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Universidade Federal do Rio de JaneiroDepartamento de Engenharia EletricaLaboratorio de Eletronica de Potencia

Introducao ao Laboratoriode

Eletronica de Potencia

versao 0.9

Professores:Robson DiasLuıs Guilherme Rolim

Colaboracao:Lıvia Lisandro J. Godoy

2012Rio de Janeiro

Universidade Federal do Rio de JaneiroEscola PolitecnicaDepartamento de Engenharia EletricaLaboratorio de Eletronica de Potencia

Capıtulo 1

Introducao ao Curso

1.1 Objetivo do Curso

A Eletronica de Potencia (ELEPOT) esta presente em toda parte do nosso dia a dia,

desde os carregadores de celular ate o transporte metroviaria. Por isso, e importante que o

profissional de engenharia eletrica possua alicerces sobre o tema para poder, no futuro, lidar

com novas tecnologias.

O campo de atuacao do engenheiro de eletronica de potencia engloba alguns dos seguintes

topicos:

• Energias Renovaveis, como: eolica, solar, celula combustıvel etc.

• Projeto de UPS (Uninterruptible Power Supplies).

• Filtros ativos para sistemas de distribuicao.

• Dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission Systems).

• Acionamento de motores.

• Carros Eletricos.

• Sistemas espaciais.

• Propulsao eletrica de Navios e Submarinos.

• Smart Grids.

• E muitos outros...

Assim, o objetivo do laboratorio de potencia e prover, atraves de experiencia praticas,

artifıcios para que o aluno fixe os conceitos adquiridos no curso de Eletronica de Potencia I.

1


1.2 Informacoes Basicas

O curso esta baseada em oito experiencias:

EXP1 ⇒ Modulacao por Largura de Pulso (PWM) e FFT (Fast Fourier Transform).

EXP2 ⇒ Conversor CC-CC abaixador (Buck).

EXP3 ⇒ Conversor Elevador (Boost).

EXP4 ⇒ Conversor CC-CC abaixador-elevador (Buck-Boost).

EXP5 ⇒ Inversor Monofasico (Conversor CC-CA).

EXP6 ⇒ Inversor Trifasico (Conversor CC-CA).

EXP7 ⇒ Circuito de Sincronismo para controle de conversores (PLL).

EXP8 ⇒ Retificador Monofasico de Onda Completa(Conversor CA-CC).

Cada experiencia e composta por duas partes, o preparatorio e a pratica.

• O preparatorio consiste na simulacao dos circuitos propostos utilizando o PSIM, bem

como, a analise dos resultados.

• A parte pratica e a montagem e operacao dos circuitos utilizando a bancada eletronica.

Os resultados da parte pratica devem ser apresentados em forma de relatorio com a devida

comparacao com os resultados de simulacao.

1.2.1 Outras Informacoes

• Todos os documentos sobre a bancada eletronica e as experiencias serao enviados por

email.

• Na aula de apresentacao do curso, a turma sera dividida em trios.

• O numero de trios sera de acordo com o numero de alunos inscritos. Eventualmente, o

numero de alunos por grupo podera ser maior do que tres.

• Caso o numero de trios exceda 4, os mesmo serao divididos em dois grupos maiores que

frequentarao as aulas em semanas alternadas.

• Os trios serao identificadas por letras e deverao ser mantidos ate o final do curso.

2


1.3 Avaliacao

A avaliacao sera feita com base na atuacao de cada aluno no laboratorio, em relatorios

e uma prova final. A seguir algumas informacoes que o aluno deve saber sobre o sistema de

avaliacao.

1. Sera exigido um relatorio por experiencia por grupo.

2. O relatorio de uma experiencia devera ser enviado por email antes do inıcio da experiencia

seguinte.

3. Sera exigido apenas um preparatorio por grupo.

4. O preparatorio devera ser apresentado antes do inıcio de cada experiencia e devera ser

anexado ao documento do relatorio a ser enviado por email, que devera ser no formado

pdf.

5. Para facilitar a identificacao e organizacao, os relatorios devem ser nomeados seguindo o

seguinte padrao: YYYYP_D_EXP_N.pdf, em que YYYY e o ano, P e o perıodo, D e a letra do

trio e N e o numero da experiencia.

6. O grupo que nao apresentar o preparatorio no inıcio da aula nao podera realizar a expe-

riencia.

7. A prova final sera escrita e englobara toda a materia teorica relacionada as experiencias,

bem como, questoes relacionadas com a execucao das mesmas.

8. A media dos relatorios tera peso 2 e a nota da prova final tera peso 1.

9. Se ao final do perıodo alguma experiencia deixar de ser realizada, a nota relativa a mesma

sera 0 (zero).

10. O aluno que faltar duas experiencia sera reprovado por falta, uma vez que corresponde a

40% da disciplina.

11. Sera considerado aprovado o aluno que obter a media final igual ou superior a 5,0 pontos.

3


Capıtulo 2

Bancada Eletronica

As experiencias do Laboratorio de ELEPOT sao planejadas para serem desenvolvidas na

Bancada Eletronica. Essa bancada segue a mesma ideia do protoboard, isto e, trata-se de uma

matriz de contato para facilita a montagem dos circuitos eletricos, porem, de potencia. Alem

da matriz de contato, a bancada eletronica possui uma circuitaria auxiliar para possibilitar a

alimentacao do circuito de controle das chaves estaticas. A Figura 2.1 mostra a vista do painel

frontal da bancada.

Matriz de ContatosCircuito de Potência

Fontes Isoladas

Canais de DisparosA5 A4 A3 A2 A1 A0 B5 B4 B3 B2 B1 B0

Fontes CC

Entrada de Sinais

15V 12V 11V 5V

J1

Figura 2.1: Painel frontal da bancada eletronica

4


A seguir e feita uma breve explanacao da bancada eletronica e como utiliza-la.

2.1 Matriz de Contatos

A Figura 2.2 mostra como sao as conexoes da matriz de contatos, ela permite que os

circuitos propostos sejam montados com mais rapidez e facilidade. Deve-se notar que os contatos

sao dispostos em onze colunas na vertical e quatro linhas na horizontal, as linhas e colunas nao

tem conexao eletrica entre si e nem com circuitos externos, funcionando de mesma forma que

um protoboard passivo.

Matriz de Contatos

Figura 2.2: Conexao eletrica da matriz de contatos

Cada componente e montado em uma pequena placa cujos contatos tem exatamente a

distancia de tres colunas da matriz. Os principais componentes disponıveis sao mostrados na

Figura 2.3. Os indutores sao montados a parte e devem ser conectados a bancada atraves de

cabos. A Tabela 2.1 apresenta os valores ou o part number dos componentes disponıveis.

A Figura 2.4 mostra, de forma estilizada, com os componentes podem ser montados na

bancada eletronica.

2.2 Circuitaria Auxiliar

Para possibilitar os disparos das chaves estaticas de forma correta, a bancada eletronica

possui uma circuitaria auxiliar. Essa circuitaria tem como funcao, adequar os sinal de comando

proveniente do microcontrolador (3.3 V) ao circuito de disparo das chaves (5 V), e fornecer

5


Tabela 2.1: Especificacoes dos componentes disponıveis no LabELEPOT

Componente Especificacoes

Capacitores de Ceramica 104K, 105K, 474K, 475K, µ47, 1µ

Capacitores Eletrolıtico 100µF, 470µF, 1000µF

Resistores 30 Ω

Indutores 1 mH/5A, 5 mH/5A, 10 mH/5A

Transformadores 127 V/15 V-3A

Diodo 8ETH06

Tiristor BT151-500R

Mosfet IRFB4310

Triac BTA16-600B

(a) Cap Ceramica (b) Cap Eletrolıtico (c) Resistor

k a

(d) Diodo

k a

g

(e) Tiristor

S D

G

(f) Mosfet

a1

g

a2

(g) Triac

Figura 2.3: Componentes disponıveis para montagem na bancada eletronica

a alimentacao aos mesmo. Alem disso, a bancada vem equipada com um circuito para gerar

o tempo morto entre os sinais dos canais complementares, isso impede que as chaves de uma

mesma perna do conversor estejam conduzindo ao mesmo tempo.

6


SD

G

Figura 2.4: Montagem dos componentes na bancada

2.2.1 Fontes CC

A bancada eletronica possui 4 nıveis de tensao CC, 5 V, 11 V, 12 V e 15 V. Essas fontes

CC sao de baixa potencia e servem para alimentar circuitos de controle externos.

Por serem de baixa potencia, as fontes CC da bancada, NAO podem ser utilizadas para

alimentar os circuitos de potencia dos conversores, sob o risco de queimar a bancada eletronica.

2.2.2 Fontes isoladas

Alem das fontes CC, a bancada possui 19 fonte isoladas. Essas fontes tambem sao em

corrente contınua, mas sao isoladas umas das outras e servem para alimentar os circuitos de

disparos das chaves estaticas. Por serem isoladas, evitam curtocircuitos com o neutro da fonte

de alimentacao e, em alguns casos, com o terra da instalacao. Obviamente, as fontes isoladas

tambem sao de baixa potencia e NAO devem ser utilizadas para alimentacao do circuito de

potencia dos conversores.

2.2.3 Canais de Disparos

A bancada eletronica possui dois conjuntos de seis canais para disparos de chaves esta-

ticas. Os conjuntos sao divididos em A e B, sendo cada conjunto composto por tres pares

complementares de canais. Os pares de canais do conjunto A sao A0-A1, A2-A3 e A4-A5.

Enquanto que para o conjunto B, sao B0-B1, B2-B3 e B4-B5. Para as atividades propostas no

LabELEPOT, apenas os canais do conjunto A sao necessarios.

7


2.2.4 Entrada dos sinais de disparos

A entrada de sinais foi projetada para sinais provenientes de microcontroladores, cuja

tensao de saıda e em 3.3 V. Os sinais de comando sao entao ajustados para o nıvel de tensao

e potencia para os disparos das chaves. A circuitaria de comando conta ainda com uma logica

de bloqueio que impede que as chaves dos canais complementares sejam acionadas ao mesmo

tempo, o que evita eventuais curto circuitos do barramento CC. Alem disso, existe ainda um

circuito para geracao de tempo morto entre os sinais de disparos de canais complementares.

8


Capıtulo 3

Microprocessador

Para o processamento dos sinais digitais no controle dos circuitos propostos nas experi-

encias serao utilizados DSP’s de ponto flutuante TI F28335, da Texas Instruments.

3.1 TI F28335

O DSP (Digital Signal Processor) e um microprocessador de sinais digitais que tem ve-

locidade operacional superior quando comparado a outros microcontroladores, alem de ser oti-

mizado em relacao ao cancelamento de ruıdos.

Para escrever o codigo de funcionamento do DSP pode-se, por exemplo, usar linguagem

assembly ou ferramentas como Matlab/Simulink e LabView, sendo que em todos esses casos

o usuario necessita ter conhecimento de programacao relativamente avancado. No entanto,

foi desenvolvida uma ferramenta facilitadora dentro do simulador PSIM: o SimCoder. Nele e

possıvel gerar automaticamente o codigo para o DSP TI F28335 e, portanto, este sera o modelo

utilizado nas experiencias aqui propostas. Apos a geracao do codigo pelo SimCoder, ele e

exportado para o Code Composer Studio, onde o projeto e compilado e rodado no DSP.

Para poder usufruir dessa funcionalidade, sera utilizado o DSP TMS320F28335 (Fi-

gura 3.1a), que possui diversos perifericos como, por exemplo, canais PWM, conversor ADC

(conversor analogico-digital), pinos I/O de entrada e saıda, dentre outros. E, para integrar a

placa com o software de desenvolvimento, e utilizado o emulador USB (Figura 3.1b).

3.2 Code Composer Studio

O Code Composer Studio (CCS) e um software da Texas Instruments (TI) usado para

desenvolver o codigo, compila-lo e roda-lo nos DSPs da TI.

3.2.1 Instalando o Code Composer Studio 4 no Windows 7 64 bits

No site da Texas Instruments tem o passo-a-passo para instalacao do CCS4:

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(a) TMS320TI28335 (b) Emulador USB

Figura 3.1: Kit de desenvolvimento do TMS320TI28335

http://processors.wiki.ti.com/images/d/d0/CCS_V4_Quick_Start_Guide_Booklet_

Cover_5.pdf

3.2.2 Primeiros passos no Code Composer Studio

Como foi dito, o CCS pode ser usado para desenvolver o codigo de funcionamento do

DSP, porem neste laboratorio nao sera necessario que o aluno tenha conhecimento dessa parte,

ja que o codigo usado sera desenvolvido automaticamente pelo PSIM. Portanto, este tutorial

se limita a explicar como compilar e rodar o codigo no DSP.

Compilando e Rodando um projeto

O objetivo aqui e compilar, carregar e, em seguida, rodar um programa no microprocessa-

dor e observar os sinais gerados. Para isso, deve-se estabelecer a comunicacao entre software de

desenvolvimento e o microprocessador. Segue abaixo o passo-a-passo de um exemplo de projeto

que sera utilizado na Experiencia 1.

• Ao abrir o CCS4 no Windows 7, a tela sera como na Figura 3.2.

• O PSIM gera o codigo em um formato que nao e compatıvel com o CCS4. Portanto,

deve-se Importar o projeto e converte-lo para um novo formato (Figura 3.3).

• A seguir, selecione a opcao Legacy CCSv3.3 Project, Figura 3.4 e clique em Next.

• Agora selecione o arquivo .pjt do projeto que deseja-se compilar, como o exemplo da

Figura 3.5 e depois clique em Next (Figura 3.6).

• Para abrir o projeto, basta dar dois cliques rapidos no arquivo .c ou .pjt, como na

Figura 3.7. A partir daqui, o DSP ja deve estar conectado ao computador.

• Para fazer a conexao com o DSP, deve-se configura-lo em New Target Configuration,

Figura 3.8.

10

http://processors.wiki.ti.com/images/d/d0/CCS_V4_Quick_Start_Guide_Booklet_Cover_5.pdf

http://processors.wiki.ti.com/images/d/d0/CCS_V4_Quick_Start_Guide_Booklet_Cover_5.pdf


Figura 3.2

• Nomeie a configuracao do DSP (Figura 3.9).

• Na parte inferior do Target Configuration, existem as abas Basic, Advanced e Source.

Em Advanced, clique em New e selecione Texas Instruments XDS100 USB Emulator, na

Figura 3.10.

• Apos selecionar o emulador, clique em Add para selecionar o tipo do DSP, Figura 3.11.

• Em Devices escolha o DSP que sera usado, o TMS320F28335. Ilustrado na Figura 3.12.

• Finalizando a configuracao, clique em Build All ou no atalho do teclado Ctrl+B (Fi-

gura 3.13).

• O proximo passo e o Debug, para analisar o codigo. Clique em Debug Active Project,

como na Figura 3.14.

• Caso nenhum erro seja encontrado pelo programa, agora deve-se rodar o codigo no DSP

em Run como na Figura 3.15.

• Neste momento, o programa ja esta rodando o codigo no DSP e a interface fica como na

Figura 3.16.

11


Figura 3.3

Figura 3.4

12


Figura 3.5

Figura 3.6

Figura 3.7

13


Figura 3.8

Figura 3.9

Figura 3.10

14


Figura 3.11

Figura 3.12

Figura 3.13

15


Figura 3.14

Figura 3.15

Figura 3.16

16


Capıtulo 4

Simulacoes

Todas as experiencias realizadas no laboratorio deverao ser analisadas atraves de simula-

coes no domınio do tempo, utilizando o software de simulacao PSIM e seu modulo SimCoder.

4.1 PSIM

O PSIM e um software de simulacao projetado para eletronica de potencia. Possui as

vantagens de ter simulacao rapida, interface amigavel e possuir modelos detalhados das chaves

estaticas. Ele pode ser usado tanto para circuitos digitais quanto analogicos. E importante

ressaltar que o software nao faz correcoes sobre como o circuito deveria funcionar, logo o es-

tudante deve usar seus conhecimentos para analisar as formas de onda da simulacao. Uma

caracterıstica importante do PSIM e que ele foi desenvolvido para atuar diretamente no DSP

TI F28335 de ponto flutuante, possuindo os blocos de funcao do mesmo e tendo a ferramenta

de gerar automaticamente o codigo em C para acionar o DSP, o modulo SimCoder.

A versao que sera utilizada no laboratorio e a profissional 9.1.4.464.

4.1.1 Instalando o PSIM no Windows 7 64 bits

Caso o aluno deseje instalar o PSIM em seu computador, deve requerer a versao estudante

no site www.powersimtech.com.

4.1.2 Biblioteca de Componentes

A Figura 4.1 mostra a interface do PSIM em sua primeira utilizacao apos a instalacao.

Nos atalhos superiores aparecem os botoes “abrir”, “salvar”, etc. Nos inferiores, encontram-se

atalhos de componentes e medidores.

Os componentes podem ser acessados, alem do atalho inferior, no menu superior Elements

(Figura 4.2) ou podem ser buscados pelo nome na biblioteca no ıcone .

O menu Elements e subdividido em componentes de potencia, controle, fontes e outros.

Os componentes podem ser entao copiados para o arquivo de projeto em que se esta trabalhando.

Maiores detalhes sao mostrados durante a explicacao do exemplo apresentado da Secao 4.2.

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www.powersimtech.com


Figura 4.1

Figura 4.2

4.2 Exemplo de Projeto no PSIM

O objetivo desta secao e familiarizar os alunos com a ferramenta computacional PSIM,

dando-lhes subsıdios basicos para realizar uma simulacao no domınio do tempo. Para isso, sera

analisado um circuito retificador a diodo de meia onda com uma carga resistiva.

4.2.1 Criando um Novo Caso

Para criar um novo caso no PSIM, clique em File->New, ver Figura 4.3a. Existe tambem

a opcao de utilizar o atalho na barra de principal, conforme indicado na Figura 4.3b.

Depois de criado, a pagina ficara como na Figura 4.4a. Se necessario, pode-se trabalhar

com varios casos ao mesmo tempo, podendo minimizar e abrir janelas dentro do PSIM (Fi-

gura 4.4b). Antes de comecar a montar o circuito de simulacao, e importante salvar o novo

caso, para isso, clique em File->Save (Figura 4.5).

Escolha um diretorio adequado para salvar o novo caso e renomeie o caso. E importante

saber que o nome do arquivo nao deve conter espacos, entao, como sugestao, utilize underscore

“ ” caso queira dar maior legibilidade ao nome do arquivo (Figura 4.6).

18


(a) (b)

Figura 4.3

(a)

(b)

Figura 4.4

4.2.2 Inserindo Componentes

Para inserir os componentes no novo projeto, procure-o em Elements ou na barra de

atalho inferior, como foi mostrado na subsecao 4.1.2. Ao clicar no componente desejado, ele

automaticamente fica selecionado, bastando clicar com o botao esquerdo onde deseja-se coloca-

lo. Se nao houver a necessidade de outros componentes deste tipo, basta apertar a tecla Esc

19


Figura 4.5

Figura 4.6

para deseleciona-lo. Como exemplo, sera mostrado como inserir a fonte ca no projeto.

1. Clique na seta da sub-biblioteca de fontes (Sources) e selecione a fonte de tensao senoidal

Figura 4.7.

Figura 4.7

20


2. Esta fonte, assim como outros componentes de grande uso, pode ser encontrada tambem

no atalho inferior (Figura 4.8).

Figura 4.8

3. Posicione o componente onde deseja e clique com o botao esquerdo para fixa-lo na edicao

do projeto Figura 4.9.

Figura 4.9

4. Para configurar os parametros do componente, de dois cliques sobre ele e configure con-

forme indicado nas Figuras 4.10a e 4.10b. Para finalizar, basta fechar a janela.

5. Se for necessario rotacionar o componente, clique nele e va em Edit->Rotate, como na

Figura 4.11. Caso deseja rotacionar um componente que ainda nao foi fixado no circuito,

basta clicar com o botao direito quantas vezes necessario.

6. Para descrever o modulo dos componentes, sufixos sao aceitos no PSIM para multiplos e

submultiplos (Tabela 6).

21


(a) (b)

Figura 4.10

Figura 4.11

G 109

M 106

k ou K 103

m 10−3

u 10−6

n 10−9

p 10−12

A conexao direta entre dois componente e feita atraves de um fio (Wire), para inserir um

fio pode-se usar o atalho superior (Figura 4.12a) ou ir em Edit-> Place Wire (Figura 4.12b).

Para fazer a conexao, mantenha o botao esquerdo pressionado e arraste o mouse.

Continuando com o exemplo do retificador meia ponte.

1. Insira o diodo no projeto, o qual pode ser encontrado na sub-biblioteca de Eletronica de

Potencia, Elements->Power->Switches.

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(a) (b)

2. Selecione o diodo e coloque no projeto.

3. Em seguida, insira um resistor e o rotacione para que ele fique na vertical. Utilize os

atalhos de Rotacao.

4. Insira um terra na fonte e um no resistor, localizado no atalho inferior.

5. Conecte a fonte ao diodo com um fio.

6. Conecte o terra ao resistor o outro terra a fonte com um fio.

Apos esses passos o circuito deve estar parecido com o mostrado na Figura 4.12.

Figura 4.12

Caso haja necessidade de mover ou deletar uma parte do circuito, use a seta branca do

atalho superior e selecione a secao desejada (Figura 4.13).

4.2.3 Inserindo Medidores

Medidores sao elementos que permitem coletar os valores de tensao e corrente em deter-

minado ponto do circuito. Alguns medidores podem ainda fornecer o valores de potencia ativa

23


Figura 4.13

e reativa, valores eficazes, conteudo harmonico, entre outras medidas. Confira os medidores

disponıveis na sub-biblioteca Elements->Other->Probes. A seguir sera mostrado como inserir

medidores de corrente e tensao utilizando os atalhos da barra inferior.

1. Na barra inferior, clique no medidor de corrente .

2. Posicione o medidor na extremidade do fio que esta conectado ao diodo (Figura 4.12).

3. De dois cliques no medidor e renomeie-o para Icarga.

4. Para os medidores de tensao, tem-se duas opcoes, uma que mede a tensao em relacao ao

terra e outro que mede a tensao entre dois pontos. Vamos utilizar os dois. Para medir a

tensao de entrada (Fonte), vamos utilizar o medidor que mede em relacao ao terra, pois,

a fonte esta aterrada. Na barra lateral, clique no medidor de tensao para o terra .

5. Posicione o medidor antes do diodo.

6. Renomeie o medidor para Efonte. Apos esses passos o circuito deve estar parecido com

o apresentado na Figura 4.14.

7. Para medir a tensao sobre o diodo, vamos utilizar o medidor de tensao entre dois pontos.

Na barra lateral, clique no medidor .

8. Renomeie-o para Ed.

9. Para medir a tensao de saıda, e notando que a resistor esta aterrado, temos a opcao de

utilizar tanto o medir para o terra quanto o medidor entre dois pontos. Vamos utilizar

este ultimo. Insira o medidor conforme o passo anterior, rotacionando-o.

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Figura 4.14

10. Renomeie o medidor para Ecarga.

11. Ao final desses passos o circuito deve estar parecido ao da Figura 4.15.

Figura 4.15

4.2.4 Simulando

Antes de simular, deve-se configurar os parametros da simulacao. Para isso:

1. Adicione ao circuito o componente Simulation Control, elemento que define os parame-

tros e configuracoes da simulacao. Ele encontra-se em Simulate->Simulation Control.

O circuito deve ficar como na Figura 4.16.

2. Configure o tempo de simulacao, Total Time, para 0.1. Este e o tempo que sera simulado.

3. Configure o passo de integracao, Time Step, para 10µs. Este e o intervalo de tempo

entre cada instante em que o circuito e resolvido, esse parametro varia de acordo como

o tipo de simulacao. Deve-se considerar um passo de integracao muito menor do que o

perıodo do fenomeno de maior frequencia, pelo menos dez vezes menor. Para circuitos

que envolvam eletronica de potencia em que a frequencia de chaveamento e de algumas

25


Figura 4.16

dezenas de kilohertz, 10µs e um passo de integracao razoavel em termos de precisao e

tempo de simulacao.

4. Configure o passo de exibicao dos pontos, Print Step, para 1.

5. Para esse exemplo, mantenha o padrao para os outros parametros (Figura 4.17).

6. Caso fosse usado o SimCoder, na aba“SimCoder”do Simulation Control pode-se adicionar

comentarios que serao inseridos no comeco do codigo gerado automaticamente.

Figura 4.17

Apos configurar a simulacao, para simular o circuito clique em Simulate->Run Simu-

lation, ou usar o atalho no teclado F8. A janela de simulacao sera aberta juntamente com

os nomes dos medidores, podendo-se escolher o que se deseja medir. Neste caso, todos serao

selecionados (Figura 4.18).

As curvas da simulacao devem ficar como na Figura 4.19.

Caso deseje adicionar ou remover uma curva, basta clicar no ıcone .

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Figura 4.18

Figura 4.19

4.3 Modulo SimCoder

O SimCoder e um modulo do PSIM onde um codigo em C generico e gerado automatica-

mente, apos a simulacao do circuito esquematico. Alem disso, se for utilizado o DSP de ponto

flutuante TI F28335 da Texas Instruments, o SimCoder gera um codigo pronto para rodar no

DSP, sem nenhuma necessidade de alteracao.

Abaixo, o passo-a-passo de como gerar o codigo no PSIM, compila-lo, abri-lo no Code-

Composer Studio e roda-lo no DSP.

1. Ao montar o circuito esquematico, adicione os componentes usados na geracao do codigo,

como DSP Clock e Hardware Configuration que podem ser encontrados em Elements-

>SimCoder->TI F28335 Target e tambem Elements->Event Control.

2. Com o circuito pronto, antes de fazer a simulacao, deve-se configurar o projeto para

funcionar no CodeComposer Studio. Isso e feito no Simulation Control, escolhendo-se o

elemento e a configuracao em Hardware Target. Neste caso, o elemento utilizado e o TI

F28335. Os tipos de configuracoes estao listados abaixo:

• “RAM Debug”: Compilar o codigo no modo “debug”e roda-lo na memoria RAM;

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Figura 4.20

• “RAM Release”: Compilar o codigo no modo “release”e roda-lo na memoria RAM;

• “Flash Release”: Compilar o codigo no modo “release”e roda-lo na memoria Flash;

• “Flash RAM Release”: Compilar o codigo no modo “release”e roda-lo na memoria

RAM.

Sera utilizado o modo “RAM Debug”, onde o projeto sera carregado na memoria RAM

(Figura 4.20).

3. O codigo so e gerado se o controle estiver na forma discreta, nao na forma contınua.

Frequentemente, a primeira simulacao e feita na forma contınua e so entao convertido

para a discreta.

4. Depois de simular o circuito na forma discreta, o codigo pode ser gerado em Simulate-

>Generate Code e aparecera numa janela aberta automaticamente. O PSIM tambem

gera uma pasta com todos os arquivos necessarios para rodar o projeto no CodeComposer

Studio.

5. Com a pasta do codigo criada, siga o passo-a-passo descrito na Secao 3.2.2 para compilar

o codigo e roda-lo no DSP.

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Capıtulo 5

Caderno de Experiencias

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5.1 Experiencia #1 – Modulacao por Largura de Pulso

(PWM) e FFT

Segue abaixo o passo-a-passo de como montar um PWM com ciclo de trabalho constante

e gerar o seu codigo para o DSP.

1. Depois de abrir um novo projeto no PSIM, adicione o elemento PWM, Figura 5.1.

Figura 5.1

2. Adicione tambem uma fonte DC, um terra e 2 medidores de tensao em relacao ao terra.

Conecte-os com um Wire. O circuito deve ficar como na Figura 5.2.

Figura 5.2

3. Modifique os valores dos componentes de forma que a fonte seja de 0.3 volts e o PWM

tenha os parametros mostrados na Figura 5.3.

30


Figura 5.3

4. Adicione os componentes DSP Clock e Hardware Configuration (Figura 5.4), relaciona-

dos ao TI F28335 para geracao do codigo, em Elements->SimCoder->TI F28335 Target.

Figura 5.4

5. Adicione o Simulation Control, escolha o TI F28335 em Hardware Target, simule o

circuito e analise as formas de onda.

6. Para ver as formas de onda em graficos separados, utilize o botao Add one screen .

A simulacao deve ficar como na Figura 5.5.

7. Repita o procedimento de forma a fazer mais dois circuitos: o PWM com 40% de ciclo e

outro de 50% de ciclo.

8. Depois de fazer a simulacao, para gerar o codigo clique em Simulate->Generate Code.

Uma janela sera aberta com o codigo principal (Figura 5.6) e uma pasta sera criada no

mesmo diretorio onde foi salvo o circuito, com todos os arquivos necessarios para abrir o

codigo no Code Composer Studio.

9. A partir daqui, basta seguir o passo-a-passo da Secao 3.2.2 para rodar o codigo no DSP

TIF28335.

31


Figura 5.5

Figura 5.6

Para o Relatorio

1. Compare as formas de onda obtidas em simulacao com as obtidas na experiencia pratica,

para os ciclos de 30%, 40%, 50%, 60%, 70%.

2. Calcule a FFT de um ciclo para os PWM de 40%, 50%, 70%. Comente os resultados

quanto aos harmonicos que aparecem no espectro para cada caso.

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5.2 Experiencia #2 – Conversor Buck

5.2.1 Preparatorio

1. Quais as duas principais relacoes em um conversor buck? Em que condicao essas relacoes

sao validas?

2. Como e feito o controle da tensao de saıda?

3. Qual e a funcao dos elementos L e C na saıda do conversor?

Para responder os itens abaixo, considere o circuito da Figura 5.7 e a frequencia de

chaveamento igual a 10 kHz.

20V

1mH

100 F 30

dV

0V

Figura 5.7

4. Trace a curva do valor medio da tensao de saıda em funcao do ciclo de trabalho, para o

modo contınuo de conducao.

5. Trace a curva da resposta em frequencia do filtro LC. Indique a frequencia de corte do

filtro.

6. Determine o valor do ciclo de trabalho de forma que a tensao de saıda, V0, seja igual a

12 V.

7. De acordo com o resultado anterior, qual e o valor da corrente de entrada?

8. Considerando a tensao de entrada, Vd, constante e igual a 20 V, qual deve ser o valor do

ciclo de trabalho para que o circuito opere no limite entre os modos contınuo e descontınuo

de conducao? Justifique.

9. Calcule o valor pico a pico do ripple da tensao de saıda.

10. Monte o circuito da Figura 5.7 no PSCAD/EMTDC e apresente os resultados que justi-

fiquem as respostas dos itens 6 a 9. Apresente tambem os graficos da corrente do indutor

e da tensao sobre o diodo. Para simulacao, considere um ∆t = 1µs, Plot Step = 1µs e

tempo total de simulacao 100 ms. Apresente as curvas completas e em detalhes (zoom),

de forma que seja possıvel identificar a forma de onda.

33


5.2.2 Execucao

1. Monte o circuito da Figura 5.7 na bancada eletronica.

2. Utilize o microcontrolador para gerar o sinal de disparos da chave.

3. Varie as grandezas necessarias para coletar resultados experimentais que permitam fazer

a comparacao com os resultados de simulacao obtidos no preparatorio.

4. Compare e analise os resultados experimentais com os resultados de simulacao.

34


5.3 Experiencia #3 – Conversor Boost

5.3.1 Preparatorio

1. Quais as duas principais relacoes em um conversor Boost?



12V

1mH

100 F 30dV

0V

Figura 5.8

2. Trace a curva do valor medio da tensao de saıda em funcao do ciclo de trabalho, para o

modo contınuo de conducao.


20 V.

4. De acordo com o resultado anterior, qual e o valor da corrente de entrada?

5. Considerando a tensao de saıda, V0, constante e igual a 20 V, qual deve ser o valor do

ciclo de trabalho quando a tensao de entrada for igual a 8 V? Justifique.



fiquem as respostas dos itens 3 a 6. Apresente tambem as curvas da corrente do indutor,

corrente do capacitor e tensao sobre o diodo. Para simulacao, considere um ∆t = 1µs,

Plot Step = 1µs e tempo total de simulacao 100 ms. Apresente as curvas completas e em

detalhes (zoom), de forma que seja possıvel identificar a forma de onda.

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5.3.2 Execucao






36


5.4 Experiencia #4 – Conversor Buck-Boost

5.4.1 Preparatorio

1. Quais as duas principais relacoes em um conversor Buck-Boost?



15V

1mH 100 F 30

dV

0V

Figura 5.9

2. Trace a curva do valor medio da relacao tensao de saıda pela tensao de entrada em funcao

do ciclo de trabalho, para o modo contınuo de conducao.


20 V.


10 V.

5. De acordo com os resultados anteriores, quais sao os valores da corrente de entrada em

ambos os pontos de operacao?

6. Considerando V0 = 11 V e VD = 15 V, calcule o valor mınimo do resistor para que o

conversor opere no limite do modo contınuo de operacao.



fiquem as respostas dos itens 2 a 7. Apresente tambem as curvas da corrente do indutor,

corrente do capacitor e tensao sobre o diodo. Para simulacao, considere um ∆t = 1µs,

Plot Step = 1µs e tempo total de simulacao 100 ms. Apresente as curvas de forma que

seja possıvel identificar as formas de onda.

37


5.4.2 Execucao






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universidade federal do rio de janeiro departamento de … · na aula de apresenta˘c~ao do curso,...

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