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 0.1
Professores:
Robson Dias
Luı́s Guilherme Rolim
2011
Rio de Janeiro
Escola Politécnica
Sumário
1 Introdução ao Curso
1.1 Objetivo do Curso . . . .
1.2 Informações Básicas . . . .
1.2.1 Outras Informações
1.3 Avaliação . . . . . . . . .
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2 Bancada Eletrônica
2.1 Matriz de Contatos . . . . .
2.2 Circuitaria Auxiliar . . . . .
2.2.1 Fontes CC . . . . . .
2.2.2 Fontes isoladas . . .
2.2.3 Canais de Disparos .
2.2.4 Entrada dos sinais de
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disparos
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3 Microcontrolador
3.1 MC56F8006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 CodeWarrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Instalando o CodeWarrior no Windows 7
3.2.2 Primeiros passos no CodeWarrior . . . .
3.2.3 Criando um projeto no CodeWarrior . .
4 Simulações
4.1 PSCAD/EMTDC . . . . . . . . . . . . . .
4.1.1 Instalando o PSCAD no Windows 7
4.1.2 Biblioteca de Componentes . . . .
4.2 Exemplo de Projeto no PSCAD/EMTDC .
4.2.1 Criando um Novo Caso . . . . . . .
4.2.2 Inserindo Componentes . . . . . . .
4.2.3 Inserindo Medidores . . . . . . . .
4.2.4 Exibindo os Resultados em Gráficos
4.2.5 Simulando . . . . . . . . . . . . . .
ii
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64 bits
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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 cinco experiências:
EXP1 ⇒ Conversor CC-CC abaixador (Buck ) e Conversor Elevador (Boost).
EXP2 ⇒ Conversor CC-CC abaixador-elevador (Buck-Boost).
EXP3 ⇒ Inversor Monofásico (Conversor CC-CA).
EXP4 ⇒ Circuito de Sincronismo para controle de conversores (PLL).
EXP5 ⇒ Retificador Monofásico de Onda Completa a tiristor (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 PSCAD/EMTDC,
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 duplas.
• O número de duplas será de acordo com o número de alunos inscritos. Eventualmente, o
número de alunos por grupo poderá ser maior do que dois.
• Caso o número de duplas exceda 4, as duplas serão divididas em dois grupos maiores que
frequentarão as aulas em semanas alternadas.
• As duplas serão identificadas por letras e deverão ser mantidas até o final do curso.
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 dupla.
2
2. O relatório de uma experiência deverá ser enviado por email antes do inı́cio da experiência
seguinte. Se o relatório não for enviado, não será permitida a realização da experiência
seguinte.
3. Será exigido apenas um preparatório por dupla.
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 da
dupla 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 1 e a nota da prova final terá peso 2.
9. Se ao final do perı́odo alguma experiência deixar de ser realizada, a nota relativa a 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
Microcontrolador
Para a geração dos sinais de disparos, bem como, o controle dos conversores propostos
nas experiências serão utilizados microcontroladores da famı́lia 56F800/E, da Freescale semiconductor (www.freescale.com). No laboratório existem dois tipos de microcontroladores que
podem ser utilizados nas experiências. Neste documento será apresentado o MC56F8006 por
possuir comunicação USB e, assim, permitir que o aluno utilize seu próprio computador, caso
desejar.
3.1
MC56F8006
O controlador MC56F8006 combina a capacidade de processamento de um DSP (digital
signal processor ) com a funcionalidade de um microcontrolador (MCU). Com um conjunto
flexı́vel de periféricos, ele fornece uma solução de alta performance para aplicações que requerem
um número grande de sinais PWM, como em acionamento de motores.
Para poder usufruir dessas funcionalidade, será utilizada a placa demostração MC56F8006DEMO
(Figura 3.1a), que tem a vantagem de ter seis canais de PWM facilmente configuráveis. E, para
integrar a placa com o software de desenvolvimento, é utilizado o emulador USB TAP (Figura 3.1b).
(a) MC56F8006DEMO
(b) USB TAP
Figura 3.1: Kit de desenvolvimento do MC56F8006
9
3.2
CodeWarrior
A programação do microcontrolador é feita através do software de desenvolvimento CodeWarrior. A versão que será utilizada é a 8.3 Special (CW_DSC56800E_8.3_Special.exe),
disponı́vel gratuitamente em www.freescale.com/codewarrior. Essa versão é limitada em
termos do tamanho máximo do código que poder ser escrito, que é de até 64 KB, o que não é
um problema para nossas atividades com o MC56F8006, uma vez que sua memória interna do
é de apenas 16 KB.
3.2.1
Instalando o CodeWarrior no Windows 7 64 bits
Apesar de ser possı́vel instalar o CodeWarrior no Windows 7 64 bits, ainda não há driver
para arquitetura de 64 bits para o emulador USB TAP, o que inviabiliza sua comunicação
com a placa para essa versão do Windows. Para contornar esse inconveniente, existe a opção
de instalar o CodeWarrior utilizando o recurso de máquina virtual com o XP Mode. Esse
recurso está disponı́vel gratuitamente para as versões Professional e Ultimate do Windows
7 no endereço eletrônico http://www.microsoft.com/windows/virtual-pc/download.aspx.
Cabe ressaltar que a utilização da máquina virtual só é necessário se o interesse for fazer a
comunicação da placa demonstração com um PC, em que a versão do Windows seja 64 bits, caso
contrário, sua instalação pode ser feita normalmente no Windows sem precisar da virtualização
do Windows XP.
3.2.2
Primeiros passos no CodeWarrior
O CodeWarrior é um software que permite desenvolver ou depurar códigos para diversos
microcontroladores e DPS da Freescale, além de disponibilizar ferramentas de desenvolvimento
para sistemas de jogos da Nintendo e da Sony.
A seguir são apresentados os componentes do CodeWarrior IDE (Integrated Development
Environment) e suas respectivas funcionalidades.
Project Manager: Manipular fontes, bibliotecas, recursos e outros arquivos armazenados em
um projeto.
Editor: Criar e modificar o código fonte.
Search Engine: Encontrar e modificar textos.
Source Browser: Gerenciar e exibir sı́mbolos no programa.
Build System: Compilar, realizar a comunicação com o MC e convertes o código fonte em
um arquivo executável.
Debugger: Depurar, determinar breakpoints, observas mudança de variáveis, mover linha por
linha ao longo do programa para resolver problemas.
10
Para maiores detalhes, sugere-se consultar o arquivo IDEWin_5.9_Users_Guide.pdf, localizado
na pasta de instalação do software ..\Freescale\CodeWarrior for DSC56800E v8.3\Help\PDF.
3.2.3
Criando um projeto no CodeWarrior
Os passos seguintes ensinam como criar um projeto no CodeWarrior.
1. Após iniciar o CodeWarrior, crie um projeto clicando File>New...
2. Na aba Project, selecione a opção Processor Expert Stationery”
3. Nomeie o projeto e indique o destino em que será salvo
4. Selecione o microcontrolador MC56F8006_48_LQFP
11
Após esses passos, um projeto em branco é criado e já está pronto para programar o microcontrolador da placa demonstração(Figura 3.2).
Figura 3.2
Gerando sinais PWM
O microcontrolador MC56F8006 é especialmente para aplicações de acionamento, por isso,
ele possui seis canais dedicados para geração de sinais PWM. Além disso, conta com uma interface fácil para configuração desses sinais. A seguir são apresentados os passos para configurar
os canais de PWM.
1. Na janela de biblioteca de componentes, mostrada no canto inferior direito da Figura 3.2,
selecione a opção Generation of Signals [7 components]
12
2. Na janela seguinte, selecione Digital pulses with specified timing
[5 components]
3. Selecione Pulse width modulated signal [3 components]
4. Em seguida, selecione Multi-channel PWM motor-control [component PWMMC]
13
Ao final desses passos, aparecerá a janela para configurar os sinais PWM, conforme mostrado
na Figura 3.3. Os canais PWM são pré-configurados, sendo necessário configurar apenas alguns
parâmetros, que no caso, aparecem com a cor lilás.
Figura 3.3
Basicamente, os parâmetros que precisam ser configurados são:
Frequency/period Frequência do clock do PWM, essa frequência é duas vezes maior do que
a frequência de saı́da do PWM.
Dead-time e Dead-time 1 Tempo morto entre os canais complementares.
Duty São os ciclos de trabalho dos canais PWM.
Para as aplicações no laboratório, os canais #4 e #5 devem ser desabilitados, pois, não
serão utilizados. Um exemplo de como os parâmetros do PWM podem ser configurados são
mostrados na Figura 3.4.
14
Figura 3.4
Depois de configurar os canais PWM, deve-se habilitar as saı́das no microcontrolador.
Para isso, selecione o modo Expert do Component Inspector, localizado na parte inferior da
janela.
Em seguida, configure para que os sinais PWM apareçam nos pinos do microcontrolador,
Output pads > Enabled.
Compilando e Rodando um projeto
O objetivo aqui é compilar, carregar e, em seguida, rodar um programa no microcontrolador e observar os sinais gerados. Para isso, deve-se estabelecer a comunicação entre software
de desenvolvimento e o microcontrolador.
15
Inicialmente, deve-se configurar para que o CodeWarrior faça a comunicação com o kit
através do USB TAP. Os passos seguintes indicam como isso é feito.
1. Na aba Edit, selecione smm pROM-xRAM ou utilize o atalho ALT+F7.
2. Sob o item Debugger, selecione Remote Debugging.
3. Em seguida, em Connection Settings, selecione 56800E Local USBTAP Connection.
Antes de compilar e rodar o programa, deve-se garantir a comunicação entre o kit e o
computador, e para isso, existe uma sequência para inicializar do conjunto. A sequência de
inicialização para estabelecer a conexão entre o CodeWarrior e o kit de desenvolvimento é:
1. Conectar o cabo USB do emulador USB TAP no computador;
2. Conectar o conector JTAG do USBTAG no JTAG da placa MC56F8006DEMO;
3. Abrir o CodeWarrior;
4. Compilar o programa;
5. Rodar o programa.
Nesse ponto, o CodeWarrior está pronto para compilar e carregar o programa para o
microcontrolador executar. A seguir, são apresentados o passos para executar o programa no
microcontrolador.
16
1. Clique no ı́cone de
. O programa será compilado e carregado, o CodeWarrior mostrará
o código com as bibliotecas incluı́das (Figura 3.5).
Figura 3.5
2. Clique novamente no ı́cone
, para inicializar a execução do programa.
Após esses passos, o CodeWarrior informará que o programa está sendo executado, conforme mostrado na Figura 3.6.
Figura 3.6
Para interromper a execução do programa, deve-se clicar no ı́cone Kill,
17
.
Capı́tulo 4
Simulações
Todas as experiências realizadas no laboratório deverão ser analisadas através de simulações no domı́nio do tempo, utilizando programas de análise de transitórios eletromagnéticos,
conhecidos como programas do tipo EMT (Electromagnetic Transient). Dentre os inúmeros
programas do tipo EMT, o PSCAD/EMTDC será utilizados para simular os circuitos das experiências do Laboratório de Eletrônica de Potência. Esse programa foi escolhido por ser um
dos programas comerciais mais utilizado mundialmente no setor elétrico para análise no domı́nio do tempo de sistemas de potências e circuitos de eletrônica de potência. A seguir são
apresentados os passos iniciais para realizar as simulações no PSCAD/EMTDC.
4.1
PSCAD/EMTDC
O PSCAD (Power System CAD) é a interface gráfica do programa, enquanto que o
EMTDC (Electromagnetic Transients including DC ) é o núcleo de solução. O PSCAD permite
que o usuário construa graficamente estruturas complexas de circuitos elétricos e de controle,
analisar os resultados utilizando gráficos e ajustar parâmetros através de funções de controle
interativos. O programa vem com uma completa biblioteca de componentes e uma interface
amigável que permite facilmente configurar os parâmetros dos mesmos. As informações inseridas no PSCAD são repassadas, de forma transparente ao usuário, para o núcleo de solução
EMTDC, o qual representa e resolve as equações diferenciais no domı́nio do tempo, com passo
de integração fixo.
A versão que será utilizada é a 4.2.1 para estudantes, disponı́vel no endereço eletrônico
www.pscad.com. Essa versão é completa em termos de modelos e componentes, mas é limitada
em números de nós, sendo possı́vel simular um sistema com até 15 nós elétricos e 5 subpáginas.
Essa quantidade de nós é suficiente para modelar e simular todos os circuitos propostos no
LabELEPOT.
Como o EMTDC é baseado em Fortran, é ainda necessário instalar um compilador fortran.
Para as simulações do LabELEPOT, será utilizado o compilador de licença aberta GNU F77
Fortran que vem junto com o pacote compactado do PSCAD/EMTDC para estudantes.
18
4.1.1
Instalando o PSCAD no Windows 7 64 bits
Para evitar eventuais problemas de compatibilidade com o Windows 7 64 bits, sugere-se
que o PSCAD/EMTDC seja instalado em modo de compatibilidade com o Windows XP SP3.
Para isso, após descompactar o arquivo da versão estudante, clique com o botão direito do mouse
no arquivo de instalação setup.exe, selecione propriedades (Figura 4.1) e, em seguida, na aba
de compatibilidade, configure para que o arquivo seja executado em modo de compatibilidade
com o Windows XP (Service Pack 3), conforme mostrado na Figura 4.2.
Figura 4.1
Figura 4.2
O compilador GNU F77 Fortran já vem junto com o pacote compactado do PSCAD/EMTDC
para estudantes, e não precisa ser executado em modo de compatibilidade. Porém, durante a
instalação do PSCAD, a opção de instalar o compilador GNU Fortran deve ser selecionado, ver
Figura 4.3.
19
Figura 4.3
4.1.2
Biblioteca de Componentes
A Figura 4.4 mostra a interface do PSCAD em sua primeira utilização após a instalação.
No lado esquerdo aparece o arquivo mestre da biblioteca dos componentes (Master Library),
Figura 4.4. Neste arquivo, estão todos os componentes disponı́veis no PSCAD/EMTDC, e é
aconselhável que seja atualizado conforme indicado no site do PSCAD/EMTDC.
Figura 4.4
Clicando duas vezes na Master Library, tem-se acesso às sub-bibliotecas, em que os componentes são separados da acordo com o tipo e a aplicação, ver Figura 4.5. Para se ter acesso aos
componentes de cada subblioteca basta dar dois cliques na seta na parte inferior da biblioteca
desejada. Os componentes podem ser então copiados para o arquivo de projeto em que se está
20
trabalhando. Maiores detalhes são mostrados durante a explicação do exemplo apresentado da
Seção 4.2.
Figura 4.5
4.2
Exemplo de Projeto no PSCAD/EMTDC
O objetivo desta seção é familiarizar os alunos com a ferramenta computacional PSCAD/EMTDC, 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 PSCAD, clique em File>New>Case, ver Figura 4.6a. Existe
também a opção de utilizar o atalho na barra de principal, conforme indicado na Figura 4.6b.
Depois de criado, o novo caso será inserido no espaço de trabalho principal com o nome
noname.psc (Figura 4.7a). Antes de começar a montar o circuito de simulação, é importante
salvar o novo caso, para isso, clique em File>Save Active Project (Figura 4.7b), ou apenas
clique com o botão direito do mouse sobre o arquivo e escolha a opção Save(Figura 4.7c).
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 4.8).
21
(a)
(b)
Figura 4.6
(a)
(b)
(c)
Figura 4.7
Figura 4.8
22
4.2.2
Inserindo Componentes
Para inserir os componentes no novo projeto, dê dois cliques na biblioteca de componentes
e escolha a sub-biblioteca que contenha o componente desejado. Em seguida, copie-o e cole no
projeto aberto. Como exemplo, será mostrado como inserir a fonte ca no projeto.
1. Clique na seta da sub-biblioteca de fontes (Sources), Figura 4.9.
Figura 4.9
2. Selecione a fonte monofásica de tensão (Figura 4.10).
Figura 4.10
3. Copie e, em seguida, cole na janela de edição do projeto (Design Editor ), Figura 4.11.
4. Para configurar a fonte, dê dois cliques sobre o componente e configure conforme indicado
nas Figuras 4.12a a 4.12e.
23
Figura 4.11
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Figura 4.12
Alguns componentes podem ser inseridos clicando com o botão direito do mouse sobre
a área de projeto e, em seguida, selecionado a opção Add Component (Figura 4.13a), ou então, utilizando os atalhos que estão nas barras do lado direito da interface gráfica do PSCAD
(Figura 4.13b).
24
(a)
(b)
Figura 4.13
A conexão direta entre dois componente é feita através de um fio (Wire), para inserir
um fio mesmo procedimento da Figura 4.13a pode ser seguido, ou então, utilizando-se o atalho
localizado na barra superior (Figura 4.14). Uma terceira opção é através do teclado, teclando
CTRL+W.
Figura 4.14
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, denominada de HVDC, FACTS & POWER ELECTRONICS.
2. Copie o diodo e cole no projeto.
3. Configure o componente para que o circuito snubber seja removido.
4. Em seguida, insira um resistor e o rotacione para que ele fique na vertical. Utilize
os atalhos de Rotação. Para habilitar a barra com os atalhos de rotação, selecione
View>Rotation Bar. Uma outra opção é utilizar o teclado através dos atalhos:
25
CTRL+R⇒ Rotação no sentido horário.
CTRL+F⇒ Refletir em relação ao eixo horizontal (Flip).
CTRL+M⇒ Refletir em relação ao eixo vertical (Mirror).
5. Insira um terra adicional, localizado na barra do lado direito.
6. Conecte a fonte ao diodo com um fio.
7. Conecte o terra ao resistor com um fio.
Após esses passos o circuito deve estar parecido com o mostrado na Figura 4.15.
Figura 4.15
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
e reativa, valores eficazes, conteúdo harmônico, entre outras medidas. Confira os medidores disponı́veis na sub-biblioteca Meters. A seguir será mostrado como inserir medidores de corrente
e tensão utilizando os atalhos da barra lateral.
1. Na barra lateral, clique no medidor de corrente
.
2. Posicione o medidor na extremidade do fio que está conectado ao diodo (Figura 4.15).
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
26
.
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 4.16.
Figura 4.16
7. Para medir a tensão sobre o diodo, vamos utilizar o medidor de tensão entre dois pontos.
Na barra lateral, clique no medidor
.
8. Rotacione o mesmo para que fique na horizontal. Em seguida, 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, mas sem rotacionar o medidor.
10. renomeie o medidor para Ecarga.
11. Ao final desses passos o circuito deve estar parecido ao da Figura 4.17.
Figura 4.17
27
4.2.4
Exibindo os Resultados em Gráficos
Os medidores apenas permitem a coleta das grandezas elétricas, porém, não exibem e
nem exportam nenhum resultado. Para isso é necessário utilizar os canais de saı́da
. A
inserção do canal de saı́da pode ser feito tanto pela barra lateral como quanto através do recurso
Add Component mostrado na Seção 4.2.2, ou ainda copiando da sub-biblioteca I/O Devices.
Após a inserção dos canais de entrada, um para cada grandeza que ser deseja medir, devese indicar qual sinal será a entrada de cada canal. Para isso, utiliza-se o Data Label, localizado
na barra lateral direita
.
1. Insira um Data Label para cada canal de saı́da.
2. Conecte-os aos canais com um fio.
3. Renomeie os Data Label de acordo com os nomes dos sinais dos medidores.
4. Renomeie também o nome de cada sinal nos canais de saı́da, dando dois cliques nos canais
e trocando o nome do tı́tulo do sinal.
Após esses passos o circuito deve estar parecido com o da Figura 4.18.
Figura 4.18
Para exibir os resultados em gráficos, clique com o botão direito do mouse sobre o canal da
tensão Efonte e selecione Graphs/Meters/Controls>Add Overlay Graph with Signal (Figura 4.19).
Para exibir a tensão de saı́da (Ecarga) junto com a tensão de entrada, isto é, duas curvas
no mesmo gráfico. Após já ter criado um gráfico seguindo os passos anteriores, dê um clique
com o botão direito do mouse sobre o segundo canal e selecione Graphs/Meters/Controls>
Add as Curve (Figura 4.20). Em seguida, sobre o gráfico, clique com o botão direito e selecione
Paste Curve (Figura 4.21).
Crie outros dois gráficos para exibir os sinais Ed e Icarga, posicione os gráficos um sob o
outro. Mude o nome do eixo vertical de cada g’rafico de acordo com a grandeza exibida, isto
28
Figura 4.19
Figura 4.20
Figura 4.21
é, Tensão (kV) e Corrente (kA). Para mudar o nome do eixo vertical, dê dois cliques sobre a
parte lateral esquerda do gráfico e modifique o tı́tulo do eixo. Após esses passos o circuito deve
estar parecido com o da Figura 4.22.
4.2.5
Simulando
Antes de simular, deve-se configurar os parâmetros da simulação. Para isso:
1. Clique com o botão direito do mouse sobre uma área vazia do editor de circuito.
2. Selecione Project Settings....
29
Figura 4.22
3. Configure o tempo de simulação, Duration of run (sec), para 0.1. Este é o tempo que
será simulado.
4. Configure o passo de integração, Solution time step (uS), para 10. 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
dezenas de kilohertz, 10µs é um passo de integração razoável em termos de precisão e
tempo de simulação.
5. Configure o passo de exibição dos pontos, Channel plot step (uS), para 20.
6. Para esse exemplo, mantenha o padrão para os outros parâmetros (Figura 4.23).
Após configurar a simulação, para simular o circuito, basta clicar em Run, é a seta verde
localizada na barra superior
gura 4.24.
. O resultado deve ser parecido ao mostrado na Fi-
30
Figura 4.23
Figura 4.24
31

Apresentação da Bancada Didática, instruções gerais e roteiros das

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