Non-Adaptive and Adaptive Coupling Circuits for Power Line Communication System

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Costa, Luís Guilherme da Silva
• Orientador(a): Ribeiro, Moisés Vidal
• Banca de defesa: Duque, Carlos Augusto , Rego, Cássio Gonçalves do , Ferreira, Elnatam Chagas , Andrade Filho, Luciano Manhães de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Power line communications; Impedância de acesso; Circuito de acoplamento; modelagem estatística; Power line communication; Access impedance; Coupling circuit; Electric power grid; Statistical modeling
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/6011

Esta tese de doutorado apresenta, inicialmente, uma revisão sobre acopladores para power line communication (PLC), utilizados para acoplar o sinal dos transceptores PLC à rede de energia elétrica. As questões predominantes para o projeto de acopladores e, consequentemente, os diferentes tipos de acopladores são discutidos. Uma classificação dos acopladores PLC baseada nos tipos de acoplamentos (capacitivo, indutivo, resistivo e por antenas), níveis de tensão, largura de banda de frequência, modos de propagação e números de conexões com a rede de energia elétrica é apresentada. Em seguida, o projeto de circuitos PLC de acoplamento capacitivo não adaptativos, single input single output (SISO) de baixa tensão para aplicações banda larga e banda estreita são discutidos. O acoplador PLC banda estreita é projetado para a banda de frequência de 9 kHz-500 kHz, enquanto os acopladores banda larga são projetados para a banda de frequência de 1.7-50 MHz, 1.7-100 MHz e 1.7-500 MHz. Além disso, discute-se as especificações e o projeto dos protótipos desses circuitos de acoplamento PLC medindo seus parâmetros de espalhamento. A seguir, é discutida a medida da impedância de acesso da rede de energia elétrica de baixa tensão na banda de frequência 2- 500 MHz, visando apresentar prévio conhecimento da impedância de acesso da rede de energia elétrica no Brasil com base em uma campanha de medição realizada em várias instalações em três cidades brasileiras diferentes. Além disso, é proposto um procedimento para obter um modelo estatístico da impedância de acesso na referida faixa de frequência. Com base em uma série de medidas de impedâncias de acesso da rede de energia elétrica e critérios para a escolha de modelos estatísticos, esta tese sugere duas distribuições para modelar as componentes resistência e reatância da impedância de acesso da rede de energia elétrica. Uma vez que, os parâmetros de tais modelos mudam com a frequência e que a impedância de acesso é um processo aleatório no domínio da frequência, um modelo simples para gerar amostras em função desse processo aleatório, que leva em consideração as distribuições sugeridas, é detalhado. Por fim, é proposto um circuito de acoplamento adaptativo PLC, capacitivo, SISO de baixa tensão. Estes circuitos de acoplamento adaptativos usam três diferentes filtros analógicos passa-baixa com diferentes impedâncias de entrada. A impedância de entrada de cada filtro analógico é projetado de acordo com os valores obtidos através da campanha de medição, e a impedância de saída é projetada para 50 Ω. A escolha do filtro analógico que proporciona melhor casamento de impedância com a rede de energia elétrica é obtido por um microcontrolador, que através de um conversor analógico digital, monitora a tensão fornecida por um circuito que mede a potência dos sinais injetados nos acopladores PLC pelos transceptores PLC. A monitoração da potência é realizada continuamente pelo conversor analógico digital do microcontrolador que escolhe qual o filtro analógico proporciona o melhor casamento de impedância com a rede de energia elétrica e comuta os filtros analógicos através de uma chave de analógica conectando os transceptores PLC a rede de energia elétrica através dos acopladores PLC. Além disso, as medições dos valores do parâmetro de espalhamento S11 confirmam que a componente resistiva da impedância de acesso da rede de energia elétrica apresentou melhor casamento de impedância entre 50 Ω e 100 Ω. Por fim, os valores medidos do parâmetro de espalhamento S12 mostram que a atenuação cresce com o aumento da frequência devido ao comportamento indutivo da rede de energia elétrica.