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Docente:Marco Antonio Dalla Costa 19 a 23 de Novembro de 2012 Sistemas Eletrônicos para Iluminação.

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1 Docente:Marco Antonio Dalla Costa 19 a 23 de Novembro de 2012 Sistemas Eletrônicos para Iluminação

2 Universidade Federal de Santa Maria

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4 S OBRE LA U NIVERSIDADE F EDERAL DE S ANTA M ARIA Más de 80 Cursos de Grado Más de 65 Cursos de Posgrado Colegios Técnico y Politécnico Profesores Alumnos Hospital Universitario con ,11 m² de área construida Estaciones de Radio y Televisión Área total de 1.933,57 hectáreas, donde ,3 m 2 son de área construida en el campus universitario y ,41 m 2 en el centro de la ciudad

5 P ROGRAMA DE P OSGRADO EN I NGENIERÍA E LÉCTRICA Concepto 5 em CAPES Curso de Máster en Ingeniería Eléctrica desde 1974 Curso de Doctorado en Ingeniería Eléctrica desde 1999 (el primero en el estado de Rio Grande do Sul) Becas CAPES y CNPq (Máster y Doctorado) Estudiantes Extranjeros: Becas PEC-PG Área: Procesamiento de Energía

6 G RUPOS DE I NVESTIGACIÓN EN EL PPGEE CEEMA: Centro de Estudos em Energia e Meio Ambiente GEDRE: Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Reatores Eletrônicos GEPOC: Grupo de Eletrônica de Potência e Controle GMICRO: Grupo de Microeletrônica

7 G RUPO GEDRE - P ANORAMA A CTUAL 5 Profesores Orientadores e Investigadores: Prof. Dr. Alexandre Campos Prof. Dr. Alysson Raniere Seidel Prof. Dr. Marco Antônio Dalla Costa Prof. Dr. Ricardo Nederson do Prado Prof. Dr. Tiago Bandeira Marchesan 8 Doctorandos 11 Mestrandos 29 Alumnos da Grado 2 Profesores Colaboradores 15 años de existencia

8 I NFRAESTRUCTURA Laboratorios de Pesquisa Doctorandos y mestrandos con becas Becas de Iniciación Científica (IC) Laboratorios son financiado por proyectos Se emplea la infraestructura de la UFSM

9 L ABORATORIOS

10 L ABORATÓRIOS

11

12 Fluorescentes Redes HID LEDs UV A REAS DE I NVESTIGACIÓN FEA

13 L ÂMPADAS F LUORESCENTES

14 Circuitos auto-oscilante Variação da intensidade luminosa (Dimming) Sistemas com entrada universal / saída universal Desenvolvimento de novas topologias Integração de conversores Electrodeless

15 A PLICAÇÕES E B ENEFÍCIOS Iluminação Residencial Iluminação de Exteriores Iluminação de Hospitais, Shoppings, Comércio, etc.

16 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Juliano de Pelegrini Lopes (Alysson Raniere Seidel): Assunto: Desenvolvimento de Metodologia do Projeto do Reator Eletrônico Auto-Oscilante com Entrada Universal Descrição:Estudo, desenvolvimento e implementação de reatores eletrônicos com correção de fator de potência, alimentação universal e reconhecimento de lâmpadas fluorescentes. Estão sendo desenvolvidas estruturas de baixo custo com a utilização de circuitos integrados e circuitos de comando auto-oscilante, capazes de reconhecer lâmpadas fluorescentes de diferentes potências.

17 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Marcelo Freitas da Silva (Ricardo Nederson do Prado): Assunto: Desenvolvimento de Uma Família de Reatores Eletrônicos para Lâmpadas Fluorescentes Sem Eletrodos Empregando a Técnica de Integração de Conversores Descrição: Esse trabalho apresenta e analisa uma família de reatores eletrônicos capazes de acionar lâmpadas fluorescentes sem eletrodos (Electrodeless). Este tipo de lâmpada apresenta uma grande vida útil, principalmente pela ausência de eletrodos. Além disso, oferece ótimas qualidades ambientais pela baixa quantidade de mercúrio, caracterizando-as como uma alternativa a ser aplicada em sistemas de iluminação.

18 L IGHT E MITTING D IODES – LED S

19 L IGHT E MITTING D IODES - LED S Desenvolvimento de Drivers Projeto Térmico (ANSYS) Controle de Clusters de LEDs Integração de Conversores

20 A PLICAÇÕES E B ENEFÍCIOS Iluminação pública LEDterapia Iluminação residencial Iluminação de emergência Iluminação decorativa (RGB)

21 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando:Rafael Adaime Pinto (Ricardo Nederson do Prado): Assunto: Sistemas Eletrônicos para Iluminação de Exteriores Empregando Diodos Emissores de Luz (LEDs) Descrição: O objetivo das topologias desenvolvidas neste trabalho é alimentar os LEDs através da rede elétrica com alto fator de potência, e através de baterias quando necessário. Para isso, são propostas e analisadas algumas topologias empregando conversores CC-CC integrados. Estas topologias têm como principal aplicação sistemas de iluminação pública sem consumo de energia a partir da rede elétrica durante o Horário de Ponta, alimentando o circuito por baterias. Além disso, as baterias podem manter o funcionamento do sistema durante uma possível falha no fornecimento de energia pela rede elétrica, operando como um sistema de iluminação de emergência.

22 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: César Augusto Furlanetto (Marco Antonio Dalla Costa): Assunto: Sistema de Iluminação Decorativa utilizando LEDs RGB Descrição: Este trabalho visa o desenvolvimento de um sistema de iluminação decorativa utilizando LEDs RGB. Serão analisados métodos de controle de modo a compensar o efeito da temperatura nas diferentes cores de LEDs sem utilizar realimentação ótica.

23 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Douglas Camponogara (Alexandre Campos): Assunto: Desenvolvimento de topologias para o emprego da modulação de corrente binível em LEDs de alta potência Descrição: Análise das topologias candidatas para aplicação da modulação bínível na alimentação de LEDs de alta potência, além de um estudo sobre a comutação com diferentes frequências de chaveamento.

24 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Marcelo Rafael Cosetin (Ricardo Nederson do Prado): Assunto: Desenvolvimento de Sistema de Iluminação para Alimentar Clusters de LEDs com Alto Fator de Potência e Baixo Conteúdo Harmônico. Descrição: Esse trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema para iluminação utilizando LEDs de potência com o intuito de atender as normas para a corrente de entrada.

25 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Tiago Maggi (Marco Antonio Dalla Costa ): Assunto: Aplicação de LEDs na Iluminação Pública Descrição: Este trabalho consiste no estudo de normas aplicadas à iluminação pública, de modo a permitir o desenvolvimento de uma luminária de LEDs que cumpra as mesmas. Também serão analisadas topologias de potência para a confecção do circuito de alimentação dos LEDs.

26 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Vitor Cristiano Bender (Ricardo Nederson do Prado): Assunto: Projeto e Desenvolvimento de Um Sistema de Iluminação de Alto Desempenho Empregando Diodos Emissores de Luz (LEDs) Descrição: Este trabalho consiste na análise do desempenho térmico dos diodos emissores de luz (LEDs), relacionando temas como fluxo luminoso, eficiência luminosa, tensão e corrente de alimentação e dissipadores de calor.

27 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Paulo Cesar Vargas Luz (Ricardo Nederson do Prado): Assunto: Integração de conversores estáticos para acionamento de LEDs de potência aplicados em iluminação pública. Descrição: Esse trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema para iluminação utilizando LEDs de potência com o intuito de atender as normas para a corrente de entrada.

28 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Maicol Flores de Melo (Marco Antonio Dalla Costa) Assunto: sistema híbrido de geração distribuída em iluminação pública. Descrição: trabalho em fase inicial

29 L ÂMPADAS DE D ESCARGA EM A LTA P RESSÃO

30 Desenvolvimento de topologias Estudo e minimização de ressonância acústica Integração de conversores (técnicas) Análise da estabilidade dos conversores Caracterização dinâmica das lâmpadas Redes inteligentes

31 A PLICAÇÕES E B ENEFÍCIOS Iluminação Pública Iluminação Arquitetônica Elevada Eficiência Energética Ótima relação Custo/Benefício

32 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Adriano José Bombardieri (Marco Antonio Dalla Costa): Assunto: Conversores intercalados para alimentação de lâmpadas HID de alta potência. Descrição: trabalho em fase inicial.

33 S ISTEMAS E MBARCADOS E R EDES DE S ENSORES

34 Desenvolvimento de protocolos de redes de comunicação sem fio Projeto de hardware de sensores e atuadores sem fio Desenvolvimento de algoritmos de controle para redes de sensores sem fio

35 A PLICAÇÕES E B ENEFÍCIOS Controle de Iluminação Pública Controle inteligente de iluminação residencial Redução do consumo de energia elétrica Monitoramento de qualidade de energia elétrica Medição e monitoramento de fontes de geração distribuída

36 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Carlos Henrique Barriquello (Alexandre Campos): Assunto: Smart Grid: Uma Abordagem baseada em Redes de Sensores Sem Fio Descrição: métodos e algoritmos para avaliação e controle da qualidade de energia elétrica fornecida em redes de distribuição secundárias com aplicação de sensores e atuadores sem fio.

37 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Gustavo Weber Denardin (Alexandre Campos): Assunto: Smart Grid / Redes de Comunicação Sem Fio Descrição: Proposta de uma arquitetura de hardware e software para desenvolvimente de uma rede urbana de comunicação sem fio. Inicialmente, a rede será aplicada ao sistema de iluminação pública, permitindo o controle e leitura do conjunto reator + lâmpada.

38 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Diogo Vargas (Alexandre Campos): Assunto: Redes / Sistemas Inteligentes aplicados à Iluminação Pública / Sistemas Operacionais Descrição: este trabalho consiste na análise do impacto do JITTER de RTOS no monitoramento em tempo real de parâmetros do sistema de distribuição de energia

39 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Victor Paula Oberto (Alexandre Campos): Assunto: Redes / Sistemas Inteligentes aplicados à Iluminação Pública / Sistemas operacionais Descrição: Controle distribuído

40 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Mestrando: Márcio Dalcul Depexe (Alexandre Campos): Assunto: Redes Descrição: trabalho em fase inicial.

41 T RANSFORMADORES DE E STADO S ÓLIDO

42 Ampla faixa de regulação da tensão, com regulação de tensão sob carga; Controle bidirecional do fluxo de potência, cada vez mais desejável com a inclusão da geração distribuída; Possibilidade de compensar problemas de qualidade de energia, tais como: componentes harmônicos e baixo fator de potência; Redução de peso e volume; Elevada eficiência, uma vez que as perdas no núcleo magnético de transformadores de distribuição independem da carga o que torna transformadores ligados a ramais de elevada variação de carga equipamentos extremamente ineficientes

43 O RIENTAÇÕES EM A NDAMENTO Doutorando: Andre Luis Kirsten (Marco Antonio Dalla Costa) Assunto: Transformadores de estado sólido. Descrição: trabalho em fase inicial.

44 S IMULAÇÕES EM E LEMENTOS F INITOS

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46 A PLICAÇÕES E B ENEFÍCIOS Redução de tempo e custo do projeto Alterações de projeto podem ser realizadas rapidamente Realização de cálculos complexos via computador Redução na realização de protótipos Aumento da confiabilidade do projeto

47 P ROYECTOS DE C OOPERACIÓN Universidad de Oviedo – España

48 Fraunhofer Institute AiS - Berlim Grupos de investigación nacionales P ROYECTOS DE C OOPERACIÓN

49 C URRÍCULO DEL P ONENTE Prof. Dr. Marco Antônio Dalla Costa Escuela técnica - UFSM (1995) Ingeniería Eléctrica - UFSM (2002) Máster en Electrónica de Potencia – UFSM (2004) Doctorado en Ingeniería Industrial – UNIOVI (2008) Profesor UCS (2008 – 2009) Profesor UFSM (2009 – actual) Áreas de Investigación: Iluminación (fluorescentes, HID y LEDs) y Energías Renovables. Producción Científica: + de 30 artículos en periódicos, + de 60 artículos en conferencias internacionales, 2 patentes españolas.

50 O BJETIVOS DEL C URSO Al fin de este curso el alumno estará apto a interpretar los conceptos luminotécnicos básicos y su aplicación al proyecto de los sistemas de iluminación. Conocer los principios físicos de funcionamiento de las principales fuentes de luz artificial (fluorescentes, mercurio a alta presión, sodio a alta presión, halogenuros metálicos y LEDs). Estudiar los métodos de alimentación y topologías clásicas para alimentación de las fuentes de luz estudiadas. Saber seleccionar la fuente de luz más indicada para una determinada aplicación, en función de la eficiencia luminosa y los requisitos luminotécnicos exigidos.

51 M OTIVACIÓN DEL C URSO - Aproximadamente 20% de la energía mundial es consumida en sistemas de iluminación. - Busca constante por sistemas de iluminación más eficientes. - Aproximadamente 20% de la energía mundial es consumida en sistemas de iluminación. - Busca constante por sistemas de iluminación más eficientes. FUEGO GAS ARCO SWAN/EDISON DESCARGA LED ACEITE

52 M OTIVACIÓN DEL C URSO 1784 Agrand Lamp Ami Grand 1850 Queroseno Lamp VISIÓN HISTÓRICA DE CONJUNTO 1772 Gas Lighting William Murdoch 1826 Limelight Thomas Drummond 1879 Íncandescent Lamp (Joseph Wilson Swan) 1900 Mercury vapour lamp Peter Cooper Hewitt 1938 Fluorescent Lamps GE and Westinghouse 1910 Sodium vapor lamp P. Claude 1962 Red LED Holonyak and Bevacqua

53 O RGANIZACIÓN DEL C URSO DÍA 1 Presentación del Curso Conceptos Básicos: Radiometría, Fotometría y Colorimetría DÍA 1 Presentación del Curso Conceptos Básicos: Radiometría, Fotometría y Colorimetría DÍA 2 Lámparas de Descarga de Baja Presión DÍA 2 Lámparas de Descarga de Baja Presión DÍA 3 Lámparas de Descarga de Alta Presión DÍA 3 Lámparas de Descarga de Alta Presión

54 O RGANIZACIÓN DEL C URSO DÍA 4 Lámparas de Estado Sólido (LEDs) DÍA 4 Lámparas de Estado Sólido (LEDs) DÍA 5 Vinculación entre Lámparas y Redes de Suministro Compatibilidad Electromagnética DÍA 5 Vinculación entre Lámparas y Redes de Suministro Compatibilidad Electromagnética

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