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Sistemas Eletrônicos para Iluminação
Docente: Marco Antonio Dalla Costa
19 a 23 de Novembro de 2012
Universidade Federal de Santa Maria
Universidade Federal de Santa Maria
SOBRE LA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA
 Más de 80 Cursos de Grado
 Más de 65 Cursos de Posgrado
 Colegios Técnico y Politécnico
 1.645 Profesores
 25.491 Alumnos
 Hospital Universitario con 28.435,11 m² de área construida
 Estaciones de Radio y Televisión
 Área total de 1.933,57 hectáreas, donde 267.588,3 m2 son de área
construida en el campus universitario y 22.259,41 m2 en el centro
de la ciudad
PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA
 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
GRUPOS DE INVESTIGACIÓN 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
GRUPO GEDRE - PANORAMA ACTUAL
 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
INFRAESTRUCTURA
 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
LABORATORIOS
LABORATÓRIOS
LABORATÓRIOS
AREAS DE INVESTIGACIÓN
Fluorescentes
HID
LEDs
UV
Redes
FEA
LÂMPADAS FLUORESCENTES
LÂMPADAS FLUORESCENTES
 Circuitos auto-oscilante
 Variação da intensidade luminosa (Dimming)
 Sistemas com entrada universal / saída universal
 Desenvolvimento de novas topologias
 Integração de conversores
 Electrodeless
APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS
 Iluminação Residencial
 Iluminação de Exteriores
 Iluminação de Hospitais, Shoppings,
Comércio, etc.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
LIGHT EMITTING DIODES – LEDS
LIGHT EMITTING DIODES - LEDS
 Desenvolvimento de Drivers
 Projeto Térmico (ANSYS)
 Controle de Clusters de LEDs
 Integração de Conversores
APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS
 Iluminação pública
 LEDterapia
Iluminação residencial
 Iluminação de emergência
 Iluminação decorativa (RGB)
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 Mestrando: Maicol Flores de Melo (Marco Antonio Dalla
Costa)
 Assunto: sistema híbrido de geração distribuída em iluminação pública.
 Descrição: trabalho em fase inicial
LÂMPADAS DE DESCARGA EM ALTA PRESSÃO
LÂMPADAS DE DESCARGA EM ALTA PRESSÃO
 Desenvolvimento de topologias
 Estudo e minimização de ressonância
acústica
 Integração de conversores (técnicas)
 Análise da estabilidade dos conversores
 Caracterização dinâmica das lâmpadas
 Redes inteligentes
APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS
 Iluminação Pública
 Iluminação Arquitetônica
 Elevada Eficiência Energética
 Ótima relação Custo/Benefício
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 Doutorando: Adriano José Bombardieri (Marco
Antonio Dalla Costa):
 Assunto: Conversores intercalados para
alimentação de lâmpadas HID de alta potência.
 Descrição: trabalho em fase inicial.
SISTEMAS EMBARCADOS E REDES DE
SENSORES
SISTEMAS EMBARCADOS E REDES DE
SENSORES
 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
APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS
 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
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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.
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 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
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 Mestrando: Victor Paula Oberto (Alexandre Campos):
 Assunto: Redes / Sistemas Inteligentes aplicados à
Iluminação Pública / Sistemas operacionais
 Descrição: Controle distribuído
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 Mestrando: Márcio Dalcul Depexe (Alexandre Campos):
 Assunto: Redes
 Descrição: trabalho em fase inicial.
TRANSFORMADORES DE ESTADO SÓLIDO
TRANSFORMADORES DE ESTADO SÓLIDO
 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
ORIENTAÇÕES EM ANDAMENTO
 Doutorando: Andre Luis Kirsten (Marco Antonio Dalla Costa)
 Assunto: Transformadores de estado sólido.
 Descrição: trabalho em fase inicial.
SIMULAÇÕES EM ELEMENTOS FINITOS
SIMULAÇÕES EM ELEMENTOS FINITOS
APLICAÇÕES E BENEFÍCIOS
 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
PROYECTOS DE COOPERACIÓN
 Universidad de Oviedo – España
PROYECTOS DE COOPERACIÓN
 Fraunhofer Institute AiS - Berlim
 Grupos de investigación nacionales
CURRÍCULO DEL PONENTE
 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.
OBJETIVOS DEL CURSO
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.
MOTIVACIÓN DEL CURSO
- Aproximadamente 20% de la energía mundial es consumida en
sistemas de iluminación.
- Busca constante por sistemas de iluminación más eficientes.
ARCO
GAS
ACEITE
FUEGO
SWAN/EDISON
LED
DESCARGA
MOTIVACIÓN DEL CURSO
VISIÓN HISTÓRICA DE CONJUNTO
1772
Gas Lighting
William Murdoch
1750
1800
1784
Agrand Lamp
Ami Grand
1826
Limelight
Thomas Drummond
1879
Íncandescent Lamp
(Joseph Wilson Swan)
1850
1900
1850
Queroseno Lamp
1900
Mercury vapour lamp
Peter Cooper Hewitt
1938
Fluorescent Lamps
GE and Westinghouse
1950
2000
2050
1962
Red LED
Holonyak and Bevacqua
1910
Sodium vapor lamp
P. Claude
ORGANIZACIÓN DEL CURSO
DÍA 1
 Presentación del Curso
 Conceptos Básicos: Radiometría, Fotometría y Colorimetría
DÍA 2
 Lámparas de Descarga de Baja Presión
DÍA 3
 Lámparas de Descarga de Alta Presión
ORGANIZACIÓN DEL CURSO
DÍA 4
 Lámparas de Estado Sólido (LEDs)
DÍA 5
 Vinculación entre Lámparas y Redes de Suministro
 Compatibilidad Electromagnética
1 0/2 0V Filtro Capacitor Cor eção Filtro Lâmpada(s)
Inversor
60Hz EMI +Filtro Fator Res onante
Potência
www.ufsm.br/gedre
[email protected]