Avaliação das condições operacionais de um regulador eletromagnético de tensão pelo método dos elementos finitos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, Gabriel Marçal de
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39082
https://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.511
Resumo: Voltage variations are one of the most relevant topics when it comes to power quality disturbances. There are several solutions to solve this problem. Devices can be considered into two groups according to their principle of operation. One is based on direct regulation acting directly in the system to regulate voltages. The other is focused on techniques that provide regulation in indirect approaches, like reactive power flow. Focusing on compensators classified as direct voltage regulation, a fully electromagnetic structure was proposed. Its operation is based on a physical structure destined to inject an additive or subtractive level of voltage compensation in series with the feeder that supplies a consumer. The effectiveness of this device has been validated using computer simulation and laboratory experimental arrangements. Despite the promising perspectives of this philosophy, there are still challenges associated with the electromagnetic conditions and magnetization states imposed on its power units. The transformer unit responsible for injecting the compensation voltage deserves special attention, as its primary winding operates with imposed voltage and its secondary winding with imposed current. This specific condition requires knowledge of the state of magnetization to which this unit of the device is subject, aiming to guide measurements for its construction project. The focus of this master's thesis is to establish a strategy that guides the analysis of the electrical and magnetic functionality of the equipment. For this, the models are implemented in the ANSYS Maxwell 3D software, which makes it possible to evaluate, in an integrated way, the electrical and magnetic conditions of the regulator components. For elucidative purposes of the compensator analysis technique, performance studies are carried out through a prototype available in a laboratory environment. Using constructive and parametric information from this device, several performance studies are then carried out aiming to meet the goals established for this dissertation.
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The other is focused on techniques that provide regulation in indirect approaches, like reactive power flow. Focusing on compensators classified as direct voltage regulation, a fully electromagnetic structure was proposed. Its operation is based on a physical structure destined to inject an additive or subtractive level of voltage compensation in series with the feeder that supplies a consumer. The effectiveness of this device has been validated using computer simulation and laboratory experimental arrangements. Despite the promising perspectives of this philosophy, there are still challenges associated with the electromagnetic conditions and magnetization states imposed on its power units. The transformer unit responsible for injecting the compensation voltage deserves special attention, as its primary winding operates with imposed voltage and its secondary winding with imposed current. This specific condition requires knowledge of the state of magnetization to which this unit of the device is subject, aiming to guide measurements for its construction project. The focus of this master's thesis is to establish a strategy that guides the analysis of the electrical and magnetic functionality of the equipment. For this, the models are implemented in the ANSYS Maxwell 3D software, which makes it possible to evaluate, in an integrated way, the electrical and magnetic conditions of the regulator components. For elucidative purposes of the compensator analysis technique, performance studies are carried out through a prototype available in a laboratory environment. Using constructive and parametric information from this device, several performance studies are then carried out aiming to meet the goals established for this dissertation.FAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisDissertação (Mestrado)No contexto dos distúrbios relacionados com a qualidade da energia elétrica, uma das temáticas de maior relevância refere-se às variações de tensão. Diversas soluções são encontradas e utilizadas, sendo um grupo fundamentado na regulação direta e outro na indireta. No cenário dos diretos, foi proposta uma estrutura totalmente eletromagnética, a qual utiliza, para seus fins, a injeção de uma tensão, positiva ou negativa, em série com o alimentador em foco. Esta concepção de compensador foi avaliada de forma computacional e experimental, mostrando-se efetiva aos propósitos aqui estabelecidos. Não obstante as perspectivas promissoras desta filosofia, ainda incipiente, vale destacar que as condições eletromagnéticas presentes em seus componentes revelam desafios associados com estados de magnetização impostos às suas unidades de potência. Merece atenção especial a unidade transformadora responsável pela injeção de tensão de compensação, visto que seu primário opera com base numa tensão imposta e o seu secundário com corrente imposta. Esta condição específica requer conhecimento do estado de magnetização a que fica sujeita esta unidade do dispositivo, visando, sobretudo, medidas orientativas para o projeto de construção do mesmo. Isto posto, o cerne desta dissertação está no estabelecimento de uma estratégia que conduza a análise da funcionabilidade elétrica e magnética do arranjo. Para tanto, modelos são implementados no software ANSYS Maxwell 3D, o qual permite, de forma integrada, avaliações tanto no que diz respeito às condições elétricas e magnéticas a que são submetidos os componentes que perfazem o regulador em pauta. Para fins elucidativos da técnica de análise do compensador, estudos de desempenho são realizados através de um protótipo disponibilizado em ambiente laboratorial. Utilizando informações construtivas e paramétricas deste dispositivo, estudos de desempenho diversos são então realizados objetivando atender as metas estabelecidas para esta dissertação.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaOliveira, José Carlos dehttp://lattes.cnpq.br/5220457650011257Rezende, Paulo Henrique Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/2338311941319569Santilio, Fabricio Parrahttp://lattes.cnpq.br/6243185773826554Carvalho, Gabriel Marçal de2023-09-13T10:42:18Z2023-09-13T10:42:18Z2023-08-29info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfCARVALHO, Gabriel Marçal de. Avaliação das condições operacionais de um Regulador Eletromagnético de Tensão pelo Método dos Elementos Finitos. 2023. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.511.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/39082https://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.511porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2023-09-14T06:16:52Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/39082Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2023-09-14T06:16:52Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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