Apresentação da Bancada Didática, instruções gerais e roteiros das

Transcrição

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Eletrônica de Potência
Introdução ao Laboratório
de
Eletrônica de Potência
versão 0.9
Professores:
Robson Dias
Luı́s Guilherme Rolim
Colaboração:
Lı́via Lisandro J. Godoy
2012
Rio de Janeiro
Escola Politécnica
Capı́tulo 1
Introdução ao Curso
1.1
Objetivo do Curso
A Eletrônica de Potência (ELEPOT) está presente em toda parte do nosso dia a dia,
desde os carregadores de celular até o transporte metroviária. Por isso, é importante que o
profissional de engenharia elétrica possua alicerces sobre o tema para poder, no futuro, lidar
com novas tecnologias.
O campo de atuação do engenheiro de eletrônica de potência engloba alguns dos seguintes
tópicos:
• Energias Renováveis, como: eólica, solar, célula combustı́vel etc.
• Projeto de UPS (Uninterruptible Power Supplies).
• Filtros ativos para sistemas de distribuição.
• Dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission Systems).
• Acionamento de motores.
• Carros Elétricos.
• Sistemas espaciais.
• Propulsão elétrica de Navios e Submarinos.
• Smart Grids.
• E muitos outros...
Assim, o objetivo do laboratório de potência é prover, através de experiência práticas,
artifı́cios para que o aluno fixe os conceitos adquiridos no curso de Eletrônica de Potência I.
1
1.2
Informações Básicas
O curso está baseada em oito experiências:
EXP1 ⇒ Modulação 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 Monofásico (Conversor CC-CA).
EXP6 ⇒ Inversor Trifásico (Conversor CC-CA).
EXP7 ⇒ Circuito de Sincronismo para controle de conversores (PLL).
EXP8 ⇒ Retificador Monofásico de Onda Completa(Conversor CA-CC).
Cada experiência é composta por duas partes, o preparatório e a prática.
• O preparatório consiste na simulação dos circuitos propostos utilizando o PSIM, bem
como, a análise dos resultados.
• A parte prática é a montagem e operação dos circuitos utilizando a bancada eletrônica.
Os resultados da parte prática devem ser apresentados em forma de relatório com a devida
comparação com os resultados de simulação.
1.2.1
Outras Informações
• Todos os documentos sobre a bancada eletrônica e as experiências serão enviados por
email.
• Na aula de apresentação do curso, a turma será dividida em trios.
• O número de trios será de acordo com o número de alunos inscritos. Eventualmente, o
número de alunos por grupo poderá ser maior do que três.
• Caso o número de trios exceda 4, os mesmo serão divididos em dois grupos maiores que
frequentarão as aulas em semanas alternadas.
• Os trios serão identificadas por letras e deverão ser mantidos até o final do curso.
2
1.3
Avaliação
A avaliação será feita com base na atuação de cada aluno no laboratório, em relatórios
e uma prova final. A seguir algumas informações que o aluno deve saber sobre o sistema de
avaliação.
1. Será exigido um relatório por experiência por grupo.
2. O relatório de uma experiência deverá ser enviado por email antes do inı́cio da experiência
seguinte.
3. Será exigido apenas um preparatório por grupo.
4. O preparatório deverá ser apresentado antes do inı́cio de cada experiência e deverá ser
anexado ao documento do relatório a ser enviado por email, que deverá ser no formado
pdf.
5. Para facilitar a identificação e organização, os relatórios devem ser nomeados seguindo o
seguinte padrão: YYYYP_D_EXP_N.pdf, em que YYYY é o ano, P é o perı́odo, D é a letra do
trio e N é o número da experiência.
6. O grupo que não apresentar o preparatório no inı́cio da aula não poderá realizar a experiência.
7. A prova final será escrita e englobará toda a matéria teórica relacionada às experiências,
bem como, questões relacionadas com a execução das mesmas.
8. A média dos relatórios terá peso 2 e a nota da prova final terá peso 1.
9. Se ao final do perı́odo alguma experiência deixar de ser realizada, a nota relativa à mesma
será 0 (zero).
10. O aluno que faltar duas experiência será reprovado por falta, uma vez que corresponde a
40% da disciplina.
11. Será considerado aprovado o aluno que obter a média final igual ou superior a 5,0 pontos.
3
Capı́tulo 2
Bancada Eletrônica
As experiências do Laboratório de ELEPOT são planejadas para serem desenvolvidas na
Bancada Eletrônica. Essa bancada segue a mesma ideia do protoboard, isto é, trata-se de uma
matriz de contato para facilita a montagem dos circuitos elétricos, porém, de potência. Além
da matriz de contato, a bancada eletrônica possui uma circuitaria auxiliar para possibilitar a
alimentação do circuito de controle das chaves estáticas. A Figura 2.1 mostra a vista do painel
frontal da bancada.
Matriz de Contatos
Circuito de Potência
Fontes Isoladas
Canais de Disparos
A5
A4
A3
A2
A1
A0
B5
B4
B3
B2
B1
B0
Fontes CC
15V
12V
11V
5V
Entrada de Sinais
J1
Figura 2.1: Painel frontal da bancada eletrônica
4
A seguir é feita uma breve explanação da bancada eletrônica e como utilizá-la.
2.1
Matriz de Contatos
A Figura 2.2 mostra como são as conexões da matriz de contatos, ela permite que os
circuitos propostos sejam montados com mais rapidez e facilidade. Deve-se notar que os contatos
são dispostos em onze colunas na vertical e quatro linhas na horizontal, as linhas e colunas não
têm conexão elétrica entre si e nem com circuitos externos, funcionando de mesma forma que
um protoboard passivo.
Matriz de Contatos
Figura 2.2: Conexão elétrica da matriz de contatos
Cada componente é montado em uma pequena placa cujos contatos têm exatamente a
distância de três colunas da matriz. Os principais componentes disponı́veis são mostrados na
Figura 2.3. Os indutores são montados a parte e devem ser conectados à bancada através de
cabos. A Tabela 2.1 apresenta os valores ou o part number dos componentes disponı́veis.
A Figura 2.4 mostra, de forma estilizada, com os componentes podem ser montados na
bancada eletrônica.
2.2
Circuitaria Auxiliar
Para possibilitar os disparos das chaves estáticas de forma correta, a bancada eletrônica
possui uma circuitaria auxiliar. Essa circuitaria tem como função, 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: Especificações dos componentes disponı́veis no LabELEPOT
Componente
Especificações
Capacitores de Cerâmica
104K, 105K, 474K, 475K, µ47, 1µ
Capacitores Eletrolı́tico
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
BTA16-600B
Triac
(a) Cap Cerâmica
k
a
(b) Cap Eletrolı́tico
k
(c) Resistor
G
a
S
g
a1
a2
D
g
(d) Diodo
(e) Tiristor
(f) Mosfet
(g) Triac
Figura 2.3: Componentes disponı́veis para montagem na bancada eletrônica
a alimentação aos mesmo. Além 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
S
G
D
Figura 2.4: Montagem dos componentes na bancada
2.2.1
Fontes CC
A bancada eletrônica possui 4 nı́veis de tensão CC, 5 V, 11 V, 12 V e 15 V. Essas fontes
CC são de baixa potência e servem para alimentar circuitos de controle externos.
Por serem de baixa potência, as fontes CC da bancada, NÃO podem ser utilizadas para
alimentar os circuitos de potência dos conversores, sob o risco de queimar a bancada eletrônica.
2.2.2
Fontes isoladas
Além das fontes CC, a bancada possui 19 fonte isoladas. Essas fontes também são em
corrente contı́nua, mas são isoladas umas das outras e servem para alimentar os circuitos de
disparos das chaves estáticas. Por serem isoladas, evitam curtocircuitos com o neutro da fonte
de alimentação e, em alguns casos, com o terra da instalação. Obviamente, as fontes isoladas
também são de baixa potência e NÃO devem ser utilizadas para alimentação do circuito de
potência dos conversores.
2.2.3
Canais de Disparos
A bancada eletrônica possui dois conjuntos de seis canais para disparos de chaves estáticas. Os conjuntos são divididos em A e B, sendo cada conjunto composto por três pares
complementares de canais. Os pares de canais do conjunto A são A0-A1, A2-A3 e A4-A5.
Enquanto que para o conjunto B, são B0-B1, B2-B3 e B4-B5. Para as atividades propostas no
LabELEPOT, apenas os canais do conjunto A são necessários.
7
2.2.4
Entrada dos sinais de disparos
A entrada de sinais foi projetada para sinais provenientes de microcontroladores, cuja
tensão de saı́da é em 3.3 V. Os sinais de comando são então ajustados para o nı́vel de tensão
e potência para os disparos das chaves. A circuitaria de comando conta ainda com uma lógica
de bloqueio que impede que as chaves dos canais complementares sejam acionadas ao mesmo
tempo, o que evita eventuais curto circuitos do barramento CC. Além disso, existe ainda um
circuito para geração de tempo morto entre os sinais de disparos de canais complementares.
8
Capı́tulo 3
Microprocessador
Para o processamento dos sinais digitais no controle dos circuitos propostos nas experiências serão utilizados DSP’s de ponto flutuante TI F28335, da Texas Instruments.
3.1
TI F28335
O DSP (Digital Signal Processor ) é um microprocessador de sinais digitais que tem velocidade operacional superior quando comparado a outros microcontroladores, além de ser otimizado em relação ao cancelamento de ruı́dos.
Para escrever o código 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 usuário necessita ter conhecimento de programação relativamente avançado. No entanto,
foi desenvolvida uma ferramenta facilitadora dentro do simulador PSIM: o SimCoder. Nele é
possı́vel gerar automaticamente o código para o DSP TI F28335 e, portanto, este será o modelo
utilizado nas experiências aqui propostas. Após a geração do código pelo SimCoder, ele é
exportado para o Code Composer Studio, onde o projeto é compilado e rodado no DSP.
Para poder usufruir dessa funcionalidade, será utilizado o DSP TMS320F28335 (Figura 3.1a), que possui diversos periféricos como, por exemplo, canais PWM, conversor ADC
(conversor analógico-digital), pinos I/O de entrada e saı́da, dentre outros. E, para integrar a
placa com o software de desenvolvimento, é utilizado o emulador USB (Figura 3.1b).
3.2
Code Composer Studio
O Code Composer Studio (CCS) é um software da Texas Instruments (TI) usado para
desenvolver o código, compilá-lo e rodá-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 instalação do CCS4:
9
(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 código de funcionamento do
DSP, porém neste laboratório não será necessário que o aluno tenha conhecimento dessa parte,
já que o código usado será desenvolvido automaticamente pelo PSIM. Portanto, este tutorial
se limita a explicar como compilar e rodar o código no DSP.
Compilando e Rodando um projeto
O objetivo aqui é compilar, carregar e, em seguida, rodar um programa no microprocessador e observar os sinais gerados. Para isso, deve-se estabelecer a comunicação entre software de
desenvolvimento e o microprocessador. Segue abaixo o passo-a-passo de um exemplo de projeto
que será utilizado na Experiência 1.
• Ao abrir o CCS4 no Windows 7, a tela será como na Figura 3.2.
• O PSIM gera o código em um formato que não é compatı́vel com o CCS4. Portanto,
deve-se Importar o projeto e convertê-lo para um novo formato (Figura 3.3).
• A seguir, selecione a opção 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 rápidos no arquivo .c ou .pjt, como na
Figura 3.7. A partir daqui, o DSP já deve estar conectado ao computador.
• Para fazer a conexão com o DSP, deve-se configurá-lo em New Target Configuration,
Figura 3.8.
10
Figura 3.2
• Nomeie a configuração 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.
• Após selecionar o emulador, clique em Add para selecionar o tipo do DSP, Figura 3.11.
• Em Devices escolha o DSP que será usado, o TMS320F28335. Ilustrado na Figura 3.12.
• Finalizando a configuração, clique em Build All ou no atalho do teclado Ctrl+B (Figura 3.13).
• O próximo passo é o Debug, para analisar o código. Clique em Debug Active Project,
como na Figura 3.14.
• Caso nenhum erro seja encontrado pelo programa, agora deve-se rodar o código no DSP
em Run como na Figura 3.15.
• Neste momento, o programa já está rodando o código 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
Capı́tulo 4
Simulações
Todas as experiências realizadas no laboratório deverão ser analisadas através de simulações no domı́nio do tempo, utilizando o software de simulação PSIM e seu módulo SimCoder.
4.1
PSIM
O PSIM é um software de simulação projetado para eletrônica de potência. Possui as
vantagens de ter simulação rápida, interface amigável e possuir modelos detalhados das chaves
estáticas. Ele pode ser usado tanto para circuitos digitais quanto analógicos. É importante
ressaltar que o software não faz correções sobre como o circuito deveria funcionar, logo o estudante deve usar seus conhecimentos para analisar as formas de onda da simulação. Uma
caracterı́stica importante do PSIM é que ele foi desenvolvido para atuar diretamente no DSP
TI F28335 de ponto flutuante, possuindo os blocos de função do mesmo e tendo a ferramenta
de gerar automaticamente o código em C para acionar o DSP, o módulo SimCoder.
A versão que será utilizada no laboratório é 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 versão estudante
no site www.powersimtech.com.
4.1.2
Biblioteca de Componentes
A Figura 4.1 mostra a interface do PSIM em sua primeira utilização após a instalação.
Nos atalhos superiores aparecem os botões “abrir”, “salvar”, etc. Nos inferiores, encontram-se
atalhos de componentes e medidores.
Os componentes podem ser acessados, além do atalho inferior, no menu superior Elements
(Figura 4.2) ou podem ser buscados pelo nome na biblioteca no ı́cone
.
O menu Elements é subdividido em componentes de potência, controle, fontes e outros.
Os componentes podem ser então copiados para o arquivo de projeto em que se está trabalhando.
Maiores detalhes são mostrados durante a explicação do exemplo apresentado da Seção 4.2.
17
Figura 4.1
Figura 4.2
4.2
Exemplo de Projeto no PSIM
O objetivo desta seção é familiarizar os alunos com a ferramenta computacional PSIM,
dando-lhes subsı́dios básicos para realizar uma simulação no domı́nio do tempo. Para isso, será
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 também
a opção de utilizar o atalho na barra de principal, conforme indicado na Figura 4.3b.
Depois de criado, a página ficará como na Figura 4.4a. Se necessário, pode-se trabalhar
com vários casos ao mesmo tempo, podendo minimizar e abrir janelas dentro do PSIM (Figura 4.4b). Antes de começar a montar o circuito de simulação, é importante salvar o novo
caso, para isso, clique em File->Save (Figura 4.5).
Escolha um diretório adequado para salvar o novo caso e renomeie o caso. É importante
saber que o nome do arquivo não deve conter espaços, então, como sugestão, 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 subseção 4.1.2. Ao clicar no componente desejado, ele
automaticamente fica selecionado, bastando clicar com o botão esquerdo onde deseja-se colocálo. Se não houver a necessidade de outros componentes deste tipo, basta apertar a tecla Esc
19
Figura 4.5
Figura 4.6
para deselecioná-lo. Como exemplo, será mostrado como inserir a fonte ca no projeto.
1. Clique na seta da sub-biblioteca de fontes (Sources) e selecione a fonte de tensão senoidal
Figura 4.7.
Figura 4.7
20
2. Esta fonte, assim como outros componentes de grande uso, pode ser encontrada também
no atalho inferior (Figura 4.8).
Figura 4.8
3. Posicione o componente onde deseja e clique com o botão esquerdo para fixá-lo na edição
do projeto Figura 4.9.
Figura 4.9
4. Para configurar os parâmetros do componente, dê dois cliques sobre ele e configure conforme indicado nas Figuras 4.10a e 4.10b. Para finalizar, basta fechar a janela.
5. Se for necessário rotacionar o componente, clique nele e vá em Edit->Rotate, como na
Figura 4.11. Caso deseja rotacionar um componente que ainda não foi fixado no circuito,
basta clicar com o botão direito quantas vezes necessário.
6. Para descrever o módulo dos componentes, sufixos são aceitos no PSIM para múltiplos e
submúltiplos (Tabela 6).
21
(a)
(b)
Figura 4.10
Figura 4.11
G
M
k ou K
m
u
n
p
109
106
103
10−3
10−6
10−9
10−12
A conexão direta entre dois componente é feita através 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 conexão, mantenha o botão 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 Eletrônica de
Potência, Elements->Power->Switches.
22
(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 Rotação.
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.
Após 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 seção desejada (Figura 4.13).
4.2.3
Inserindo Medidores
Medidores são elementos que permitem coletar os valores de tensão e corrente em determinado ponto do circuito. Alguns medidores podem ainda fornecer o valores de potência ativa
23
Figura 4.13
e reativa, valores eficazes, conteúdo harmônico, entre outras medidas. Confira os medidores
disponı́veis na sub-biblioteca Elements->Other->Probes. A seguir será mostrado como inserir
medidores de corrente e tensão utilizando os atalhos da barra inferior.
1. Na barra inferior, clique no medidor de corrente
.
2. Posicione o medidor na extremidade do fio que está conectado ao diodo (Figura 4.12).
3. Dê dois cliques no medidor e renomeie-o para Icarga.
4. Para os medidores de tensão, tem-se duas opções, uma que mede a tensão em relação ao
terra e outro que mede a tensão entre dois pontos. Vamos utilizar os dois. Para medir a
tensão de entrada (Fonte), vamos utilizar o medidor que mede em relação ao terra, pois,
a fonte está aterrada. Na barra lateral, clique no medidor de tensão para o terra
.
5. Posicione o medidor antes do diodo.
6. Renomeie o medidor para Efonte. Após esses passos o circuito deve estar parecido com
o apresentado na Figura 4.14.
7. Para medir a tensão sobre o diodo, vamos utilizar o medidor de tensão entre dois pontos.
Na barra lateral, clique no medidor
.
8. Renomeie-o para Ed.
9. Para medir a tensão de saı́da, e notando que a resistor está aterrado, temos a opção de
utilizar tanto o medir para o terra quanto o medidor entre dois pontos. Vamos utilizar
este último. Insira o medidor conforme o passo anterior, rotacionando-o.
24
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 parâmetros da simulação. Para isso:
1. Adicione ao circuito o componente Simulation Control, elemento que define os parâmetros e configurações da simulação. Ele encontra-se em Simulate->Simulation Control.
O circuito deve ficar como na Figura 4.16.
2. Configure o tempo de simulação, Total Time, para 0.1. Este é o tempo que será simulado.
3. Configure o passo de integração, Time Step, para 10µs. Este é o intervalo de tempo
entre cada instante em que o circuito é resolvido, esse parâmetro varia de acordo como
o tipo de simulação. Deve-se considerar um passo de integração muito menor do que o
perı́odo do fenômeno de maior frequência, pelo menos dez vezes menor. Para circuitos
que envolvam eletrônica de potência em que a frequência de chaveamento é de algumas
25
Figura 4.16
dezenas de kilohertz, 10µs é um passo de integração razoável em termos de precisão e
tempo de simulação.
4. Configure o passo de exibição dos pontos, Print Step, para 1.
5. Para esse exemplo, mantenha o padrão para os outros parâmetros (Figura 4.17).
6. Caso fosse usado o SimCoder, na aba “SimCoder” do Simulation Control pode-se adicionar
comentários que serão inseridos no começo do código gerado automaticamente.
Figura 4.17
Após configurar a simulação, para simular o circuito clique em Simulate->Run Simulation, ou usar o atalho no teclado F8. A janela de simulação será aberta juntamente com
os nomes dos medidores, podendo-se escolher o que se deseja medir. Neste caso, todos serão
selecionados (Figura 4.18).
As curvas da simulação devem ficar como na Figura 4.19.
Caso deseje adicionar ou remover uma curva, basta clicar no ı́cone
26
.
Figura 4.18
Figura 4.19
4.3
Módulo SimCoder
O SimCoder é um módulo do PSIM onde um código em C genérico é gerado automaticamente, após a simulação do circuito esquemático. Além disso, se for utilizado o DSP de ponto
flutuante TI F28335 da Texas Instruments, o SimCoder gera um código pronto para rodar no
DSP, sem nenhuma necessidade de alteração.
Abaixo, o passo-a-passo de como gerar o código no PSIM, compilá-lo, abri-lo no CodeComposer Studio e rodá-lo no DSP.
1. Ao montar o circuito esquemático, adicione os componentes usados na geração do código,
como DSP Clock e Hardware Configuration que podem ser encontrados em Elements>SimCoder->TI F28335 Target e também Elements->Event Control.
2. Com o circuito pronto, antes de fazer a simulação, deve-se configurar o projeto para
funcionar no CodeComposer Studio. Isso é feito no Simulation Control, escolhendo-se o
elemento e a configuração em Hardware Target. Neste caso, o elemento utilizado é o TI
F28335. Os tipos de configurações estão listados abaixo:
• “RAM Debug”: Compilar o código no modo “debug”e rodá-lo na memória RAM;
27
Figura 4.20
• “RAM Release”: Compilar o código no modo “release”e rodá-lo na memória RAM;
• “Flash Release”: Compilar o código no modo “release”e rodá-lo na memória Flash;
• “Flash RAM Release”: Compilar o código no modo “release”e rodá-lo na memória
RAM.
Será utilizado o modo “RAM Debug”, onde o projeto será carregado na memória RAM
(Figura 4.20).
3. O código só é gerado se o controle estiver na forma discreta, não na forma contı́nua.
Frequentemente, a primeira simulação é feita na forma contı́nua e só então convertido
para a discreta.
4. Depois de simular o circuito na forma discreta, o código pode ser gerado em Simulate>Generate Code e aparecerá numa janela aberta automaticamente. O PSIM também
gera uma pasta com todos os arquivos necessários para rodar o projeto no CodeComposer
Studio.
5. Com a pasta do código criada, siga o passo-a-passo descrito na Seção 3.2.2 para compilar
o código e rodá-lo no DSP.
28
Capı́tulo 5
Caderno de Experiências
29
5.1
Experiência #1 – Modulação 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 código para o DSP.
1. Depois de abrir um novo projeto no PSIM, adicione o elemento PWM, Figura 5.1.
Figura 5.1
2. Adicione também uma fonte DC, um terra e 2 medidores de tensão em relação 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 parâmetros mostrados na Figura 5.3.
30
Figura 5.3
4. Adicione os componentes DSP Clock e Hardware Configuration (Figura 5.4), relacionados ao TI F28335 para geração do código, 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 gráficos separados, utilize o botão Add one screen
A simulação 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 simulação, para gerar o código clique em Simulate->Generate Code.
Uma janela será aberta com o código principal (Figura 5.6) e uma pasta será criada no
mesmo diretório onde foi salvo o circuito, com todos os arquivos necessários para abrir o
código no Code Composer Studio.
9. A partir daqui, basta seguir o passo-a-passo da Seção 3.2.2 para rodar o código no DSP
TIF28335.
31
Figura 5.5
Figura 5.6
Para o Relatório
1. Compare as formas de onda obtidas em simulação com as obtidas na experiência prática,
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 harmônicos que aparecem no espectro para cada caso.
32
5.2
Experiência #2 – Conversor Buck
5.2.1
Preparatório
1. Quais as duas principais relações em um conversor buck ? Em que condição essas relações
são válidas?
2. Como é feito o controle da tensão de saı́da?
3. Qual é a função dos elementos L e C na saı́da do conversor?
Para responder os itens abaixo, considere o circuito da Figura 5.7 e a frequência de
chaveamento igual a 10 kHz.

20 V
1mH

Vd
100  F

30
V0

Figura 5.7
4. Trace a curva do valor médio da tensão de saı́da em função do ciclo de trabalho, para o
modo contı́nuo de condução.
5. Trace a curva da resposta em frequência do filtro LC. Indique a frequência de corte do
filtro.
6. Determine o valor do ciclo de trabalho de forma que a tensão de saı́da, V0 , seja igual a
12 V.
7. De acordo com o resultado anterior, qual é o valor da corrente de entrada?
8. Considerando a tensão 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 contı́nuo e descontı́nuo
de condução? Justifique.
9. Calcule o valor pico a pico do ripple da tensão de saı́da.
10. Monte o circuito da Figura 5.7 no PSCAD/EMTDC e apresente os resultados que justifiquem as respostas dos itens 6 a 9. Apresente também os gráficos da corrente do indutor
e da tensão sobre o diodo. Para simulação, considere um ∆t = 1µs, Plot Step = 1µs e
tempo total de simulação 100 ms. Apresente as curvas completas e em detalhes (zoom),
de forma que seja possı́vel identificar a forma de onda.
33
5.2.2
Execução
1. Monte o circuito da Figura 5.7 na bancada eletrônica.
2. Utilize o microcontrolador para gerar o sinal de disparos da chave.
3. Varie as grandezas necessárias para coletar resultados experimentais que permitam fazer
a comparação com os resultados de simulação obtidos no preparatório.
4. Compare e analise os resultados experimentais com os resultados de simulação.
34
5.3
Experiência #3 – Conversor Boost
5.3.1
Preparatório
1. Quais as duas principais relações em um conversor Boost?
1mH
12V


100  F
Vd

30
V0

Figura 5.8
2. Trace a curva do valor médio da tensão de saı́da em função do ciclo de trabalho, para o
modo contı́nuo de condução.
20 V.
4. De acordo com o resultado anterior, qual é o valor da corrente de entrada?
5. Considerando a tensão de saı́da, V0 , constante e igual a 20 V, qual deve ser o valor do
ciclo de trabalho quando a tensão de entrada for igual a 8 V? Justifique.
7. Monte o circuito da Figura 5.8 no PSCAD/EMTDC e apresente os resultados que justifiquem as respostas dos itens 3 a 6. Apresente também as curvas da corrente do indutor,
corrente do capacitor e tensão sobre o diodo. Para simulação, considere um ∆t = 1µs,
Plot Step = 1µs e tempo total de simulação 100 ms. Apresente as curvas completas e em
detalhes (zoom), de forma que seja possı́vel identificar a forma de onda.
35
5.3.2
Execução
36
5.4
Experiência #4 – Conversor Buck-Boost
5.4.1
Preparatório
1. Quais as duas principais relações em um conversor Buck-Boost?

15V

Vd
100  F
 1mH
30
V0

Figura 5.9
2. Trace a curva do valor médio da relação tensão de saı́da pela tensão de entrada em função
do ciclo de trabalho, para o modo contı́nuo de condução.
20 V.
10 V.
5. De acordo com os resultados anteriores, quais são os valores da corrente de entrada em
ambos os pontos de operação?
6. Considerando V0 = 11 V e VD = 15 V, calcule o valor mı́nimo do resistor para que o
conversor opere no limite do modo contı́nuo de operação.
8. Monte o circuito da Figura 5.9 no PSCAD/EMTDC e apresente os resultados que justifiquem as respostas dos itens 2 a 7. Apresente também as curvas da corrente do indutor,
corrente do capacitor e tensão sobre o diodo. Para simulação, considere um ∆t = 1µs,
Plot Step = 1µs e tempo total de simulação 100 ms. Apresente as curvas de forma que
seja possı́vel identificar as formas de onda.
37
5.4.2
Execução
38

Apresentação da Bancada Didática, instruções gerais e roteiros das

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