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Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia Elétrica - 2012

CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3KVA, TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO

Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes

CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3 KVA, TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICOINTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO

Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes

Londrina, 06 de Novembro de 2012

Orientador: Prof. Dr. Carlos H. G. Treviso

Co-Orientador: Prof. M.Sc André L. B. Ferreira

Estrutura do trabalho

Visão Geral e Objetivos

Arquitetura do sistema

Controle com DSC

Resultados

Conclusão

1. Visão Geral

• Ambiental: Energias alternativas

• Panorama energético

• Qualidade de Energia Elétrica (QEE)

• Pesquisar e implementar um circuito de controlecom o DSC56F8006 da FreescaleTM;

1.2. Objetivos

• Controlar, sincronizar e integrar o funcionamento• Controlar, sincronizar e integrar o funcionamentodos blocos constituintes do sistema UPS de 3kVA,do tipo Passive Standby, de modo que tal sistemaefetue uma comutação rápida com a rede elétrica(IEC 62040-3), mantendo a carga alimentada, naocorrência de eventuais distúrbios na qualidade deenergia elétrica da concessionária.

• Monitorar o carregamento do banco de bateriaspela rede elétrica ou via painéis fotovoltaicos;

1.2. Objetivos

• Disponibilizar dados do sistema ao usuário por• Disponibilizar dados do sistema ao usuário pormeio de uma IHM por display LCD e porcomunicação serial padrão RS-232.

• Reduzir a dependência dos usuários dosistema da rede elétrica, do custo para amanutenção do banco de baterias.

2. Arquitetura do sistema

Sistemas Ininterruptos de Energia

Blocos Constituintes do Sistema

Descrição de Funcionamento

2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS)

CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999)

• Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby

CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999)

• Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby, VFD SX

2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS)

VFD: Voltage and Frequency Dependent, quando a tensão na saída doUPS depende das variações da tensão e frequência na entrada doequipamento.

Para forma de onda de saída (modo rede/modo bateria):S: para formas de onda senoidais;X: para formas de onda como sendo não senoidal, do tipo quasequadrada,

CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999)

Tempo de comutação: dos modo de operação/cargas lineares/ cargas não-lineares

• Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby, VFD SX 333

2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS)

Tempo de comutação: dos modo de operação/cargas lineares/ cargas não-lineares

JUSTIFICATIVA PARA UTILIZAÇÃO DA TOPOLOGIA PASSIVE STANDBY

2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS)

• Projeto simplificado dos circuitos retificador, inversor e controle

• Baixo custo de fabricação se comparado com outras topologias.

• Dimensão reduzida do equipamento;

2.2. BLOCOS CONSTITUINTES DO SISTEMA

2.3. DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO

• O sistema UPS opera em histerese: banco de baterias trabalhando com dois níveis deenergiaenergia

• Circuito de controle -> Monitoramento do sinal da rede

- Na ocorrência de interrupção ou outro distúrbio: aciona comutador e sistema opera nomodo bateria (até 70%).

- Se não, o UPS irá suprir a carga no modo bateria (até atingir 10% ) -> Shutdown

- Atingindo 70% e rede reestabelecida -> aciona comutador e sistema opera no modo rede

• Nível de energia do banco > 70% -> Sistema como gerador (Modo bateria);

• Nível de energia do banco < 70% -> Modo rede e recarga das baterias do sistema;

• O sistema permite a integração de painéis fotovoltaicos;

2.3. DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO

• O sistema permite a integração de painéis fotovoltaicos;

- Recarga do banco durante o dia (LDR) -> Painéis (menor dependência da rede)- Recarga do banco período noturno-> Rede;

• Circuito de controle do sistema conta ainda com:

- Alerta visual do estado de funcionamento;- Display LCD contendo informações relevantes do sistema;- Porta serial RS-232;- Bornes de expansão (I/O), para implementação de outras funcionalidades desejadas;

3. Controle com DSC

Digital Signal Controler (DSC)

Características do 56F8006Características do 56F8006

Circuito de controle

Fluxograma de controle

3.1. DIGITAL SIGNAL CONTROLER

• Associam num único chip as funcionalidades específicas para o processamento de

códigos e operações matriciais focados para DSP, como também unidades funcionais

de aplicações de controle, facilidade de programação, código compacto, as quais são

características notáveis em microcontroladores de propósito geral

3.2. CARACTERÍSTICAS DO 56F8006

• O MC56F8006 inclui vários periféricos que são especialmente úteis em aplicações,

incluindo: controle industrial; aparelhos domésticos; sensores inteligentes; fonte de

alimentação chaveada e gerenciamento de energia; medição de energia; controle de

motores; ferramentas elétricas portáteis; entre outros

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO E REGULAÇÃO DOS NÍVEIS DE TENSÃO

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE AMOSTRAGEM DA REDE

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE AMOSTRAGEM DO BANCO DEBATERIAS

CIRCUITO DE DETECÇÃO DELUMINOSIDADE

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DE SINAIS PARA O AD

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DOS SINAIS DE CONTROLE

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DO SINAL TRIANGULAR

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE ALERTA ÁUDIO VISUAL

3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

DISPLAY LCD COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232

MAIN

3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE

MONITORAMENTO DA REDE

3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE

GERENCIAMENTO DE CARGA

3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE

4. Resultados

Montagem do protótipo

Resultados experimentaisResultados experimentais

• Pulso de sincronismo e controle inversor

• Sinal triangular

• Detecção da rede

• Pulso de comutação

• Tempo de comutação

Placa de controle

4.1. Montagem do protótipo

4.2. Resultados experimentaisPulso de sincronismo e Controle inversor

Sinal Triangular

4.2. Resultados experimentais

Detecção da rede

4.2. Resultados experimentais

Pulso de comutação

4.2. Resultados experimentais

Tempo de comutação

4.2. Resultados experimentais

Display LCD

4.2. Resultados experimentais

4.3. Placa de controle

4.3. Placa de controle

4.3. Placa de controle

5. CONCLUSÃO

• Firmware desenvolvido;

Para trabalhos futuros:• Para trabalhos futuros:

• Carregamento do banco de baterias;

• Tempo de comutação;

• Família TMS da Texas Instruments®;

• Sistema supervisório.

Ao Deus Todo Poderoso, pela vida, pela saúde, pelo Seu amor e por todas as bênçãos eoportunidades, incluindo este trabalho. Por sempre estar comigo concedendo força,ânimo e coragem para vencer os desafios impostos durante o curso. Momentos difíceissão inevitáveis, todavia Deus nos concede vitória para perseverarmos e continuarmosavante na labuta diária e nos desafios da vida.À minha família pelo amor, pelos sábios conselhos, pelas orações, pelo apoioincondicional, pelo heroísmo, sabedoria, carinho e bravura com que tem educado.Ao meu orientador e co-orientador, respectivamente, Prof. Dr. Carlos HenriqueGonçalves Treviso e Prof. M.Sc. André Luiz Batista Ferreira;Ao membro da banca Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior;

AGRADECIMENTOS

Londrina, 06 de Novembro de 2012

Ao membro da banca Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior;A todos os técnicos do DEEL, pelas ricas sugestões e ideias no decorrer da graduação.Aos professores M.Sc. Maria Bernadete e Dr. José Alexandre, pelas ricas orientaçõesem iniciação científica no LA2I.Aos demais professores do Departamento de Engenharia Elétrica e demaisDepartamentos da Universidade Estadual de Londrina, por tudo o que ensinaram,compartilhando o conhecimento de maneira suntuosa.Aos colegas de classe pelos momentos de estudo e descontração que vivenciamosjuntos neste período de graduação.Enfim, o agradecimento se estende a todos que contribuíram de forma direta ouindiretamente para que este trabalho se tornasse realidade.