heverton Augusto Pereira; Marcos Antônio Severo Mendes
Os conversores multiníveis são utilizados nas áreas de siderurgia e mineração, onde se demanda potências elevadas, em média e alta tensão. Para se obter melhor desempenho nessa condição, são realizados estudos nas topologias e nas técnicas de modulação empregadas. Este trabalho apresenta um estudo de uma topologia alternativa de conversor NPC (Neutral Point Clamped – Ponto de neutro grampeado) de cinco níveis, denominado conversor Tipo G, para comando de máquinas em média tensão. Esta topologia é baseada em braços de conversores NPC de três níveis. Para comando das chaves deste conversor são estudadas e analisadas seis técnicas de PWM (Pulse Width Modulation - modulação por largura de pulso), operando em baixas frequências. Resultados de simulação, obtidos através do software PLECS Standalone®, são utilizados para avaliação comparativa dessas técnicas. As técnicas são comparadas quanto à THD (Total Harmonic Distortion – Taxa de distorção harmônica), número de comutações, posição dos espectros harmônicos e simetria da forma de onda da tensão sintetizada, conseguindo assim avaliar a operação no comando e acionamento de máquinas. Os moduladores foram implementados em um DSP TMS320F28335 da Texas Instruments™ e, por meio de protótipo do conversor desenvolvido em laboratório, resultados experimentais foram obtidos, comparando-os com aqueles obtidos por meio de simulação e confrontados com a teoria. Os resultados mostram que, de acordo com os critérios estabelecidos, a técnica PWM do tipo PD-Unipolar apresenta o melhor desempenho global.

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