dc.creator | Gutierres, Luiz Fernando de Freitas | |
dc.date.accessioned | 2018-10-24T19:54:24Z | |
dc.date.available | 2018-10-24T19:54:24Z | |
dc.date.issued | 2017-12-19 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/14662 | |
dc.description.abstract | This Doctoral Thesis presents a detailed study about stray capacitances in electromagnetic
systems, with a special focus on inductors and transformer windings. The main objective of
research is the development of a method for evaluating stray capacitances in multiconductor
systems, more exactly self-capacitances and parasitic capacitors between turns. The
proposed technique is based on the use of standard cells to be applied in a matching routine
of turn, layer or macrolevel arrangements along the length of a coil. A standard cell
is defined as a minimal and basic turn, layer or macrolevel arrangement that represents
the main patterns of electrostatic energy stored on a multiconductor system. Therefore,
standard cells enable the adequate calculation of the capacitive relations established in a
multiconductor system, substantiated by the concept of an equivalent capacitive coupling
matrix. The standard cell embraces mathematical rules for determining stray capacitances.
These expressions are derived by means of a curve fitting approach through a set
of Finite Element Analysis (FEA) simulations under the FEMM 4.2 (Finite Element Method
Magnetics 4.2) environment and complementary computations on Mathematica 11.1.1.0.
As a first step of this research process, a contextualization regarding the representation
and estimation of parasitic capacitances is provided, together with an overview of analytical
techniques currently available in the scientific literature and FEA simulations. As a second
step, four inductor prototypes and their SPICE and EMTP-ATP (ElectroMagnetic Transients
Program – Alternative Transients Program) implementations are verified. The equivalent circuits
of the prototypes and the proposed technique are validated by comparing frequencyand
time-domain (step transient response) characteristics, as well as the equivalent series
impedance obtained from simulations and laboratory measurements. The proposed technique
corroborates with other researches about medium- and high-frequency modeling of
multiconductor systems. This technique also contributes with discussions about the electrostatic
behavior of inductors through the concept of a capacitive coupling matrix. Based
on standard cells, the proposed technique is feasible to be adapted for distinct turn, layer
or macro level arrangements, provided that a pattern may be evaluated and replicated. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Capacitância parasita | por |
dc.subject | Capacitância de fuga | por |
dc.subject | Célula padrão | por |
dc.subject | Indutor | por |
dc.subject | Transformador | por |
dc.subject | Enrolamento | por |
dc.subject | Modelagem | por |
dc.subject | Altas frequências | por |
dc.subject | Resposta em frequência | por |
dc.subject | SPICE | por |
dc.subject | EMTP-ATP | por |
dc.subject | Método dos elementos finitos | por |
dc.subject | Transitórios eletromagnéticos | por |
dc.subject | Parasitic capacitance | eng |
dc.subject | Stray capacitance | eng |
dc.subject | Standard cell | eng |
dc.subject | Inductor | eng |
dc.subject | Transformer | eng |
dc.subject | Winding | eng |
dc.subject | Modeling | eng |
dc.subject | High-frequency | eng |
dc.subject | Frequency response | eng |
dc.subject | SPICE | eng |
dc.subject | EMTP-ATP | eng |
dc.subject | Finite element method | eng |
dc.subject | Finite element analysis | eng |
dc.subject | Electromagnetic transients | eng |
dc.title | Método para a determinação de capacitâncias parasitas em sistemas eletromagnéticos | por |
dc.title.alternative | Method for evaluating stray capacitances in electromagnetic systems | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | Esta Tese de Doutorado apresenta um estudo detalhado sobre as capacitâncias parasitas
de sistemas eletromagnéticos, com ênfase em indutores e enrolamentos de transformadores.
O objetivo geral da pesquisa é o desenvolvimento de um método para o cálculo preciso
das capacitâncias parasitas em dispositivos bobinados, especificamente as autocapacitâncias
e as capacitâncias parasitas entre espiras. A metodologia proposta baseia-se no uso
de células padrões durante uma rotina de identificação e correspondência de espiras, camadas
ou formações em nível macro ao longo de um enrolamento. A célula padrão é um
arranjo mínimo e básico de um sistema de múltiplos condutores, capaz de descrever os
valores típicos da energia eletrostática armazenada nesse sistema. Com isso, a célula padrão
possibilita o cálculo das principais relações capacitivas existentes em um certo dispositivo,
respeitando uma matriz de acoplamento capacitivo completa. Regras matemáticas
para esses cálculos são definidas por meio de ajustes de curvas características realizados
no Mathematica 11.1.1.0, cujos dados são obtidos através do Método dos Elementos
Finitos (MEF), executado no simulador FEMM 4.2 (Finite Element Method Magnetics 4.2).
A primeira etapa dos trabalhos envolveu uma investigação teórica e experimental, assim
como uma análise comparativa entre técnicas disponibilizadas na literatura especializada
e o MEF para a determinação de capacitâncias parasitas. A segunda etapa dos trabalhos
abrangeu a verificação e a implementação de circuitos equivalentes de solenoides no
SPICE e no EMTP-ATP (ElectroMagnetic Transients Program – Alternative Transients Program).
Os resultados dessas duas etapas viabilizaram a validação do método proposto e
das representações equivalentes de quatro protótipos de indutores. Comparações foram
realizadas no domínio da frequência, do tempo (resposta transitória ao degrau) e da impedância
série equivalente entre as simulações e as observações experimentais. O método
proposto corrobora com outras pesquisas científicas sobre transitórios eletromagnéticos
de frentes rápida e muito rápida. A proposta contribui também com discussões sobre o
comportamento eletrostático de dispositivos bobinados através do conceito de uma matriz
de acoplamento capacitivo. Por fim, as células padrões podem ser utilizadas em outras
aplicações, desde que um padrão possa ser avaliado e replicado. | por |
dc.contributor.advisor1 | Cardoso Junior, Ghendy | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6284386218725402 | por |
dc.contributor.referee1 | Oliveira, Aécio de Lima | |
dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3513022402512752 | por |
dc.contributor.referee2 | Marchesan, Gustavo | |
dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/4254867243649147 | por |
dc.contributor.referee3 | Bastos, João Pedro Assumpção | |
dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/9859703662630141 | por |
dc.contributor.referee4 | Marchesan, Tiago Bandeira | |
dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/2318413245910780 | por |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/8846358506427099 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Engenharia Elétrica | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Tecnologia | por |