Search

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um driver de LEDs para iluminação pública com entrada universal de tensão e controle de intensidade luminosa, que utiliza uma conexão de reduzido processamento redundante de energia. É destacada a necessidade de drivers para o acionamento de LEDs e uma revisão dos meios de acionamento é apresentada. É realizada uma revisão da vida útil dos drivers e discutidas alternativas de tornar compatível a vida útil do driver com a do LED. ´E apresentada uma revisão das topologias utilizadas em drivers e definida a utilização da cascata parcial. São definidos os conversores SEPIC no modo de condução descontínua para o estágio de correção de fator de potência e o conversor flyback também no modo de condução descontínua para o estágio de controle de potência. Os conversores são modelados pelo modelo médio do interruptor e controladores do tipo proporcional-integral são especificados para os conversores. Para obtenção dos resultados práticos é desenvolvido em laboratório um protótipo de 100 W. Os resultados experimentais mostram o funcionamento do driver proposto para variação da tensão de entrada e variação de potência de saída. A ondulação da corrente de saída é reduzida com a utilização das malhas de controle e todos os pontos de operação estão de acordo com a recomendação prática IEEE Std. 1789-2015. É obtido rendimento acima de 90% em alguns pontos de operação e na faixa de variação da potência de saída de 30% a 100%, o driver atende aos requisitos da norma IEC 61000-3-2 Classe C para toda a faixa de variação da tensão de entrada. This work presents the development of an LED driver for street lighting with universal input voltage and dimming that makes use of a connection with reduced redundant power processing. The need for drivers for powering LEDs is highlighted, and a review of the driving means is presented. A review of the drivers’ lifespan is carried out, and alternatives to make the driver and the LED compatibles in lifespan are discussed. A review of the topologies used in LED drivers is presented, and the partial cascade connection is selected. The SEPIC converter in discontinuous conduction mode is defined for the power factor correction stage, and the flyback converter also in the discontinuous conduction mode is set for the power control stage. The converters are modeled by the average switch model, and proportional-integral controllers are specified for the converters. To obtain experimental results, a 100 W prototype is built in the laboratory. The experimental results show the operating of the proposed LED driver for variation of the input voltage and variation of output power. The output current ripple is reduced with the control loops, and in all operating points, the flicker complies with the practical recommendation IEEE Std. 1789-2015. Is achieved efficiency above 90% is some operating points, and the 30% to 100% output power range the driver meets the requirements of IEC 61000-3-2 Class C for the entire input voltage range.

CAPES Esta dissertação apresenta um estudo comparativo entre dois modos de conexão de conversores CC-CC empregados em lâmpadas LED para iluminação pública. Uma das conexões é baseada na técnica conhecida como Reduced Redundant Power Processing e a outra é a conexão série de conversores estáticos. Os conversores SEPIC e buck-boost foram implementados, respectivamente, nos estágios de correção do fator de potência e controle de potˆencia demandada pela carga. Ambos os conversores operam em modo de condução descontínua de corrente. Protótipos de 70 W foram implementados para os dois tipos de conexão. Os resultados experimentais obtidos mostram o desempenho de cada tipo de conexão. Ambas as conexões estão em conformidade à norma IEC 61000-3-2 Classe C e as recomendações práticas IEEE Std 1789-2015. ´E realizada uma discussão sobre as vantagens e desvantagens de cada modo em estudo. This work presents a comparative study between two different connections of DC-DC converters used in LED lamps for street lighting. One of the connections is based on the technique known as Reduced Redundant Power Processing and the other one is the series connection of static converters. The SEPIC and buck-boost converters were implemented, respectively, in the power factor correction and power control demanded by the load stages. Both of the converters operate in the discontinuous conduction mode of current. Prototypes of 70 W were developed for the two connection types. The experimental results obtained shows the performance of each connection type. Both of the connections are in compliance with the IEC 61000-3-2 Class C standard and the practicals recommendations IEEE Std 1789-2015. A discussion is realized about the advantages and disadvantages of each connection type.

A matriz energética mundial é bastante dependente das fontes não renováveis de energia, assim, a adoção de novas tecnologias e estratégias que visem à eficiência energética são ações fundamentais, face às mudanças climáticas, escassez dos recursos naturais e demanda crescente de energia. Nesse sentido, o progresso autônomo da tecnologia dos LEDs, do inglês “Light-Emitting Diode”, e o progresso induzido, praticado pelo governo brasileiro, em eficiência energética são alavancas propulsoras para o crescimento das medidas de conservação de energia em todos os setores da economia. Nesse contexto, o presente trabalho vem propor uma metodologia que busca reduzir o consumo de energia elétrica na Administração Pública. O método proposto é aplicado em um estudo de caso na Superintendência do Desenvolvimento da Amazônia (SUDAM), uma Autarquia Federal, utilizando-se, em um primeiro momento, de um pré-diagnóstico energético capaz de embasar a implementação de Ações de Eficiência Energética (AEE) por meio de medidas técnico-administrativas e, em um segundo momento, amparado por um diagnóstico energético aprofundado no sistema de iluminação artificial, sugere e emprega o LED na iluminação artificial de alguns ambientes da SUDAM. Para subsidiar a metodologia proposta é utilizado o software RETScreen® e a metodologia do Guia de M&V (Medição e Verificação) da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) tendo como premissas, respectivamente, analisar a oportunidade percebida no diagnóstico energético e quantificar os resultados obtidos admitindo a substituição de todas as lâmpadas antigas por lâmpadas LED. O trabalho apresenta os resultados, satisfatórios, provenientes das Ações de Eficiência Energética e conclui também que a utilização do LED na iluminação artificial da SUDAM possui viabilidade de aplicação com recursos próprios da Instituição, configura-se como uma proposta de projeto válida para Chamadas Públicas, que devem ser ofertadas pela concessionária de energia local, no âmbito do Programa de Eficiência Energética (PEE) regulado pela ANEEL, possibilidade de obter a Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) parcial para o sistema de iluminação e ainda servir como parâmetro e motivação para os demais Órgãos do Setor Público. The world energy matrix is a lot dependent of non-renewable energy source, thus, the adoption of new technologies and strategies that aim the Energy Efficiency are actions fundamental, against climate changes, scarcity of natural resources and increase energy demand. This form, an autonomous progress of Lights-Emitting Diodes (LED) technology and an induction progress, practiced for Brasilian Government, in Energy Efficiency are levers to growth action energy conservation in all sectors of the economy. With that intent, this work comes to propose an methodology that search reduce the energy consumption in Public Administration. The method proposed is applied in case study in Amazon Development Superintendence (SUDAM), an Autarchy the Federal, using, in a first moment, of a pre-diagnosis capable of to base the implementation of energy efficiency action by means of steps technical-administrative and, in a second moment, supported by an deep energy diagnosis in artificial lighting system, it suggests and employs the LED in lighting some SUDAM environments. To subsidize the proposed methodology is used the software RETScreen® and the methodology of Measure and Verification Guide of the National Electrical Energy Agency (ANEEL), by having like premise, respectively, an analyze of an opportunity perceived in energy diagnostic and results quantify obtained admitting the renewal of all old lamps for LED lamps. The work presents results, satisfactory, from of energy efficiency actions and it concludes also that use of LED in artificial lighting of SUDAM it has viability application with own resource Institution’s, sets up like a propose valid of project to Calls Public, that must be offered by electrical utility, in ambit of the Efficient Energy Program regulated by the ANEEL, possibility of get National Energy Conservation Label, partial, to lighting system and still serve like parameter and motivation to the other Agencies of Public Sector.

A utilização de luminárias baseadas em diodos emissores de luz (LED) é uma tendência para iluminação de interiores e para iluminação pública devido a sua alta durabilidade e eficiência. Apesar destas características desejáveis impulsionarem a utilização de LEDs na iluminação, a vida útil dos drivers utilizados para o acionamento de LEDs de potência, baseados em topologias tradicionais, pode ser inferior a vida útil do próprio LED. Estes drivers são, geralmente, constituídos de topologias que utilizam capacitores eletrolíticos, que tem baixa vida útil, principalmente, em altas temperaturas de operação. Assim, este trabalho propõe uma luminária LED para iluminação pública que seja baseada em drivers modulares. Esta metodologia, visa o aumento da vida útil dos drivers, bem como a manutenção do funcionamento da lâmpada mesmo quando um dos módulos falhar. O projeto dos drivers eletrônicos e a modelagem matemática dos conversores é apresentada. Além disso, são apresentados resultados experimentais obtidos através de um protótipo com 50W (dois módulos com potência média de 25W, cada um). The use of LED based luminaires is a tendency for both indoor and street lighting, due to its high durability and efficiency. Despite these desirable features propel the use of LEDs on lighting systems, the lifespan of its drivers can be lower than the LED itself. Such drivers are usually based on topologies that make use of electrolytic capacitors, which present low durability, mainly in high temperatures. Therefore, this work proposes a LED luminaire for street lighting based on modular drivers. This approach intends to increase the lifetime of the drivers, as well as maintain the luminaire in operation even with one or more modules failure. The design of the electronic drivers and the technique used for the mathematical modeling of the converters are presented. Furthermore, the obtained experimental results from a prototype with rated power of 50W (two modules with rated power of 25W each one) are presented.

This paper presents the study of Parallel Multiobjective Evolutionary Algorithms to enable the automation of exterior lighting designs by computers and results in an optimized version of the algorithm. The resulting algorithm basically works with variable length chromosomes and for which intrinsic operators of crossover and mutation were created. The fitness function was determined through a statistical evaluation method (difference of means), thus enabling the comparison of how different options of fitness functions could impact the performance of the proposed parallel multi-objective evolutionary algorithm. The chosen fitness function enables to develop more efficiently automated designs for exterior lighting. Moreover, adding to the proposed evolutionary algorithm, an application was developed in which the user chooses which the heights of the poles, lamps and fixtures to use and also the layout of the area to be illuminated (allowed to be irregular). Within this area, can be defined sub-areas where there are restrictions on the placement of lighting poles. The user must be set average illumination with a respective tolerance range, though. As a case study, the area of an airport parking lot in the city of Uberlândia-MG (Brazil) is presented. Evolved designs present a low coefficient of variation evaluated for 30 runs. This demonstrates that the system is converging on designs for similar metrics. By identifying the worst and the best of designs achieved by the system for those executions, one could note that there are savings regarding installed capacity when compared to the design of reference: 37.5 % for the worst evolved design and 50.0 % for the best evolved design. Also, evolved designs have better lighting uniformity and energy efficiency, as well as their respective quantities of lighting poles have decreased. Este trabalho apresenta o estudo de um Algoritmo Evolucionário Multiobjetivo Paralelo que viabiliza a criação de projetos de iluminação de áreas externas automatizadas por computador e que resulta em uma versão otimizada desse algoritmo. O algoritmo resultante, essencialmente, trabalha com cromossomos de tamanho variável e para os quais foram criados operadores intrínsecos de cruzamento e mutação. A determinação da função de aptidão ocorreu por meio do método de avaliação estatística (diferença de médias), possibilitando, assim, a comparação de diferentes opções das funções de aptidão no desempenho do algoritmo evolucionário multiobjetivo paralelo proposto. Com a função escolhida, tornou-se possível construir projetos automatizados de iluminação externa de forma mais eficiente. Além disso, por meio do algoritmo evolucionário proposto, foi desenvolvida uma aplicação, pela qual o usuário escolhe quais as alturas dos postes, lâmpadas e luminárias que deseja utilizar e também o layout de área a ser iluminada (mesmo que irregular). Dentro dessa área, podem ser definidas subáreas onde existem restrições quanto à colocação de postes de iluminação. O usuário deve definir a iluminação média associada à sua respectiva tolerância, ou faixa de variação. Como estudo de caso, é apresentada a área de um estacionamento do aeroporto da cidade de Uberlândia, MG. Os projetos desenvolvidos, apresentam um baixo coeficiente de variação calculado a partir de 30 execuções. Isso demonstra que o sistema está convergindo para projetos com métricas similares. Ao identificar o pior e o melhor dos projetos apresentados como solução pelo sistema para essas execuções, pode-se notar que apresentam economia nas potências instaladas quando comparados ao projeto de referência: 37,5% no pior dos projetos e 50% no melhor projeto apresentado. Além disso, constataram-se melhores uniformidades para iluminação e maiores eficiências energéticas, bem como a diminuição das respectivas quantidades de unidades de iluminação. Doutor em Ciências

This work consists of the study, design and implementation of DC-DC converters, used in lighting systems based on light emitting diodes (LEDs). Can be powered by an universal AC voltage source or battery, and the current in the LEDs is controlled digitally. The main objective is to present a proposal of new step-up/down converters topologies with full conversion much higher than that of conventional converters. So, is initially presented an overview of solid-state lighting (SSL). Following is presented the study on the dynamic behavior of converters based on modeling by the method of varying state-space average, ending with the design of a digital PI controller. This work resulted in the application for a patent PI-0801425-6 filed with the INPI, which presents a new family of converters with full conversion extremely wide, called cubic converters. O presente trabalho consiste do estudo, projeto e implementação de conversores CCCC, aplicados em sistemas de iluminação de estado sólido baseado em diodos emissores de luz (LEDs). Podem ser alimentados por uma fonte de tensão alternada universal ou por uma bateria sendo que a corrente nos LEDs é controlada digitalmente. O objetivo principal é apresentar uma proposta de novas topologias de conversores abaixadores/elevadores com faixa de conversão muito maior que a dos conversores convencionais. Portanto, inicialmente é apresentada uma visão geral sobre iluminação de estado sólido (SSL). Na sequência, é apresentado o estudo sobre o comportamento dinâmico dos conversores baseado na modelagem através do método de variáveis de espaço de estados médio, finalizando com o dimensionamento de um controlador PI digital. Este trabalho resultou no pedido de patente de invenção PI-0801425-6 depositado junto ao INPI, o qual apresenta uma nova família de conversores com faixa de conversão extremamente larga, denominados de conversores cúbicos. Doutor em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Programmable logic devices were introduced about fifteen years ago and nowadays they are used in areas like Telecommunications, Instrumentation and more recently Power Electronics. This work presents the application of an FPGA device in the control of a ballast circuit for driving high intensity discharge lamps. The electronic ballast presents improvements regarding the previous electromagnetic reactors, due to their small size and weight and also because they guarantee a longer life for the lamps. In order to test and verify the proposed control strategy, a prototype was built to drive 70W metal halide and high pressure sodium lamps. Beyond the vantages above mentioned, the prototype also presented a notable reduction in the time needed for the lamp to achieve maximum brightness, in relation to magnetic reactors. Making use of the knowledge obtained during the implementation of the ballast circuit, a didactic kit containing an FPGA device was constructed, and nowadays it is used for teaching digital logic to undergraduate students at Federal University of Uberlândia. Os dispositivos lógicos digitais programáveis surgiram há cerca de quinze anos e hoje são utilizados em áreas como Telecomunicações, Instrumentação e mais recentemente em Eletrônica de Potência. Este trabalho apresenta a aplicação de um dispositivo FPGA no controle de um circuito ballast eletrônico para acionamento de lâmpadas de alta intensidade de descarga (HID). Os reatores eletrônicos apresentam sensíveis melhorias com relação aos reatores eletromagnéticos por apresentarem menor peso e volume e também por garantirem uma maior vida útil às lâmpadas. Para testar e verificar a estratégia de controle proposta, um protótipo foi construído para alimentar lâmpadas HID de vapor de sódio e de vapor metálico de 70W. Além das vantagens citadas anteriormente, entre os resultados apresentados pelo protótipo destaca-se a notável redução no tempo para se atingir o brilho máximo da lâmpada com relação aos reatores magnéticos. Aproveitando os conhecimentos adquiridos na construção do reator eletrônico, foi também construído um kit didático contendo um dispositivo FPGA, que atualmente é utilizado no ensino de lógica digital para alunos da graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia. Mestre em Ciências