Mestrado em Engenharia Elétrica

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Robustez na estabilidade entrada-estado de sistemas discretos no tempo com atraso nos estados e saturação de atuadores
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Souza, Carla de; Leite, Valter Júnior de Souza; http://lattes.cnpq.br/6555805379309351; Valter Júnior de Souza Leite; Márcio Júnior Lacerda; Eugênio de Bona Castelan Neto; Luís Filipe Pereira Silva
Neste trabalho, aborda-se o problema de estabilização robusta entrada-estado de sistemas discretos no tempo com atraso nos estados e saturação de atuadores. São tratados, neste caso, os sistemas com incertezas e atraso variantes no tempo e, além disso, assume-se que a variação máxima do atraso possui taxas limitadas. Em particular, propõe-se condições para a síntese de controladores do tipo realimentação de estados, bem como para a síntese de compensadores anti-windup estáticos. Para isso, o sistema com atraso e incertezas politópicas é reescrito como um sistema incerto aumentado livre de atraso e chaveado pelo valor do atraso. Assume-se que a saturação do atuador seja representada em termos de uma não-linearidade do tipo zona-morta, com a consequente aplicação da condição generalizada de setor. As condições propostas, que são dependentes do atraso, asseguram a estabilidade local do sistema para condições iniciais e sinais de pertubação admissíveis. Porém a lei de controle investigada não depende do valor do atraso, o que facilita sua implementação. A partir das condições determinadas, são formulados diferentes problemas de otimização convexa, que se diferem quanto ao objetivo de controle, sendo possível, por exemplo, maximizar o conjunto de condições iniciais admissíveis ou maximizar o limite superior da norma l2 das pertubações admissíveis. Por fim, são apresentados exemplos numéricos para demonstrar a eficiência dos métodos propostos e comparar com outros existentes na literatura.
O veículo elétrico e o impacto na curva de carga de consumidores: estudo de caso do Fiat 500e
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Cortezzi, Fernanda Cristina Martins; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota; Lauro de Vilhena Brandão Machado Neto; Frederico Romagnoli Silveira Lima; Eduardo Gonzaga da Silveira
Desde a invenção da roda, a busca do semovente, um veículo capaz de se mover sozinho, sempre foi um sonho perseguido pelo homem. No século XIX já existiam três tecnologias de propulsão utilizada nos automóveis: vapor, combustão e elétrico. O motor a combustão se tornou a tecnologia predominante a partir da descoberta de grandes jazidas de petróleo no estado americano do Texas. O conceito de desenvolvimento sustentável incentivou o retorno dos veículos elétricos ao cenário automotivo mundial, como alternativa para reduzir os níveis de emissão de dióxido de carbono, que aumenta o efeito estufa e contribui para o aquecimento global. A bateria ainda representa a grande limitação do veículo elétrico. Atualmente a bateria de Li-íon é a mais avançada e a associação com ultracapacitores tem contribuído com o aumento da vida útil da bateria e do desempenho do automóvel. Outra funcionalidade presente no veículo elétrico é a frenagem regenerativa, que tem contribuído com o aumento da autonomia do veículo ao transformar a energia cinética das rodas em energia elétrica, que é drenada para o banco de baterias. O veículo elétrico é denominado plug-in devido à necessidade de ser conectado à rede elétrica para a realização da recarga da bateria. Devido às preocupações sobre o impacto provocado pelo veículo elétrico no sistema elétrico de potência, foi analisado o comportamento de recarga do veículo elétrico Fiat 500e embasado em normas que se referem à qualidade de energia. Na sequência, os dados medidos durante a recarga foram inseridos na curva de carga de consumidores em diferentes cenários de recarga. Os resultados encontrados contribuem para o entendimento da recarga do veículo elétrico. A recarga em diferentes horários do dia afeta de forma diferente as curvas de carga dos consumidores e consequentemente, de diferente maneiras o sistema elétrico de potência.
Análises de precisão, estabilidade e dispersão numérica nos métodos implícitos de diferenças finitas no domínio do tempo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Guimarães, Michelle Barbosa; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404
O método de diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) tem sido amplamente utilizado para análises de propagação de ondas e de dispositivos eletromagnéticos como antenas, guias de ondas e cavidades eletromagnéticas por ter como característica a simplicidade de implementação, robustez e eficiência em sistemas de banda larga. Contudo, o método FDTD apresenta como desvantagem a limitação da condição de estabilidade de Courant-Friedrich-Levy (CFL) que relaciona um valor máximo a ser utilizando no passo de tempo. Diante dessa limitação, esse trabalho apresenta um estudo dos métodos de diferenças finitas no domínio do tempo implícitos e que são incondicionalmente estáveis. É realizado um estudo em relação à precisão, estabilidade e custo computacional dos métodos implícitos FDTD-ADI (Alternating Direction Implicit) e FDTD-LOD (Locally One Dimension) envolvendo problemas tridimensionais. A análise dos métodos incondicionalmente estáveis envolve a solução de um sistema matricial e essa solução pode interferir na estabilidade e precisão dos valores dos campos elétricos. Nesse trabalho é realizado um comparativo de diversos métodos numéricos utilizados para solucionar o sistema matricial dos métodos incondicionalmente estáveis. Esse comparativo é realizado em aplicações envolvendo cavidades eletromagnéticas com paredes condutoras elétricas perfeitas (PEC). A aplicação da condição de contorno PEC é estudada e abordada de forma a manter a solução estável, eficiente e com maior precisão. O trabalho também apresenta à aplicação do método FDTDADI na análise dos campos elétricos em uma esfera dielétrica e metálica em que a condição absorvente Mur é utilizada na fronteira do domínio computacional e o problema simulado é investigado em três dimensões.
Síntese de controladores PI com desacoplador para controle de sistemas multivariáveis não quadrados
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Silva, Sara Jorge e; Gonçalves, Eduardo Nunes; http://lattes.cnpq.br/4167566933927576; Eduardo Nunes Gonçalves
É comum que processos industriais sejam multivariáveis e, por isso, é justificada a necessidade de se projetar e implementar sistemas de controle para esses processos. É bem conhecido que nem todos os processos multivariáveis apresentam o mesmo número de entradas e saídas. Sistemas em que o número de variáveis de entrada é diferente do número de variáveis de saída são conhecidos como sistemas não quadrados. Para os processos multivariáveis com interações elevadas entre a malhas de controle ou que exigem um controle mais rigoroso, sistemas de controle com desacopladores são muitas vezes empregados. Inicialmente, busca-se eliminar os efeitos indesejáveis das interações entre malhas através dos desacopladores, para depois se projetar os controladores individuais. Neste trabalho, será investigado o uso de um algoritmo de otimização não linear para a síntese de sistemas de controle PI com desacoplador, considerando múltiplos objetivos de controle, para ser aplicado à sistemas multivariáveis não quadrados com múltiplos atrasos de tempo. A principal estratégia da metodologia de projeto considerada é considerar como uma das funções objetivo do problema de otimização a aproximação de um modelo de referência em malha fechada que garante as especificações das respostas transitórias das múltiplas malhas de controle como também o desacoplamento entre as mesmas. Adicionalmente podem ser incluídas, de acordo com o problema sendo tratado, outras funções objetivo relativas ao esforço de controle, rejeição de perturbações e/ou atenuação de ruídos de medição. É adotado neste trabalho o algoritmo Evolução Diferencial para a solução do problema de otimização não linear multiobjetivo. Será demonstrado, através de exemplos, que a metodologia proposta de síntese de controladores PI com desacoplador para sistemas multivariáveis não quadrados pode apresentar melhores resultados que outros métodos já publicados para lidar com mesmo tipo de problema.
Estratégia de monitoramento de sistemas distribuídos baseada em observadores do tipo Kalman
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Barroso, Nelson de Figueiredo; Leite, Valter Júnior de Souza; Scola, Ignacio Eduardo Jesus Rubio; http://lattes.cnpq.br/4109900535466938; http://lattes.cnpq.br/6555805379309351; Valter Júnior de Souza Leite; Eduardo Mazoni Marçal Mendes; Erivelton Geraldo Nepomuceno; Marcelo Martins Stopa
Neste trabalho é proposta uma estratégia para monitoramento de sistemas a parâmetros distribuídos (SPD) baseada em observadores do tipo Kalman. São considerados SPD com atuação na borda de entrada, tal que, em condições normais de operação, a medição da variável a ser monitorada esteja disponível apenas na borda final do processo. O objetivo principal é recuperar a informação do comportamento dinâmico da variável de interesse em qualquer ponto intermediário do SPD. Em particular, assume-se que o modelo fenomenológico do processo seja desconhecido ou que seus parâmetros físicos sejam difíceis de serem estimados. Nesses casos, propõe-se também uma metodologia alternativa baseada em técnicas de identificação de sistemas a parâmetros concentrados, para obtenção de modelos adequados ao projeto de observadores. Para tanto, o SPD é aproximado por dois modelos lineares a parâmetros variantes (LPV) interconectados cuja configuração resultante permite que a variável a ser monitorada seja conhecida ao longo do sistema, por meio da dependência espacial dos seus parâmetros e do efeito desses na dinâmica dos dois subsistemas interconectados. Sob essa perspectiva, as variáveis de saída de cada subsistema são assumidas como variáveis de estado e um modelo geral LPV no espaço de estados é obtido. Uma vez que um modelo adequado é construído, observadores do tipo Kalman podem ser implementados. O uso dos observadores é fundamental devido à sua propriedade de correção das estimativas e possibilidade de acrescentar informações extras à dinâmica do modelo, tais como, a estimação em tempo real de parâmetros e de distúrbios. Uma das principais vantagens da estratégia de monitoramento proposta é que, embora o modelo final obtido mantenha a característica espaço dependente de um SPD, ele é, localmente, um modelo a parâmetros concentrados. Dessa forma, as técnicas de observação de estados aplicáveis a sistemas pertencentes à classe dos sistemas a parâmetros concentrados podem ser prontamente utilizadas. Outro ponto positivo, é que as informações das incertezas obtidas no processo de identificação podem ser utilizadas para o cálculo dos ganhos ótimos no projeto dos observadores. A estratégia de monitoramento proposta é aplicada a um sistema térmico real e o seu desempenho é validado a partir dos dados experimentais.
Energia fotovoltaica: aspectos técnicos e econômicos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Santos, Ademir Paulino dos; Silveira, Eduardo Gonzaga da; http://lattes.cnpq.br/2888501805559990; Eduardo Gonzaga da Silveira; Clever Sebastião Pereira Filho; Rafael Silva Alípio
As fontes de energia renovável têm aumentado sua participação na matriz energética global. Nesse contexto, a energia solar fotovoltaica tem se mostrado muito promissora em função de diversos fatores dentre os quais destacamos a queda nos preços da tecnologia, implementação de mecanismos de incentivo e abundância do recurso solar. O Brasil, apesar do alto nível de irradiação solar, ainda é pouco desenvolvido nesse tipo de fonte de geração de energia elétrica quando comparado a outros países com menor nível de irradiação solar como Alemanha, Espanha e Itália. É bem verdade que, países que atualmente apresentam grande participação desse tipo de fonte nas respectivas matrizes energéticas, possuem uma matriz predominantemente fóssil, o que explica o alto nível de incentivos praticados com vistas a viabilização de fontes renováveis. O Brasil, por sua vez, tem implementado medidas de ordem regulatória e tributária de forma a promover a geração distribuída e com isso, aumentar a participação de fontes de origem eólica e fotovoltaica em sua matriz elétrica que é predominantemente renovável. Este trabalho objetivou estudar e analisar a viabilidade econômica e a prudência no investimento para a implementação de sistemas fotovoltaicos por consumidores da classe residencial conectados às 63 concessionárias de distribuição de energia elétrica que compõem o sistema elétrico de distribuição brasileiro. Os procedimentos metodológicos que conduziram esta pesquisa foram os estudos baseados em indicadores de análise de investimento e no cálculo do custo nivelado de energia - LCoE. Como conclusão, esta pesquisa demonstrou que a paridade tarifária já é uma realidade para a energia fotovoltaica quando comparada com as tarifas de energia para fornecimento aos consumidores da classe residencial.
Aperfeiçoamento do modelo de fios finos curvos na malha FDTD através da correção das cargas nas bordas da geometria em escada
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Fonseca, Tarcísio Carlos; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves
Com a evolução tecnológica, dispositivos eletromagnéticos ou algumas de suas partes tais como gap de antenas, cabo coaxial, sondas para alimentar antenas impressas, antenas com ressonadores dielétricos, dentre outros, estão cada vez menores. Modelar computacionalmente estruturas muito pequenas é um desafio devido a limitação dos recursos computacionais. Um método numérico que possibilita a modelagem de estruturas com grande complexidade do ponto de vista eletromagnético ou geométrico é o PDTD (Finite Diference in Time Domain). Este possui características interessantes tais como a facilidade de obter respostas impulsivas permitindo a análise em uma grande faixa de frequências por meio de uma única simulação em que o espaço computacional é descrito por meio de uma malha formada por células que discretizam a geometria em estudo. Entretanto, em regiões com dimensões reduzidas, a malha requerida pode impossibilitar a modelagem devido à quantidade excessiva de memória e tempo de simulação requerido. Os modelos sub-celulares podem ser utilizados para tratar estruturas pequenas no FDTD. Porém, estes não apresentam uma resposta satisfatória para modelar fios curvos, visto que são descritos na malha retangular por meio de uma "escada" que alinha a curva à malha. Portanto, modelos sub-celulares não preveem cargas que se acumulam nas quinas geradas pela transformação do fio curvo em escada equivalente, causando erros na determinação dos parametros e fenômenos eletromagnéticos associados às estruturas. Assim, este trabalho apresenta um modelo que adiciona o acúmulo de carga nas bordas dos fios inclinados na malha do FDTD. Este modelo apresenta outras contribuições como as projeções dos campos eletromagnéticos na célula do referido método. O campo magnético que envolve o fio filamentar varia com o inverso do raio efetivo especificado e essa variação faz com que o campo se localize na posição incorreta na célula. Assim, esses são projetados nas bordas da célula para uma melhor representação do modelo do fio fino. Ontra contribuição adicional é a modelagem da carga que acumula no fim do fio na qual não é prevista nos modelos sub-celulares. Para excitação das antenas de fio, realizada no gap da mesma, foi utilizada uma fonte RVS (Resistive Voltagem Source) que tem por característica absorver os campos eletromagnéticos que retornam para o gap. Essa particularidade não é encontrada em outras fontes que tem como carcterística uma distorção no cálculo da impedância. A última etapa do trabalho foi a análise de algumas antenas de fios curvos na malha do FDTD com o modelo proposto e com o modelo sub-celular convencional em comparação com o MoM (Métodos dos Momentos). Assim, foi possível validar do modelo proposto.
Estudo de diferentes tipos de excitação de antenas de microfita utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Soares, Wagner Cardoso; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves; Márcio Matias Afonso; Dalmy Freitas de Carvalho Júnior
Antenas de microfita, no geral, são usadas em aplicações automotivas, aeronáuticas, aeroespaciais, em que se é exigido tamanho, peso e custo reduzidos, alto desempenho, facilidade de instalação e perfil aerodinâmico. Para o projeto destas antenas, programas computacionais são necessários para se verificar o funcionamento das mesmas em determinadas bandas de frequências. Estes programas permitem a simulação de diferentes geometrias da antena, com variações de material sem a necessidade de construção de protótipos, o que possibilita redução de tempo e custo de projeto. Há diversos métodos numéricos para simulação de antenas de microfita, destacando-se MoM, FEM e FDTD. Neste trabalho foi escolhido o FDTD dentre estes, uma vez que a antena projetada possui geometria complexa para operar em banda ultra larga e dielétrico de fibra de vidro FR-4, o qual é um material com perdas e este método obtém bom desempenho para a simulação de antenas com esta configuração. Para validar o código FDTD, primeiramente foi simulada uma antena de geometria mais simples. Uma vez que o código foi validado, o mesmo foi submetido a testes para verificação das influências de configurações gerais do programa no resultado da antena, como passo de tempo, geometria da antena, definição de pontos de excitação e medição e passo de tempo para liberação do pulso de excitação. Como a antena escolhida no projeto possui geometria complexa e material dielétrico com perdas, foi necessária a investigação da fonte de excitação mais apropriada para o problema, dentre estas: fonte resistiva de tensão, parede magnética e subtração da onda incidente da onda total. Para comparação dos resultados simulados, foi feita a simulação da mesma geometria de antena em software comercial. Os resultados das simulações de cada uma das fontes de excitação investigadas demonstram que todas geraram boa correspondência quando comparadas com a curva gerada pelo software comercial, sendo destacado o resultado da parede magnética. A antena desenvolvida foi construída após a validação da simulação. Foi usada uma placa de fibra de vidro de dupla face com dielétrico em FR-4 para construção da antena com as dimensões utilizadas para a simulação. Para evitar ruídos na medição da perda de retorno, a antena foi inserida em uma câmara anecoica. Houve uma boa correspondência entre as simulações realizadas no software FDTD desenvolvido no trabalho, a simulação no programa comercial e a medição da antena construída.
Sistema para reaproveitamento de energia eletromagnética utilizando rectennas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Brandão, Guilherme Lopes de Figueiredo; Resende, Úrsula do Carmo; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; http://lattes.cnpq.br/2792357895049279; http://lattes.cnpq.br/0862734683047770; Úrsula do Carmo Resende; Sandro Trindade Mordente Gonçalves
A utilização de rectennas para reaproveitamento de energia eletromagnética sem fio é uma aplicação recente desses sistemas, que deve levar em consideração as características do sinal recebido, tais como alta frequência e baixos níveis de potência. Além disso, as características não-lineares do circuito retificador dificultam o casamento de impedância entre antena e circuito retificador, sendo necessário um estudo específico para cada aplicação. Assim sendo, este trabalho, de cunho investigativo, apresenta uma revisão bibliográfica acerca dos tipos de rectennas utilizados atualmente, de modo a identificar as geometrias de antenas e topologias de circuitos retificadores que apresentem bom desempenho e facilidade de construção. A partir da revisão bibliográfica, diferentes geometrias de antenas são projetadas e otimizadas, utilizando o software CST® (Computer Simulation Technology), visando alcançar impedância de entrada igual a 50 Ω na frequência de 2,45 GHz. Tais antenas são construídas e comparadas em testes de transmissão-recepção. Utilizando o software ADS® (Advanced Design System), diferentes configurações de circuitos retificadores dobradores de tensão são projetados e otimizados. Os protótipos construídos são testados, a fim de verificar o comportamento do circuito com a variação da potência de entrada, da frequência do sinal e da carga. Por fim, as configurações que apresentaram melhor desempenho individualmente são testadas em um sistema rectenna completo, individual e associado em série/paralelo, de forma a demonstrar a funcionalidade e eficiência da tecnologia.
Otimização, análise e construção de um retificador de baixíssima potência para aplicações em transmissão de energia sem fio e colheita de energia
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017) Silva, Raphaella Luiza Resende da; Gonçalves, Sandro Trindade Mordente; Resende, Úrsula do Carmo; http://lattes.cnpq.br/2792357895049279; http://lattes.cnpq.br/9879076086228404; Sandro Trindade Mordente Gonçalves; Úrsula do Carmo Resende
Com o avanço da tecnologia e surgimento de diversos dispositivos portáteis utilizados no dia a dia, a necessidade de um sistema que colete e transfira energia sem a utilização de meios físicos torna-se ainda mais evidente. O sistema capaz de coletar a energia do ar através de uma antena e converter essa energia de radiofrequência em energia de corrente contínua para entregá-la a uma carga é conhecido como rectena. O circuito retificador é uma importante parte da rectena. No entanto, devido ao fato da energia estar disponível no ar em níveis baixíssimos de potência e a algumas perdas no sistema, encontrar um circuito retificador com alta eficiência é um grande desafio. Neste trabalho, diferentes topologias de circuito retificador são otimizadas, utilizando Algoritmo Genético, com diferentes diodos, cargas, impedâncias e dimensões de microfitas, a fim de se obter a maior eficiência e tensão de saída possível. Além disso, uma análise é realizada para a compreensão da influência de alguns parâmetros na resposta do circuito retificador, tais como, a frequência de operação, potência de entrada, valor da carga, diodo e dimensões das microfitas. É realizada também a abordagem de um método para caracterização do material dielétrico utilizado na simulação e construção dos circuitos. O trabalho apresenta ainda a modelagem e construção do circuito retificador, resultante do processo de otimização, que melhor atende aos requisitos necessários para a aplicação de coleta e transferência de energia sem fio.
Estudo e modelagem de cargas não lineares em condições não senoidais
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-03-01) Braga, Daniel Silva; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota
Não é correto tentar prever a distorção harmônica total da corrente em um alimentador baseando-se nas distorções harmônicas totais das cargas. Isso porque cada ordem harmônica se soma produzindo atenuações e amplificações. Além disso, as interações entre cargas não lineares dificultam o entendimento do comportamento das distorções na tensão e na corrente. De fato, com a proliferação dos equipamentos baseados em conversores estáticos nas redes elétricas, cresce a demanda por esclarecimentos acerca do comportamento das cargas não lineares operando em condições não senoidais. Os dispositivos baseados em semicondutores de potência produzem harmônicos e são sensíveis às emissões que eles mesmos produzem. Mesmo assim, a própria eletrônica de potência é utilizada para compensação harmônica. É necessário estimular o estudo da análise harmônica no domínio da frequência e o estudo da potência em condições não senoidais. Pesquisas nessa direção favorecem o desenvolvimento de redes elétricas mais inteligentes e capazes de suportar as demandas do futuro. Um dos requisitos principais de um projeto de rede inteligente é o controle da demanda. Para controlar a demanda, é interessante prever o comportamento da rede diante da redução da tensão de alimentação. Nesta dissertação, mostra-se que a forma de onda da corrente que circula por uma carga não linear se altera em função da magnitude da tensão. Além disso, investiga-se experimentalmente o comportamento das quantidades de potência em condições não senoidais. Mostra-se que é necessário fazer a distinção entre potência reativa e potência não ativa porque o comportamento dessas grandezas pode ser bastante diferente. Propõe-se, inicialmente, um modelo simplificado no domínio da frequência capaz de prever os espectros de magnitude e fase da corrente de uma carga não linear com base na magnitude da tensão. Parâmetros do modelo são estimados usando-se dados experimentais. O modelo é aplicado para previsão da distorção harmônica total da corrente em função da tensão. Em seguida, a comparação entre dois modelos harmônicos no domínio da frequência é clarificada utilizando-se deduções analíticas. Partindo dessas análises, desenvolve-se um procedimento para estimação dos parâmetros de um modelo harmônico analítico no domínio da frequência. O procedimento proposto é numericamente robusto e o modelo estimado é capaz de descrever a relação entre os espectros das magnitudes e fases da corrente e da tensão em uma carga não linear operando em condições não senoidais. Por fim, avaliam-se os ajustes matemáticos. Os resultados sugerem uma notável aplicabilidade do modelo para previsão do comportamento harmônico de uma carga não linear.
Análise da segmentação da rede elétrica através de elos HVDC para redução de desligamentos em cascata e apagões
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-03-01) Santos, Grazielle Jacinta Cardoso; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota
As modernas redes de transmissão de energia são extensos e complexos sistemas que têm experimentado grandes apagões nas últimas duas décadas. Esses raros, mas significantes eventos, aumentam as preocupações sobre a estabilidade e segurança da operação do sistema elétrico. A segmentação de grandes redes CA através de elos CC introduz um novo conceito que utiliza as vantagens da transmissão em corrente contínua para melhorar a confiabilidade da rede e aumentar a capacidade de transferência de energia. A literatura técnica defende que a segmentação da rede CA e a introdução de elos CC nesses pontos de conexão da rede seccionada traz benefícios à operação do sistema, uma vez que contingências geradas em um lado do ponto de conexão CC não seriam refletidos no outro lado do ponto, diminuindo assim a probabilidade de desligamentos em cascata e apagões devido à restrição de carga em linhas de transmissão e transformadores. Apesar da literatura técnica defender as vantagens da inserção dos elos CC para segmentação da rede, este tema ainda está em constante debate pela comunidade técnica e científica, uma vez que a quantidade de elos CC existentes em funcionamento é significativamente pequena gerando dúvidas a respeito da sua real eficácia para controle de fluxo de potência em casos de contingência. Em meio a este cenário, esta dissertação apresenta um estudo sobre os principais tópicos referentes à utilização dessa nova filosofia de segmentação da rede, trazendo um ponto de vista prático para a utilização desse conceito no planejamento do sistema elétrico de potência. O efeito da segmentação CC perante uma contingência que iniciaria grandes interrupções em um modelo de sistema elétrico adaptado do modelo internacional IEEE-14 barras é estudado e simulações foram realizadas com os sistemas teste HVAC e HVAC segmentado por elo HVDC. Os resultados foram comparados, principalmente em relação à tensão das barras, geração de potência reativa, perdas do sistema e fluxo de potência nas linhas, e demonstraram que esse novo conceito aumenta a confiabilidade da rede.
Método para avaliar a confiabilidade estrutural de sistemas de subtransmissão de energia integrados à distribuição
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-08-01) Silva, Fernando Sebastião da; Silveira, Eduardo Gonzaga da; Nascimento, Luiz Carlos do; http://lattes.cnpq.br/3407830669738286; http://lattes.cnpq.br/2888501805559990; Eduardo Gonzaga da Silveira; Luiz Carlos do Nascimento; Luiz Antônio da Fonseca Manso; Cleber Esteves Sacramento
Esta dissertação propõe e aplica um método para estimar a confiabilidade estrutural dos sistemas de subtransmissão de energia elétrica, também denominados sistemas de distribuição de alta tensão (SDAT). Este método avalia a confiabilidade não somente pelos registros históricos de desempenho do sistema, que são influenciados por variáveis como o clima e quantidade de intervenções programadas, mas principalmente pelas suas características estruturais. Os caminhos mínimos e os conjuntos mínimos de corte do sistema são determinados. Os dados são tratados, sendo avaliadas as durações totais de interrupções para cortes de 1a e 2a ordem, no período de um ano. São consideradas as taxas de falha das linhas e transformadores, estratificadas de acordo com o material construtivo das torres e nível de tensão destes equipamentos. Também são usados os tempos médios de manobra e reparo, bem como a capacidade de transferência de carga via rede de distribuição não afetada por um evento de falha. Um sistema teste IEEE – RBTS Barra 4 e um sistema de subtransmissão SDAT 18 barras são avaliados em duas etapas. Inicialmente, a metodologia proposta é validada através da comparação dos resultados dos índices de confiabilidade obtidos pela aplicação do método sobre o sistema teste. Em seguida, a confiabilidade do SDAT 18 barras é estimada levando em consideração as suas características estruturais e os recursos disponíveis para transferências de cargas. Após as simulações, um ranking de confiabilidade das estruturas que compõem este sistema é estabelecido, tendo como principal índice o DEC Estrutural. Para as estruturas que estão acima da meta estabelecida, são propostas obras de melhoria e mais uma vez o sistema é avaliado, sendo incluídas no portfólio de obras somente as alternativas que conciliarem o atendimento à meta regulatória com um menor custo global. Neste contexto, a metodologia proposta supera os métodos convencionais de planejamento, tendo em vista que, para se avaliar topologias planejadas, não é mais possível utilizar somente dados históricos de desempenho, pois é necessário estimar a confiabilidade futura.
Metodologia para determinação da impedância impulsiva para arranjos típicos de aterramentos elétricos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-08-04) Borges, Fellipe Marcell da Silva; Alípio, Rafael Silva; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; Rafael Silva Alípio; Úrsula do Carmo Resende; Silvério Visacro Filho; Fernando Henrique Silveira
Esta dissertação é dedicada à avaliação do comportamento impulsivo de aterramentos elétricos, em particular a determinação da impedância impulsiva de aterramento. Propõe-se uma metodologia inovadora para estimativa da impedância impulsiva de arranjos típicos de aterramento. Os parâmetros de entrada da metodologia são determinados utilizando-se basicamente fórmulas práticas, o que permite a sua ampla aplicação não somente na área acadêmica, mas também industrial. A metodologia é aplicada a arranjos típicos de aterramento, tais como eletrodos horizontais, cabos contrapeso e malhas de aterramento, considerando diferentes dimensões e solos de baixa, moderada e elevada resistividade. Em todos os casos é considerada a aplicação de ondas representativas de primeiras descargas e descargas subsequentes. Tendo como referência os resultados obtidos utilizando um modelo eletromagnético rigoroso, mostra-se que a metodologia proposta fornece excelentes estimativas da impedância impulsiva de aterramento de arranjos diversos.
Previsão de consumo energético e da curva de demanda de um edifício público utilizando ferramentas de inteligência computacional
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-09-01) Gomes, Leandro Cristiano; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota; Eduardo Gonzaga da Silveira; Maury Meirelles Gouvêa Júnior
Recentemente, no setor elétrico tem ocorrido desenvolvimentos tecnológicos que contribuem para a sua modernização, segurança e qualidade. A automação, coleta de dados e seu processamento em todo o sistema, desde a geração, transmissão e distribuição de energia, vem sendo trabalhada dentro do conceito de Smart Grid, onde há o surgimento de novos equipamentos, para a proteção, controle e medição de energia. Medidores inteligentes estão sendo desenvolvidos para atender esse novo conceito de distribuição de energia, não medindo apenas a energia fornecida pelas concessionárias para o consumidor, mas também aquela gerada pelo consumidor e fornecida ao sistema admitindo a existência de um fluxo bidirecional de energia. A quantidade de dados gerados por estes medidores e armazenados em banco de dados aumentará consideravelmente após a instalação em escala. Estes dados contêm informações relevantes que, mesmo já sendo armazenados, ainda não são processados, por falta de estudos e pesquisas nessa área. Este trabalho propõe uma metodologia para processamento de dados, utilizando ferramentas de inteligência computacional, com o objetivo se extrair informações relevantes para o desenvolvimento de novos serviços para consumidores e geradores de energia. Apresenta-se uma metodologia para a estimação do consumo energético e da curva de demanda de um edifício público, visando auxiliar o consumidor, a concessionária e o setor energético no nível de planejamento e tomadas de decisões futuras. Para exemplificar e validar a metodologia proposta, foram utilizadas as ferramentas de inteligência computacionais aplicadas em um estudo de caso, sendo demonstradas suas características, configurações e comparações entre desempenhos dos diferentes algoritmos utilizados, destacando-se o uso da lógica Fuzzy e das Redes Neurais Artificiais. Resultados promissores foram conseguidos com a metodologia descrita, demonstrando a eficiência dos métodos e dos algoritmos apresentados neste trabalho e também servindo como base para futuros estudos nessa área de estimação de energia utilizada pelos diferentes tipos de consumidores.
Detecção de falhas de dirigibilidade veicular através da análise tempo-frequência de oscilações do sinal de giro de um motor a combustão interna
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-12-12) Marinho, Ronaldo Quintão; Pereira, Heverton Augusto; Rodrigues, Giovani Guimarães; http://lattes.cnpq.br/5216134330465292; http://lattes.cnpq.br/4298795970350194; Heverton Augusto Pereira; Giovani Guimarães Rodrigues; Leonardo Bonato Felix; Wallace do Couto Boaventura
Um importante quesito no desenvolvimento de um veículo automotor é a dirigibilidade veicular. Esta exigência é de suma importância para os fabricantes e a iteração do condutor com o veículo deve ser dada de forma confortável. Para avaliar este quesito, a resposta do motorista é atendida em seus vários modos de operação. Esta resposta pode ser influenciada direta ou indiretamente por fenômenos associados ao processo de combustão num motor de combustão interna. As principais causas de anomalias ou fenômenos de dirigibilidade são anormalidades no sistema de admissão de ar, injeção de combustível ou de ignição, ou pelos efeitos causados pelas manobras do usuário do veículo. Para os engenheiros que trabalham com o sistema de controle do motor, o conhecimento do comportamento das variáveis do sistema é muito importante. Por conseguinte, observa-se que o sinal do sensor da rotação do motor apresenta uma reflexão direta para manobras ou falhas de condução. Neste trabalho, são analisadas as oscilações dos sinais do sensor da rotação do motor. Além disso, uma metodologia baseada na transformada wave-let é proposta para detectar a falha de dirigibilidade além de uma classificação objetiva com um método de entropia de Shannon. Com a informação obtida, o sistema de controle pode ser adequadamente ajustado para melhorar então os impactos para o conforto e ergonomia na condução. Foram atingidos resultados importantes e significativos, onde foi possível realizar uma detecção da anomalia em estudo através do método proposto, obtendo uma proposta prática de uma ferramenta de análise e detecção de falhas de dirigibilidade veicular que poderá ser devidamente aperfeiçoada em estudos e propostas futuras.
Uso de métodos sem malha para avaliação de campos eletromagnéticos: gerados por linhas de transmissão trifásicas aéreas
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-12-18) Ribeiro, Gustavo Ciro; Silveira, Eduardo Gonzaga da; Alípio, Rafael Silva; http://lattes.cnpq.br/6715701375569983; http://lattes.cnpq.br/2888501805559990; Eduardo Gonzaga da Silveira; Rafael Silva Alípio; Alfred Gimpel Moreira Pinto; Leônidas Chaves de Resende
Os métodos sem malha são ferramentas numéricas promissoras para aplicações em engenharia. A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a existente em métodos como o de Elementos Finitos. Existe apenas um conjunto de nós distribuídos em uma região conhecida como o domínio do problema. O presente trabalho visa desenvolver modelos computacionais para problemas de contorno quase-estáticos e resolvê-los através de métodos sem malha. Neste contexto busca-se uma nova abordagem através da aplicação do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method (EFGM) visando o cômputo de campos magnético e elétrico nas proximidades de Linhas de Transmissão (LTs) de alta tensão. São realizadas, análises comparativas entre as soluções com o método proposto, modelos analíticos e soluções geradas com o Método dos Elementos Finitos.
Estudo do efeito da composição solar no desempenho de módulos FV caracterizados em condições reais de operação
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-12-20) Silva, Pedro Rodrigues; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; Batista, Ana Paula; http://lattes.cnpq.br/0129323556531304; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota; Ana Paula Batista; Heverton Augusto Pereira; Maury Meirelles Gouvêa Júnior
A caracterização de sistemas fotovoltaicos é um tema emergente que tem atraído a atenção de muitos pesquisadores, uma vez que a geração fotovoltaica está em expansão em todo mundo. A caracterização dos sistemas fotovoltaicos em condições reais de operação nas usinas de geração fotovoltaica ainda é um desafio. Os altos custos dos sistemas de caracterização e a dificuldade de medição do grande número de variáveis envolvidas no processo são fatores que dificultam a caracterização in loco. Em geral, os painéis fotovoltaicos são caracterizados pelos fabricantes a partir de ensaios realizados em laboratório nas condições padrões de testes (STC - Standard Test Conditions). Essas condições padrões são definidas para uma temperatura de 25◦C, radiação de 1000W/m2 e massa de ar (AM) 1,5G estabelecidas pela norma IEC-60904-3:2016. Contudo, essas condições dificilmente são encontradas em condições reais de funcionamento dos painéis fotovoltaicos, pois os mesmos estão sujeitos a diversos tipos de interferências, por exemplo: sombreamentos, reflexão e variações de temperatura. Nesse sentido, o desenvolvimento de metodologias e sistemas de baixo custo que possibilitem a caracterização e análise dos painéis fotovoltaicos em ambientes externos se torna de grande relevância. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema de medição e caracterização de painéis fotovoltaicos com o uso de sensores de baixo custo. Diversos experimentos foram realizados utilizando um painel fotovoltaico de 80W, em diferentes dias e horários do ano para prover uma base de dados para análise. A partir dos dados coletados de variáveis elétricas e ambientais relevantes, foi possível obter as curvas características experimentais do painel em diferentes condições operacionais. Além dos dados experimentais, foram utilizadas simulações computacionais para obtenção das curvas características baseadas no modelo de dois diodos. As curvas características reais e simuladas foram comparadas nas análises. Pôde-se constatar que para algumas faixas de radiação incidente e temperatura o modelo prevê uma geração de energia menor que a medida em campo. Essa previsão menor de energia pelo modelo utilizado pode afetar o projeto dos sistemas fotovoltaicos, uma vez que, esses sistemas utilizam uma quantidade elevada de módulos fotovoltaicos. Apresenta-se análises relacionadas ao impacto da massa de ar na distribuição da radiação para as faixas do espectro solar avaliadas (UV, visível e global) além da influência da temperatura. Os resultados obtidos podem ser utilizados para a obtenção de modelos mais precisos e demonstram a importância de se realizar a caracterização dos módulos em condições reais de operação.
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.
Inteligência computacional aplicada na previsão de máxima potência em concentradores fotovoltaicos
(Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São João del-Rei, 2017-12-29) Barbosa, Alan; Jota, Patrícia Romeiro da Silva; http://lattes.cnpq.br/0977994271668461; Patrícia Romeiro da Silva Jota; Agnaldo José da Rocha Reis; Eduardo Gonzaga da Silveira
As peculiaridades dos módulos de Concentração Fotovoltaica CPV) tornam muito difícil estimar a potência de saída. Existem alguns métodos para estimar a potência máxima para uma dada condição de irradiação de um modulo CPV que fornece bons resultados, mas não são fáceis de aplicar. Este artigo propõem um modelo baseado em Redes Neurais Artificiais (RNAs) para prever a potência máxima gerada de um módulo CPV usando parâmetros atmosféricos facilmente mensuráveis. Para este fim, um grupo de parâmetros atmosféricos juntamente com a potência máxima de um módulo CPV foram medidos ao longo do ano de 2015 em Belo Horizonte. Os resultados mostraram que com o uso dos parâmetros atmosféricos utilizados juntamente com a irradiação solar, a RNA proposta é capaz de estimar a potência máxima de um módulo CPV com um erro médio quadrático de 5,27%.

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