A Gm-C bump equalizer for low-voltage low-power applications

A low-voltage low-power 2nd-order CMOS pseudo-differential bump-equalizer is presented. Its topology comprises a bandpass section with adjustable center frequency and quality factor, together with a programmable current amplifier. The basic building blocks are triode-operating transconductors, tunable by means of either a DC voltage or a digitally controlled current divider. The bump-equalizer as part of a battery-operated hearing aid device is designed for a 1.4V-supply and a 0.35μm CMOS fabrication process. The circuit performance is supported by a set of simulation results, which indicates a center frequency from 600Hz to 2.4kHz, 1≤Q≤5, and an adjustable gain within ±6dB at center frequency. The filter dynamic range lies around 40dB. Quiescent consumption is kept below 12μW for any configuration of the filter.

An AC voltage regulator with high-power-factor, and control using a FPGA device

This paper presents the analysis, design, simulation, and experimental results for a high frequency high Power-Factor (PF) AC (Alternate Current) voltage regulator, using a Sepic converter as power stage. The control technique employed to impose a sinusoidal input current waveform, with low Total Harmonic Distortion (THD), is the sinusoidal variable hysteresis control. The control technique was implemented in a FPGA (Field Programmable Gate Array) device, using a Hardware Description Language (VHDL). Through the use of the proposed control technique, the AC voltage regulator performs active power-factor correction, and low THD in the input current, for linear and non-linear loads, satisfying the requirements of the EEC61000-3-2 standards. Experimental results from an example prototype, designed for 300W of nominal output power, 50kHz (switching frequency), and 127Vrms of nominal input and output voltages, are presented in order to validate the proposed AC regulator. © 2005 IEEE.

A multisampling time-domain CMOS imager with synchronous readout circuit

A novel multisampling time-domain architecture for CMOS imagers with synchronous readout and wide dynamic range is proposed. The architecture was implemented in a prototype of imager with 32x32 pixel array fabricated in AMS CMOS 0.35νm and was characterized for sensitivity and color response. The pixel is composed of an n+/psub photodiode, a comparator and a D flip-flop having 16% fill-factor and 30νmx26νm dimensions. The multisampling architecture requires only a 1 bit per pixel memory instead of 8 bits which is typical for time-domain active pixel architectures. The advantage is that the number of transistors in the pixel is low, saving area and providing higher fill-factor. The maximum frame rate is analyzed as a function of number of bits and array size. The analysis shows that it is possible to achieve high frame rates and operation in video mode with 10 bits. Also, we present analysis for the impact of comparator offset voltage in the fixed pattern noise. Copyright 2007 ACM.

Voltage regulator modeling for the three-phase power flow in distribution networks

In this paper a three-phase power flow for electrical distribution systems considering different models of voltage regulators is presented. A voltage regulator (VR) is an equipment that maintains the voltage level in a predefined value in a distribution line in spite of the load variations within its nominal power. Three different types of connections are analyzed: 1) wye-connected regulators, 2) open delta-connected regulators and 3) closed delta-connected regulators. To calculate the power flow, the three-phase backward/forward sweep algorithm is used. The methodology is tested on the IEEE 34 bus distribution system. ©2008 IEEE.

Design of a CMOS voltage reference using current-model approach

A voltage reference with low sensibility to temperature and power-supply that can generate flexible reference values (from milivolts to several volts) is proposed. Designed for AMS 0.35μm CMOS process, the circuit provides a stable output voltage working in the temperature range of -40-150°C. The proposed reference provides a nominal output voltage of 1.358V with a power-supply of 3.3V. © 2011 IEEE.

Bandgap voltage reference with low susceptibility to electromagnetic interference (EMI)

In this paper, the susceptibility of a current-mode bandgap voltage reference to electromagnetic interference (EMI) superimposed to the power supply is investigated by simulation. Designed for AMS 0.35 CMOS process, the circuit provides a stable voltage reference in the temperature range of -40-150°C. When EMI disturbances are present, the circuit exhibits only 6.7 mV of offset for interfering signals in the frequency range of 150 kHz-1 GHz. © 2011 ACM.

Reference generator for voltage controlled power conditioners

Voltage reference generation is an important issue on electronic power conditioners or voltage compensators connected to the electric grid. Several equipments, such as Dynamic Voltage Restorers (DVR), Uninterruptable Power Supplies (UPS) and Unified Power Quality Conditioners (UPQC) need a proper voltage reference to be able to compensate electric network disturbances. This work presents a new reference generator's algorithm, based on vector algebra and digital filtering techniques. It is particularly suited for the development of voltage compensators with energy storage, which would be able to mitigate steady state disturbances, such as waveform distortions and unbalances, and also transient disturbances, like voltage sags and swells. Simulation and experimental results are presented for the validation of the proposed algorithm. © 2011 IEEE.

Sistema de aterramento com cabo contrapeso representado por linhas de transmissão implementado em Matlab com circuitos em cascatas de PÍ

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Análise da área de vulnerabilidade e estabilidade de tensão em sistemas elétricos com a inserção de parques eólicos

A presente dissertação de mestrado avalia os afundamentos e a estabilidade de tensão de um sistema elétrico real com inserção de parques eólicos. Os estudos de afundamentos de tensão servem de base para a determinação das áreas de vulnerabilidade do sistema elétrico, nas quais, por sua vez, são investigados os aspectos referentes à instabilidade de tensão ocasionada pela integração de parques eólicos com geradores assíncronos. Para este fim, é utilizado o programa computacional ANAQUALI, desenvolvido pelo CEPEL (Centro de Pesquisas de Energia Elétrica). No estudo do comportamento dinâmico da tensão decorrente de curto-circuito, no qual o sistema eólico é inserido nas concepções de velocidade fixa e velocidade variável, utiliza-se um programa computacional desenvolvido no aplicativo MATLABTM. Os resultados dessas simulações evidenciam que o sistema eólico de velocidade variável proporciona uma maior margem de estabilidade de tensão ao sistema elétrico, devido à presença do controle de velocidade e de tensão. Estes estudos não são comumente aplicados aos sistemas de geração distribuída, e por isso, esta dissertação contribui também neste aspecto, podendo seus resultados servir de base para o planejamento de centrais cólicas inseridas em sistemas elétricos convencionais.

Análise eletromagnética de cabos OPGW utilizando métodos numérico e analítico

Este trabalho apresenta o estudo eletromagnético de cabos OPGW (Optical Ground Wire) os quais têm dupla função: de pára-raios para linhas de transmissão de alta tensão e de canal de comunicação através de fibras ópticas embutidas na estrutura do cabo. Descargas atmosféricas ou curtos-circuitos podem comprometer a integridade do cabo, devido ao aquecimento nas regiões onde há maior concentração de corrente. Para a análise deste problema foram feitos cálculos eletromagnéticos relacionando-os aos efeitos térmicos no cabo. Nesta análise foram consideradas três diferentes geometrias: o modelo de cabo real, o modelo de cabo com camadas homogêneas e o modelo de cabo com uma camada modificada; esta modificação está relacionada à forma geométrica dos fios da armação do cabo. As ferramentas utilizadas em tal estudo foram o software comercial FEMLAB Multiphysics, baseado no método dos elementos finitos, e um método analítico desenvolvido a partir das equações de Maxwell no domínio da freqüência, que foi implementado utilizando o software MATLAB. Os principais resultados deste trabalho são gráficos de distribuição de densidade de corrente na seção reta do cabo para diferentes freqüências, estudo do efeito pelicular e do efeito de proximidade entre os condutores do cabo.

Avaliação de estratégias de controle de potência reativa de aerogeradores síncronos em redes elétricas

No presente trabalho é avaliada uma metodologia de injeção de potência reativa em redes elétricas durante afundamentos de tensão provocados por curto-circuito, em parques eólicos interligados, adotada em alguns países com maturidade tecnológica na produção de energia eólica. Nos estudos desenvolvidos, foi utilizado o aerogerador síncrono a imã permanente com conversor pleno em função da grande controlabilidade do conversor interligado à rede e por possuir elevada capacidade de fornecimento de potência reativa, comparada a outras tecnologias de aerogeradores. No Brasil, os requisitos de interligação de parques eólicos as redes elétricas, definido pelo Operador Nacional do Sistema, ainda não estipula a necessidade de adoção de tal metodologia durante defeitos na rede elétrica, apenas especifica a curva de capacidade de afundamentos de tensão que os aerogeradores devem seguir para evitar o desligamento frente a afundamentos de tensão. Os critérios de proteção do aerogerador síncrono são avaliados a partir de simulações de curto-circuito em uma rede de teste adotando-se os requisitos do Brasil, sem injeção de potência reativa, sendo comparados com o de outros países que adotam curvas de injeção de potência reativa.

Impactos na qualidade da energia elétrica provenientes do rápido crescimento da demanda no Sudeste do Estado do Pará

Nos últimos anos, o desenvolvimento sócio econômico da Região Sudeste do Estado do Pará, tem sido causado principalmente pela exploração e processamento industrial de minérios, que agregado ao crescimento populacional, tem gerado grande evolução na demanda do consumo de energia elétrica, devido à instalação cada vez mais crescente de novas cargas industriais, comerciais, residenciais e rurais monofásicas. Todo esse aumento de carga já está impactando diretamente o desempenho das subestações distribuidoras da Concessionária de Energia Elétrica, no que tange a manifestação de distúrbios de regime permanente causados por harmônicas, tais como zumbidos em transformador de força e rompimento de condutores de média tensão. Estes distúrbios são apresentado em um estudo de caso envolvendo as Subestações (SE´s) Itacaiúnas e Itupiranga. Para comprovar a nocividade desses distúrbios nessas SE´s, foram realizadas campanhas de medição para obtenção de resultados práticos e, então, executadas simulações envolvendo estudos de curtocircuito, fluxo de carga e propagação de harmônicos, de forma a se obter um diagnóstico analítico sobre as situações encontradas e assim, ser possível emitir recomendações para a mitigação dos problemas detectados. Este trabalho será de grande valia à Concessionária de Energia Elétrica, podendo ser tomado como uma das referências para estudos de qualidade de energia elétrica, em outras subestações, além de dar embasamento experimental às futuras cobranças da ANEEL, com relação à implantação dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (PRODIST).

Desenvolvimento e implementação de estratégias de controle digital para regulação de tensão e amortecimento de oscilações eletromecânicas em um gerador síncrono de 10kVA

Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle digital para regulação automática de tensão e para o amortecimento de oscilações eletromecânicas em um sistema de potência em escala reduzida de 10kVA, localizado no Laboratório de Controle de Sistemas de Potência (LACSPOT), da Universidade Federal do Pará (UFPA). O projeto dos dois controladores é baseado na técnica de alocação polinomial de polos. Para o projeto do Regulador Automático de Tensão (RAT) foi adotado um modelo simplificado, de primeira ordem, da máquina síncrona, cujos parâmetros foram levantados experimentalmente. Para o controlador amortecedor, por sua vez, também chamado de Estabilizador de Sistemas de Potência (ESP), foi utilizado um modelo discreto, do tipo auto regressivo com entrada exógena (ARX). Este modelo foi estimado por meio de técnicas de identificação paramétrica, considerando para tal, o conjunto motor-gerador interligado a um sistema de maior porte (concessionária de energia elétrica). As leis de controle foram embarcadas em um microcontrolador de alto desempenho e, para a medição dos sinais utilizados nos controladores, foi desenvolvida uma instrumentação eletrônica baseada em amplificadores operacionais para o condicionamento dos sinais dos sensores. O sinal de controle é baseado na técnica de modulação por largura de pulso (PWM) e comanda o valor médio da tensão de um conversor CC-CC, o qual é utilizado como circuito de excitação que energiza o enrolamento de campo do gerador. Além disso, o acionamento elétrico das máquinas que compõem o grupo gerador de 10kVA foi projetado e automatizado somando segurança aos operadores e ao componentes deste sistema de geração. Os resultados experimentais demonstraram o bom desempenho obtido pela estratégia proposta.

Teaching general concepts about sensors and transfer functions with a voltage divider

This work proposes the use of a simple voltage divider circuit composed by one potentiometer and one resistor to simulate the behavior of the electrical output signal of linear and nonlinear sensors. It is a low cost way to implement practical experiments in classroom and it also enables the analysis of interesting topics of electricity. This work induces naturally to a class guide where students can build and characterize a voltage divider to explore several concepts about sensors output signal. As the result of this teaching activity it is expected that students understand fundamentals of voltage divider, potentiometer operation, fundamental sensor characteristics, transfer function, and, besides, associate directly concepts of physics and mathematics with a practical approach.

Chaos control and sensitivity analysis of a double pendulum arm excited by an RLC circuit based nonlinear shaker

In this paper the dynamical interactions of a double pendulum arm and an electromechanical shaker is investigated. The double pendulum is a three degree of freedom system coupled to an RLC circuit based nonlinear shaker through a magnetic field, and the capacitor voltage is a nonlinear function of the instantaneous electric charge. Numerical simulations show the existence of chaotic behavior for some regions in the parameter space and this behaviour is characterized by power spectral density and Lyapunov exponents. The bifurcation diagram is constructed to explore the qualitative behaviour of the system. This kind of electromechanical system is frequently found in robotic systems, and in order to suppress the chaotic motion, the State-Dependent Riccati Equation (SDRE) control and the Nonlinear Saturation control (NSC) techniques are analyzed. The robustness of these two controllers is tested by a sensitivity analysis to parametric uncertainties.