Demand response programs definition supported by clustering and classification techniques

The growing importance and influence of new resources connected to the power systems has caused many changes in their operation. Environmental policies and several well know advantages have been made renewable based energy resources largely disseminated. These resources, including Distributed Generation (DG), are being connected to lower voltage levels where Demand Response (DR) must be considered too. These changes increase the complexity of the system operation due to both new operational constraints and amounts of data to be processed. Virtual Power Players (VPP) are entities able to manage these resources. Addressing these issues, this paper proposes a methodology to support VPP actions when these act as a Curtailment Service Provider (CSP) that provides DR capacity to a DR program declared by the Independent System Operator (ISO) or by the VPP itself. The amount of DR capacity that the CSP can assure is determined using data mining techniques applied to a database which is obtained for a large set of operation scenarios. The paper includes a case study based on 27,000 scenarios considering a diversity of distributed resources in a 33 bus distribution network.

New insights on integer-programming models for the kidney exchange problem

In recent years several countries have set up policies that allow exchange of kidneys between two or more incompatible patient–donor pairs. These policies lead to what is commonly known as kidney exchange programs. The underlying optimization problems can be formulated as integer programming models. Previously proposed models for kidney exchange programs have exponential numbers of constraints or variables, which makes them fairly difficult to solve when the problem size is large. In this work we propose two compact formulations for the problem, explain how these formulations can be adapted to address some problem variants, and provide results on the dominance of some models over others. Finally we present a systematic comparison between our models and two previously proposed ones via thorough computational analysis. Results show that compact formulations have advantages over non-compact ones when the problem size is large.

Non-gyrator type active inductors

Modern CMOS radio frequency (RF) Receivers have enabled efficient and increasing applications. The main requirement is to have system in a single chip, in order to minimize area and cost. For the purpose it is required the development of inductorless circuits for the key blocks of an RF receiver. Examples of this key blocks are RC oscillators, RF band pass filters, and Low Noise Amplifiers. The present dissertation presents an inductorless wideband MOSFET-only RF Non-Gyrator Type of Active Inductors with low area, low cost, and very low power, capable of covering the whole WMTS, and ISM, band and intended for biomedical applications. The proposed circuit is based on a floating capacitor connected between two controlled current sources. The first current source, which is controlled by the circuit input voltage, has two objectives: supply current to the capacitor (

The non-emergency patient transport modelled as a team orienteering problem

This work presents an improved model to solve the non-emergency patients transport (NEPT) service issues given the new rules recently established in Portugal. The model follows the same principle of the Team Orienteering Problem by selecting the patients to be included in the routes attending the maximum reduction in costs when compared with individual transportation. This model establishes the best sets of patients to be transported together. The model was implemented in AMPL and a compact formulation was solved using NEOS Server. A heuristic procedure based on iteratively solving Orienteering Problems is presented, and this heuristic provides good results in terms of accuracy and computation time. Euclidean instances as well as asymmetric real data gathered from Google maps were used, and the model has a promising performance mainly with asymmetric cost matrices.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Voltage-gated sodium channel expression in mouse DRG after SNI leads to re-evaluation of projections of injured fibers.

BACKGROUND: Dysregulation of voltage-gated sodium channels (Na(v)s) is believed to play a major role in nerve fiber hyperexcitability associated with neuropathic pain. A complete transcriptional characterization of the different isoforms of Na(v)s under normal and pathological conditions had never been performed on mice, despite their widespread use in pain research. Na(v)s mRNA levels in mouse dorsal root ganglia (DRG) were studied in the spared nerve injury (SNI) and spinal nerve ligation (SNL) models of neuropathic pain. In the SNI model, injured and non-injured neurons were intermingled in lumbar DRG, which were pooled to increase the tissue available for experiments. RESULTS: A strong downregulation was observed for every Na(v)s isoform expressed except for Na(v)1.2; even Na(v)1.3, known to be upregulated in rat neuropathic pain models, was lower in the SNI mouse model. This suggests differences between these two species. In the SNL model, where the cell bodies of injured and non-injured fibers are anatomically separated between different DRG, most Na(v)s were observed to be downregulated in the L5 DRG receiving axotomized fibers. Transcription was then investigated independently in the L3, L4 and L5 DRG in the SNI model, and an important downregulation of many Na(v)s isoforms was observed in the L3 DRG, suggesting the presence of numerous injured neurons there after SNI. Consequently, the proportion of axotomized neurons in the L3, L4 and L5 DRG after SNI was characterized by studying the expression of activating transcription factor 3 (ATF3). Using this marker of nerve injury confirmed that most injured fibers find their cell bodies in the L3 and L4 DRG after SNI in C57BL/6 J mice; this contrasts with their L4 and L5 DRG localization in rats. The spared sural nerve, through which pain hypersensitivity is measured in behavioral studies, mostly projects into the L4 and L5 DRG. CONCLUSIONS: The complex regulation of Na(v)s, together with the anatomical rostral shift of the DRG harboring injured fibers in C57BL/6 J mice, emphasize that caution is necessary and preliminary anatomical experiments should be carried out for gene and protein expression studies after SNI in mouse strains.

Effect of a temperature increase in the non-noxious range on proton-evoked ASIC and TRPV1 activity.

Acid-sensing ion channels (ASICs) are neuronal H(+)-gated cation channels, and the transient receptor potential vanilloid 1 channel (TRPV1) is a multimodal cation channel activated by low pH, noxious heat, capsaicin, and voltage. ASICs and TRPV1 are present in sensory neurons. It has been shown that raising the temperature increases TRPV1 and decreases ASIC H(+)-gated current amplitudes. To understand the underlying mechanisms, we have analyzed ASIC and TRPV1 function in a recombinant expression system and in dorsal root ganglion (DRG) neurons at room and physiological temperature. We show that temperature in the range studied does not affect the pH dependence of ASIC and TRPV1 activation. A temperature increase induces, however, a small alkaline shift of the pH dependence of steady-state inactivation of ASIC1a, ASIC1b, and ASIC2a. The decrease in ASIC peak current amplitudes at higher temperatures is likely in part due to the observed accelerated open channel inactivation kinetics and for some ASIC types to the changed pH dependence of steady-state inactivation. The increase in H(+)-activated TRPV1 current at the higher temperature is at least in part due to a hyperpolarizing shift in its voltage dependence. The contribution of TRPV1 relative to ASICs to H(+)-gated currents in DRG neurons increases with higher temperature and acidity. Still, ASICs remain the principal pH sensors of DRG neurons at 35°C in the pH range ≥6.

Classical solutions of the leading-logarithm approximation with non-trivial topology

Exact solutions of the classical equations corresponding to the leading-logarithm approximation are obtained. They are classified by an (integer) topological number.

Which change talk dimensions are associated with subsequent drinking among young men receiving a brief motivational intervention in a non-clinical setting?

Background: Patient change talk (CT) during brief motivational interventions (BMI) has been linked with subsequent changes in drinking in clinical settings but this link has not been clearly established among young people in non-clinical populations. Objective: To determine which of several CT dimensions assessed during an effective BMI delivered in a non-clinical setting to 20-year old men are associated with drinking 6 months later. Methods: Of 125 individuals receiving a face-to-face BMI session (15.8 ± 5.4 minutes), we recorded and coded a subsample of 42 sessions using the Motivational Interviewing Skill Code 2.1. Each patient change talk utterance was categorized as `Reason´, `Ability´, `Desire´, `Need´, `Commitment´, `Taking steps´, or `Other´. Each utterance was graded according to its strength (absolute value from 1 to 3) and direction (i.e. towards (positive sign) or away (negative sign) from change/in favor of status quo). `Ability´, `Desire´, and `Need´ to change (`ADN´) were grouped together since these codes were too scarce to conduct analyses. Mean strength scores over the entire session were computed for each dimension and later dichotomized in towards change (i.e. mean core > 0) and away from change/in favor of status quo. Negative binomial regression models were used to assess the relationship between CT dimensions and drinking 6 months later, adjusting for drinking at baseline. Results: Compared to subjects with a `Taking steps´ score away from change/in favor of status quo, subjects with a positive `Taking steps´ score reported significantly less drinking 6 months later (Incidence Rate Ration [IRR] for drinks per week: 0.56, 95% Confidence Interval [CI] 0.31, 1.00). IRR (95%CI) for subjects with a positive `ADN´ score was 0.58, (0.32, 1.03). For subjects with a positive `Reason´, `Commitment´, and `Other´ scores, IRR (95%CI) were 1.28 (0.77; 2.12) 1.63 (0.85; 3.14) and 1.03 (0.61; 1.72), respectively. Conclusion: A change talk dimension reflecting steps taken towards change (`Taking steps´) is associated with less drinking 6 months later among young men receiving a BMI in a non-clinical setting. Encouraging patients to take steps towa change may be a worthy objective for clinicians and may explain BMI efficacy.

ASTRAL-R score predicts non-recanalisation after intravenous thrombolysis in acute ischaemic stroke.

Intravenous thrombolysis (IVT) as treatment in acute ischaemic strokes may be insufficient to achieve recanalisation in certain patients. Predicting probability of non-recanalisation after IVT may have the potential to influence patient selection to more aggressive management strategies. We aimed at deriving and internally validating a predictive score for post-thrombolytic non-recanalisation, using clinical and radiological variables. In thrombolysis registries from four Swiss academic stroke centres (Lausanne, Bern, Basel and Geneva), patients were selected with large arterial occlusion on acute imaging and with repeated arterial assessment at 24 hours. Based on a logistic regression analysis, an integer-based score for each covariate of the fitted multivariate model was generated. Performance of integer-based predictive model was assessed by bootstrapping available data and cross validation (delete-d method). In 599 thrombolysed strokes, five variables were identified as independent predictors of absence of recanalisation: Acute glucose > 7 mmol/l (A), significant extracranial vessel STenosis (ST), decreased Range of visual fields (R), large Arterial occlusion (A) and decreased Level of consciousness (L). All variables were weighted 1, except for (L) which obtained 2 points based on β-coefficients on the logistic scale. ASTRAL-R scores 0, 3 and 6 corresponded to non-recanalisation probabilities of 18, 44 and 74 % respectively. Predictive ability showed AUC of 0.66 (95 %CI, 0.61-0.70) when using bootstrap and 0.66 (0.63-0.68) when using delete-d cross validation. In conclusion, the 5-item ASTRAL-R score moderately predicts non-recanalisation at 24 hours in thrombolysed ischaemic strokes. If its performance can be confirmed by external validation and its clinical usefulness can be proven, the score may influence patient selection for more aggressive revascularisation strategies in routine clinical practice.

The effect of diet and parasite load on female phonotaxis in the Texas field cricket, Gryllus integer

Female crickets respond selectively to variations in species-specific male calling songs. This selectivity has been shown to be age-dependent; older females are less choosy. However, female quality should also affect female selectivity. The effect of female quality on mate choice was examined in Gryllus integer by comparing the phonotactic responses of females on different diets and with different parasite loads to various synthetic models of conspecific calling song. Test females were virgin, 11-14 days old, and had been maintained on one of five diets varying in protein and fat content. Phonotaxis was quantified using a non-compensating Kugel treadmill which generates vector scores incorporating the speed and direction of movement of each female. Test females were presented with four calling song models which differed in pulse rate, but were still within the natural range of the species for the experimental temperature. After testing, females were dissected and the number of gregarine parasites within the digestive tract counted. There were no significant effects of either diet or parasitism on female motivation to mate although the combined effects of these variables seem to have an effect with no apparent trend. Control females did not discriminate among song types, but there was a trend of female preferences for lower pulse rates which are closest to the mean pulse rate for the species. Heavily parasitized females did not discriminate among pulse rates altho~gh there was a similar trend of high vector scores for low pulse rates. Diet, however, affected selectivity with poorly-fed females showing significantly high vector scores for pulse rates near the species mean. Such findings raise interesting questions about energy allocation and costs and risks of phonotaxis and mate choice in acoustic Orthoptera. These results are discussed in terms of sexual selection and female mate choice.

Reconstruction active par projection de lumière non structurée

Cette thèse porte sur la reconstruction active de modèles 3D à l’aide d’une caméra et d’un projecteur. Les méthodes de reconstruction standards utilisent des motifs de lumière codée qui ont leurs forces et leurs faiblesses. Nous introduisons de nouveaux motifs basés sur la lumière non structurée afin de pallier aux manques des méthodes existantes. Les travaux présentés s’articulent autour de trois axes : la robustesse, la précision et finalement la comparaison des patrons de lumière non structurée aux autres méthodes. Les patrons de lumière non structurée se différencient en premier lieu par leur robustesse aux interréflexions et aux discontinuités de profondeur. Ils sont conçus de sorte à homogénéiser la quantité d’illumination indirecte causée par la projection sur des surfaces difficiles. En contrepartie, la mise en correspondance des images projetées et capturées est plus complexe qu’avec les méthodes dites structurées. Une méthode d’appariement probabiliste et efficace est proposée afin de résoudre ce problème. Un autre aspect important des reconstructions basées sur la lumière non structurée est la capacité de retrouver des correspondances sous-pixels, c’est-à-dire à un niveau de précision plus fin que le pixel. Nous présentons une méthode de génération de code de très grande longueur à partir des motifs de lumière non structurée. Ces codes ont l’avantage double de permettre l’extraction de correspondances plus précises tout en requérant l’utilisation de moins d’images. Cette contribution place notre méthode parmi les meilleures au niveau de la précision tout en garantissant une très bonne robustesse. Finalement, la dernière partie de cette thèse s’intéresse à la comparaison des méthodes existantes, en particulier sur la relation entre la quantité d’images projetées et la qualité de la reconstruction. Bien que certaines méthodes nécessitent un nombre constant d’images, d’autres, comme la nôtre, peuvent se contenter d’en utiliser moins aux dépens d’une qualité moindre. Nous proposons une méthode simple pour établir une correspondance optimale pouvant servir de référence à des fins de comparaison. Enfin, nous présentons des méthodes hybrides qui donnent de très bons résultats avec peu d’images.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.

Étude structurale et fonctionnelle du canal potassium dépendant du voltage KvAP

Les canaux ioniques dépendants du voltage sont responsables de l'initiation et de la propagation des potentiels d'action dans les cellules excitables. De nombreuses maladies héréditaires (channelopathies) sont associées à un contrôle défectueux du voltage par ces canaux (arythmies, épilepsie, etc.). L’établissement de la relation structure-fonction exacte de ces canaux est donc crucial pour le développement de nouveaux agents thérapeutiques spécifiques. Dans ce contexte, le canal procaryote dépendant du voltage et sélectif au potassium KvAP a servi de modèle d’étude afin d’approfondir i) le processus du couplage électromécanique, ii) l’influence des lipides sur l’activité voltage-dépendante et iii) l’inactivation de type closed-state. Afin de pallier à l’absence de données structurales dynamiques du côté cytosolique ainsi que de structure cristalline dans l’état fermé, nous avons mesuré le mouvement du linker S4-S5 durant le gating par spectroscopie de fluorescence (LRET). Pour ce faire, nous avons utilisé une technique novatrice du contrôle de l’état conformationnel du canal en utilisant les lipides (phospholipides et non phospholipides) au lieu du voltage. Un modèle dans l’état fermé a ainsi été produit et a démontré qu’un mouvement latéral modeste de 4 Å du linker S4-S5 est suffisant pour mener à la fermeture du pore de conduction. Les interactions lipides - canaux jouent un rôle déterminant dans la régulation de la fonction des canaux ioniques mais ne sont pas encore bien caractérisées. Nous avons donc également étudié l’influence de différents lipides sur l’activation voltage - dépendante de KvAP et mis en évidence deux sites distincts d’interactions menant à des effets différents : au niveau du senseur de voltage, menant au déplacement de la courbe conductance-voltage, et du côté intracellulaire, influençant le degré de la pente de cette même courbe. Nous avons également démontré que l’échange de lipides autour de KvAP est extrêmement limité et affiche une dépendance à l’état conformationnel du canal, ne se produisant que dans l’état ouvert. KvAP possède une inactivation lente particulière, accessible depuis l'état ouvert. Nous avons étudié les effets de la composition lipidique et de la température sur l'entrée dans l'état inactivé et le temps de récupération. Nous avons également utilisé la spectroscopie de fluorescence (quenching) en voltage imposé afin d'élucider les bases moléculaires de l’inactivation de type closed-state. Nous avons identifié une position à la base de l’hélice S4 qui semble impliquée à la fois dans le mécanisme responsable de ce type d'inactivation et dans la récupération particulièrement lente qui est typique du canal KvAP.

FEM based Virtual Prototyping and Design of Third Harmonic Excitation System for Low Voltage Brushless Alternators

Salient pole brushless alternators coupled to IC engines are extensively used as stand-by power supply units for meeting in- dustrial power demands. Design of such generators demands high power to weight ratio, high e ciency and low cost per KVA out- put. Moreover, the performance characteristics of such machines like voltage regulation and short circuit ratio (SCR) are critical when these machines are put into parallel operation and alterna- tors for critical applications like defence and aerospace demand very low harmonic content in the output voltage. While designing such alternators, accurate prediction of machine characteristics, including total harmonic distortion (THD) is essential to mini- mize development cost and time. Total harmonic distortion in the output voltage of alternators should be as low as possible especially when powering very sophis- ticated and critical applications. The output voltage waveform of a practical AC generator is replica of the space distribution of the ux density in the air gap and several factors such as shape of the rotor pole face, core saturation, slotting and style of coil disposition make the realization of a sinusoidal air gap ux wave impossible. These ux harmonics introduce undesirable e ects on the alternator performance like high neutral current due to triplen harmonics, voltage distortion, noise, vibration, excessive heating and also extra losses resulting in poor e ciency, which in turn necessitate de-rating of the machine especially when connected to non-linear loads. As an important control unit of brushless alternator, the excitation system and its dynamic performance has a direct impact on alternator's stability and reliability. The thesis explores design and implementation of an excitation i system utilizing third harmonic ux in the air gap of brushless al- ternators, using an additional auxiliary winding, wound for 1=3rd pole pitch, embedded into the stator slots and electrically iso- lated from the main winding. In the third harmonic excitation system, the combined e ect of two auxiliary windings, one with 2=3rd pitch and another third harmonic winding with 1=3rd pitch, are used to ensure good voltage regulation without an electronic automatic voltage regulator (AVR) and also reduces the total harmonic content in the output voltage, cost e ectively. The design of the third harmonic winding by analytic methods demands accurate calculation of third harmonic ux density in the air gap of the machine. However, precise estimation of the amplitude of third harmonic ux in the air gap of a machine by conventional design procedures is di cult due to complex geome- try of the machine and non-linear characteristics of the magnetic materials. As such, prediction of the eld parameters by conven- tional design methods is unreliable and hence virtual prototyping of the machine is done to enable accurate design of the third har- monic excitation system. In the design and development cycle of electrical machines, it is recognized that the use of analytical and experimental methods followed by expensive and in exible prototyping is time consum- ing and no longer cost e ective. Due to advancements in com- putational capabilities over recent years, nite element method (FEM) based virtual prototyping has become an attractive al- ternative to well established semi-analytical and empirical design methods as well as to the still popular trial and error approach followed by the costly and time consuming prototyping. Hence, by virtually prototyping the alternator using FEM, the important performance characteristics of the machine are predicted. Design of third harmonic excitation system is done with the help of results obtained from virtual prototype of the machine. Third harmonic excitation (THE) system is implemented in a 45 KVA ii experimental machine and experiments are conducted to validate the simulation results. Simulation and experimental results show that by utilizing third harmonic ux in the air gap of the ma- chine for excitation purposes during loaded conditions, triplen harmonic content in the output phase voltage is signi cantly re- duced. The prototype machine with third harmonic excitation system designed and developed based on FEM analysis proved to be economical due to its simplicity and has the added advan- tage of reduced harmonics in the output phase voltage.