Trabalho DSP2

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

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UNIVERSIDADE COMUNITRIA REGIONAL DE CHAPEC(UNOCHAPEC)Curso de Graduao em Engenharia Eltrica

Chapec SC, Dez. 2014

PROTEO DE UM SISTEMA ELTRICOLINHAS DE TRANSMISSO

Trabalho apresentado disciplina de Proteo de Sistemas Eltricos como requisito parcial do mesmo.

Professor: Carlos Eduardo Pupin

Chapec SC, Dez. 2014

SUMRIO

1- OBjetivo52- Introduo53- O Conversor Book64- Etapa 1- Montagem, Modelage, Simulao E Testes74.1- Montagem74.2- Modelagem e Simulao74.2.1- Modelagem Matemtica Componentes Buck74.2.2- Simulao Do Conversor Buck94.3- Testes115- Etapas 2 e 3135.1- Configurar e Criao do Projeto135.2- Habilitao e criao de Interrupo136- Etapa 5-Habilitao e Criao de um Conversor AD146.1- Criao do Conversor AD no Freescale146.2- Ajustes Sinal de Entrada no Registrador do DSP15Referncias Bibliogrficas17

OBjetivoAinda existe uma variante do segundo mtodo Ziegler e Nichols. Neste os ensaios so mais indicados para aplicaes prticas, principalmente por no interferir de forma muito severa no processo, este mtodo consiste em obter os valores de Pcr e Kcr atravs de um controlador on/off (Figura 12), ento pode-se utilizar a Equao ( 2 ).para determinar Kcr onde h

( 2 )

O trabalho tem como objetivo a implementao de um controlador proporcional integral derivativo (PID) digital atravs do programa CodeWarrior IDE de modo controlar a corrente de carga em um conversor do tipo BUCK.Tambm deve-se demonstrar os resultados obtidos atravs da implementao de modo prtico do conversor BUCK, realizando o controle do mesmo atravs dos resultados obtidos com a implementao do controlador PID.IntroduoO conversor esttico tipo Buck (ou conversor abaixador) um dispositivo eletrnico capaz de variar a tenso de sada aplicada a uma carga, com o mximo de estabilidade e eficincia.Basicamente o ajuste do ciclo de trabalho do conversor Buck altera a tenso de sada com a mudana de carga, fazendo com que a tenso sofra variaes inaceitveis para a carga tornando necessrio o implemento de um controlador adequado, de modo que a tenso de sada seja regulada frente a variao de carga como tambm a variao da tenso de entrada do circuito.

O Conversor BuckO conversor Buck se caracteriza por ser um conversor CC-CC abaixador de tenso, com caractersticas de fonte de tenso na entrada e caractersticas de sada como fonte de corrente. O circuito do Buck est representado na Figura 1.

Figura 1 Circuito conversor Buck.

Fonte: www.dsce.fee.unicamp.br (2014)

O funcionamento do conversor Buck dividido em duas etapas. Na primeira etapa a chave (S) (representada por um MOSFET controlado por uma fonte PWM), se apresenta fechada, e o diodo (D) est inversamente polarizado, se comportando como um circuito aberto. Nesta etapa transferida energia da fonte para o indutor e o capacitor.Na segunda etapa de funcionamento do Buck a chave (S) desligada, fazendo com que o diodo entre em conduo. Nesta etapa a corrente armazenada no indutor (I_L) entregue ao capacitor e carga. O capacitor carregado enquanto o valor instantneo da corrente do indutor (I_L) for maior do que a corrente da carga (I_o). Quando a corrente do indutor decresce, o capacitor (C) comea a operar suprindo a diferena, a fim de manter a corrente da carga constante.A caracterstica dedicada ao indutor de manter a carga sem se descarregar completamente (sem que a corrente do indutor seja zero) enquanto o diodo est polarizado diretamente que determina o conversor Buck em contnuo, caso contrrio o conversor dito como descontnuo.Etapa 1- Montagem, Modelage, Simulao E TestesMontagemA montagem do circuito foi realizado em um placa de protoboard, onde foi confeccionado um indutor de 1,80 mH, o circuito foi montado conforme Figura 2.

Figura 2 Circuito Buck utilizado

Fonte: Manual de Atividade do Professor (2014)

O circuito montado na demonstrada na Modelagem e SimulaoModelagem Matemtica Componentes BuckComo requisitos do conversor foram admitidos como condies iniciais:- Modo de operao contnuo;- Tenso de entrada : 12V;- Frequncia do PWM: 25kHz;- Razo cclica : 40%- = 11.2 ;

Os demais componentes do conversor foram estipulados por clculos.Com os valores iniciais pode-se estabelecer a tenso de sada , atravs da equao 1.

(1)

Onde a razo cclica do conversor. Da equao 1 se obtm , conforme condies iniciais , e .A corrente de carga dada pela equao 2.

(2)

Onde representa a carga aplicada ao conversor Buck. Substituindo o valor de e obtm-se .Com a tenso de sada, pode-se estipular se a indutncia crtica do circuito, atravs da equao 3.

(3)

Substituindo na equao 3, , , , obtm-se . Ento, para que o conversor opere em modo contnuo, deve ser empregado um indutor maior do que .O indutor aplicado ao circuito, para que o mesmo seja contnuo ser ento 1,8mH por sugesto das condies iniciais e obedecendo a conduo contnua estipulada por .A ondulao da corrente do indutor dada pela equao 4.

(4)

Aplicando na equao 4, , e , obtm-se a mxima ondulao da corrente no indutor, = 0,666A.O capacitor foi determinado como sugesto das condies iniciais, sendo igual a 47uF. Com isso, foi encontrada a variao de tenso no capacitor atravs da equao 5.

(5)

Aplicando na equao 5, , , e , obtm-se a mxima ondulao da tenso de sada de = 0,007320V.Por fim, basta determinar a construo do indutor. Para tanto foi aplicada a equao 6.

(6)

Aplicando no indutor o ncleo de ferrite EE com e , temos o nmero de voltas necessrias para a construo do indutor, n=32 voltas.

Simulao Do Conversor BuckPara simulao do conversor Buck, foi utilizado o programa Psim. A simulao do circuito est representada na Figura 3.

Figura 3 Conversor Buck simulado no Psim

Fonte: O autor (2014)

Para controle da abertura da chave (S) foi ajustado uma fonte PWM com frequncia de 25kHz.A curva resultante da corrente no indutor dado pela Figura 4. Nota-se que a mesma no fica zerada, de modo que o conversor opera em modo contnuo.

Figura 4 Curva resultante da corrente no indutor


Ondulao de Corrente no indutor observada na Figura 5.

Figura 5 Ondulao de corrente no indutor (Ripple)


Em regime o pico mximo de corrente no indutor foi: 4.0530A, e o pico mnimo de corrente foi de : 3.4461A. A ondulao de corrente ficou: 4.0530 3.4461 = 0.6069ATransitrio de Tenso na sada observada na Figura 6.

Figura 6 Tenso de sada do conversor subtransitria


Ondulao de Tenso na sada observada na Figura 7.

Figura 7 Ripple da tenso de sada do conversor


Em regime o pico mximo de tenso na sada foi: 4.2029V, e o pico mnimo de tenso foi de :4.1964V. A ondulao de tenso ficou: 4.2029 4.1964 = 6.5mV.TestesCom o objetivo de testar o circuito, foi ento aplicado utilizado o Controlador digital de Sinal (DSP) modelo MC56F8335VFGE para fornecer um sinal PWM de 25 kHz e duty cycle de 40%, a programa da interrupo do PWM mostrado na Figu

ra 12 no item seguinte. A montem dos equipamentos de medida e de testes demonstrada na Figura 8.

Figura 8 Montagem Projeto para teste D=40%


O resultado do teste foi coletado no Osciloscpio Osciloscpio Tektronix TDS1001, obtendo os resultados conforme Figura 9.

Figura 9 Resultado da teste com D=40%


Etapas 2 e 3Configurar e Criao do ProjetoO Software utilizado foi Freescala CodeWarrior verso 5.9.0, inicialmente foi instalado o driver USBTAP, e aps foi criado um novo Projeto e realizado as devidas configuraes conforme Figura 10.

Figura 10 Imagem Freescale do Projeto Buck


Habilitao e criao de InterrupoAs propriedades e ajustes realizadas no PWM do Freescale so demonstradas na Figura 11.

Figura 11 Propriedades realizadas no PWM do Freescale


Para simular um determinado duty cycle necessrio criar uma interrupo, e para testar o projeto foi realizado um interrupo em 40%, o projeto do PWM mostrada na Figura 12

Figura 12 Programa PWM com Interrupo em 40%


Etapa 5-Habilitao e Criao de um Conversor ADCriao do Conversor AD no FreescaleFoi realizado a criao de um conversor AD no Freescale para que seja possvel coletar as informaes do nosso circuito o Conversor Buck funcione em malha fechada. As propriedades e ajustes do conversor so representados na Figura 13.

Figura 13 Ajustes realizado Conversor AD do Freescale


Ajustes Sinal de Entrada no Registrador do DSPO registrador do conversor opera entre 0 e 15 bits, ou seja possui range de at 32768, mas os bits 0, 1 e 2 no so usados, o que limita o registrador em 12 bits, assim possui um range que pode variar entre 0 a 4095.Para controlar a corrente no Buck necessrio utilizar um conversor de corrente em tenso, assim o grfico da Corrente X tenso fornecido na Figura 14.

Figura 14 Conversor Corrente em tenso

Fonte: Material de apoio professor (2014)

Quando aplicada uma tenso de 3,3 Vcc o conversor AD ir retornar ao DSP um valor de 4095(teoricamente)Se a tenso de referncia interna do conversor 3,3V, ele ter 0,805&Bde resoluo, isto , 3,3/4095.

MODELAMENTO DA PLANTA P(S) POR UM SISTEMA DE 2 ORDEMInicialmente foi gerada a resposta do conversor a uma variao instantnea da razo cclica. Para tanto foi pego o sinal de entrada (PWM) e o sinal da sada, corrente da carga (IRo). Ambos os resultados foram salvos no PSIM em arquivo .txt.No editor do Matlab foi realizada a importao dos arquivos .txt em Import Data.Ainda no Matlab no workspace foram renomeadas as variveis como PWM e corrente. Aps foi aberto o toolbox IDENT.A funo de transferncia obtida

No aplicativo System Identification Tool foi importado os dados no domnio do tempo com a entrada PWM (PWM) e a sada como a corrente (Iro), com intervalo de tempo de 1e-6. Aps foi importada a funo de transferncia com 2 plos e nenhum zero e gerada a curva de sada do conversor, conforme Figura 15.

Figura 15 Sada do conversor Buck


IMPLEMENTAO DO CONVERSOR BUCK EM LABORATRIOMontagem do CircuitoDe porte dos dados dos dispositivos eletrnicos calculados no item 5, foi implementado o conversor Buck em laboratrio.A figura 07 demonstra o conversor Buck.Para implementao do conversor Buck foram utilizados os seguintes dispositivos. Transistor (Buck) => BD140 Transistor (PWM) => BC548 Resistor

Figura 07 Implementao do conversor Buck

Referncias Bibliogrficas

[1] BARBI, Ivo. Eletrnica de potncia. 7. ed. Florianpolis: Ediao do autor, 2012. vi, 509 p. ISBN 9788590104674 (broch.).[2] POMILIO, Jos Antenor. Eletrnica de Potncia. Apostila. Disponvel em http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/, Acessado em: 02 de Dez. 2014.

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