Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento … · O preparatorio consiste na simulac~ao dos circuitos propostos utilizando o PSCAD/EMTDC, bem como, a analise dos resultados

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

Introducao ao Laboratoriode

Eletronica de Potencia

versao 0.1

Professores:Robson DiasLuıs Guilherme Rolim

2011Rio de Janeiro

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

Sumario

1 Introducao ao Curso 1

1.1 Objetivo do Curso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Informacoes Basicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1 Outras Informacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Avaliacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Bancada Eletronica 4

2.1 Matriz de Contatos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Circuitaria Auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2.1 Fontes CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.2 Fontes isoladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.3 Canais de Disparos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2.4 Entrada dos sinais de disparos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Microcontrolador 9

3.1 MC56F8006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2 CodeWarrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2.1 Instalando o CodeWarrior no Windows 7 64 bits . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2.2 Primeiros passos no CodeWarrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2.3 Criando um projeto no CodeWarrior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4 Simulacoes 18

4.1 PSCAD/EMTDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.1.1 Instalando o PSCAD no Windows 7 64 bits . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1.2 Biblioteca de Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.2 Exemplo de Projeto no PSCAD/EMTDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.1 Criando um Novo Caso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.2 Inserindo Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

4.2.3 Inserindo Medidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

4.2.4 Exibindo os Resultados em Graficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2.5 Simulando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

ii


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 cinco experiencias:

EXP1 ⇒ Conversor CC-CC abaixador (Buck) e Conversor Elevador (Boost).

EXP2 ⇒ Conversor CC-CC abaixador-elevador (Buck-Boost).

EXP3 ⇒ Inversor Monofasico (Conversor CC-CA).

EXP4 ⇒ Circuito de Sincronismo para controle de conversores (PLL).

EXP5 ⇒ Retificador Monofasico de Onda Completa a tiristor (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 PSCAD/EMTDC,

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 duplas.

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

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

• Caso o numero de duplas exceda 4, as duplas serao divididas em dois grupos maiores que

frequentarao as aulas em semanas alternadas.

• As duplas serao identificadas por letras e deverao ser mantidas ate o final do curso.

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 dupla.

2


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

seguinte. Se o relatorio nao for enviado, nao sera permitida a realizacao da experiencia

seguinte.

3. Sera exigido apenas um preparatorio por dupla.

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 da

dupla 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 1 e a nota da prova final tera peso 2.

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

Microcontrolador

Para a geracao dos sinais de disparos, bem como, o controle dos conversores propostos

nas experiencias serao utilizados microcontroladores da famılia 56F800/E, da Freescale semi-

conductor (www.freescale.com). No laboratorio existem dois tipos de microcontroladores que

podem ser utilizados nas experiencias. Neste documento sera apresentado o MC56F8006 por

possuir comunicacao USB e, assim, permitir que o aluno utilize seu proprio 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

flexıvel de perifericos, ele fornece uma solucao de alta performance para aplicacoes que requerem

um numero grande de sinais PWM, como em acionamento de motores.

Para poder usufruir dessas funcionalidade, sera utilizada a placa demostracao MC56F8006DEMO

(Figura 3.1a), que tem a vantagem de ter seis canais de PWM facilmente configuraveis. E, para

integrar a placa com o software de desenvolvimento, e utilizado o emulador USB TAP (Fi-

gura 3.1b).

(a) MC56F8006DEMO (b) USB TAP

Figura 3.1: Kit de desenvolvimento do MC56F8006

9

www.freescale.com


3.2 CodeWarrior

A programacao do microcontrolador e feita atraves do software de desenvolvimento Co-

deWarrior. A versao que sera utilizada e a 8.3 Special (CW_DSC56800E_8.3_Special.exe),

disponıvel gratuitamente em www.freescale.com/codewarrior. Essa versao e limitada em

termos do tamanho maximo do codigo que poder ser escrito, que e de ate 64 KB, o que nao e

um problema para nossas atividades com o MC56F8006, uma vez que sua memoria interna do

e de apenas 16 KB.

3.2.1 Instalando o CodeWarrior no Windows 7 64 bits

Apesar de ser possıvel instalar o CodeWarrior no Windows 7 64 bits, ainda nao ha driver

para arquitetura de 64 bits para o emulador USB TAP, o que inviabiliza sua comunicacao

com a placa para essa versao do Windows. Para contornar esse inconveniente, existe a opcao

de instalar o CodeWarrior utilizando o recurso de maquina virtual com o XP Mode. Esse

recurso esta disponıvel gratuitamente para as versoes Professional e Ultimate do Windows

7 no endereco eletronico http://www.microsoft.com/windows/virtual-pc/download.aspx.

Cabe ressaltar que a utilizacao da maquina virtual so e necessario se o interesse for fazer a

comunicacao da placa demonstracao com um PC, em que a versao do Windows seja 64 bits, caso

contrario, sua instalacao pode ser feita normalmente no Windows sem precisar da virtualizacao

do Windows XP.

3.2.2 Primeiros passos no CodeWarrior

O CodeWarrior e um software que permite desenvolver ou depurar codigos para diversos

microcontroladores e DPS da Freescale, alem de disponibilizar ferramentas de desenvolvimento

para sistemas de jogos da Nintendo e da Sony.

A seguir sao 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 codigo fonte.

Search Engine: Encontrar e modificar textos.

Source Browser: Gerenciar e exibir sımbolos no programa.

Build System: Compilar, realizar a comunicacao com o MC e convertes o codigo fonte em

um arquivo executavel.

Debugger: Depurar, determinar breakpoints, observas mudanca de variaveis, mover linha por

linha ao longo do programa para resolver problemas.

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www.freescale.com/codewarrior

http://www.microsoft.com/windows/virtual-pc/download.aspx


Para maiores detalhes, sugere-se consultar o arquivo IDEWin_5.9_Users_Guide.pdf, localizado

na pasta de instalacao 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. Apos iniciar o CodeWarrior, crie um projeto clicando File>New...

2. Na aba Project, selecione a opcao Processor Expert Stationery”

3. Nomeie o projeto e indique o destino em que sera salvo

4. Selecione o microcontrolador MC56F8006_48_LQFP

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Apos esses passos, um projeto em branco e criado e ja esta pronto para programar o microcon-

trolador da placa demonstracao(Figura 3.2).

Figura 3.2

Gerando sinais PWM

O microcontrolador MC56F8006 e especialmente para aplicacoes de acionamento, por isso,

ele possui seis canais dedicados para geracao de sinais PWM. Alem disso, conta com uma inter-

face facil para configuracao desses sinais. A seguir sao 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 opcao Generation of Signals [7 components]

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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]

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Ao final desses passos, aparecera a janela para configurar os sinais PWM, conforme mostrado

na Figura 3.3. Os canais PWM sao pre-configurados, sendo necessario configurar apenas alguns

parametros, que no caso, aparecem com a cor lilas.

Figura 3.3

Basicamente, os parametros que precisam ser configurados sao:

Frequency/period Frequencia do clock do PWM, essa frequencia e duas vezes maior do que

a frequencia de saıda do PWM.

Dead-time e Dead-time 1 Tempo morto entre os canais complementares.

Duty Sao os ciclos de trabalho dos canais PWM.

Para as aplicacoes no laboratorio, os canais #4 e #5 devem ser desabilitados, pois, nao

serao utilizados. Um exemplo de como os parametros do PWM podem ser configurados sao

mostrados na Figura 3.4.

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Figura 3.4

Depois de configurar os canais PWM, deve-se habilitar as saıdas 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 aparecam nos pinos do microcontrolador,

Output pads > Enabled.

Compilando e Rodando um projeto

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

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

de desenvolvimento e o microcontrolador.

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Inicialmente, deve-se configurar para que o CodeWarrior faca a comunicacao com o kit

atraves do USB TAP. Os passos seguintes indicam como isso e 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 comunicacao entre o kit e o

computador, e para isso, existe uma sequencia para inicializar do conjunto. A sequencia de

inicializacao para estabelecer a conexao entre o CodeWarrior e o kit de desenvolvimento e:

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 esta pronto para compilar e carregar o programa para o

microcontrolador executar. A seguir, sao apresentados o passos para executar o programa no

microcontrolador.

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1. Clique no ıcone de . O programa sera compilado e carregado, o CodeWarrior mostrara

o codigo com as bibliotecas incluıdas (Figura 3.5).

Figura 3.5

2. Clique novamente no ıcone , para inicializar a execucao do programa.

Apos esses passos, o CodeWarrior informara que o programa esta sendo executado, con-

forme mostrado na Figura 3.6.

Figura 3.6

Para interromper a execucao do programa, deve-se clicar no ıcone Kill, .

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Capıtulo 4

Simulacoes

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

lacoes no domınio do tempo, utilizando programas de analise de transitorios eletromagneticos,

conhecidos como programas do tipo EMT (Electromagnetic Transient). Dentre os inumeros

programas do tipo EMT, o PSCAD/EMTDC sera utilizados para simular os circuitos das ex-

periencias do Laboratorio de Eletronica de Potencia. Esse programa foi escolhido por ser um

dos programas comerciais mais utilizado mundialmente no setor eletrico para analise no do-

mınio do tempo de sistemas de potencias e circuitos de eletronica de potencia. A seguir sao

apresentados os passos iniciais para realizar as simulacoes no PSCAD/EMTDC.

4.1 PSCAD/EMTDC

O PSCAD (Power System CAD) e a interface grafica do programa, enquanto que o

EMTDC (Electromagnetic Transients including DC ) e o nucleo de solucao. O PSCAD permite

que o usuario construa graficamente estruturas complexas de circuitos eletricos e de controle,

analisar os resultados utilizando graficos e ajustar parametros atraves de funcoes de controle

interativos. O programa vem com uma completa biblioteca de componentes e uma interface

amigavel que permite facilmente configurar os parametros dos mesmos. As informacoes inse-

ridas no PSCAD sao repassadas, de forma transparente ao usuario, para o nucleo de solucao

EMTDC, o qual representa e resolve as equacoes diferenciais no domınio do tempo, com passo

de integracao fixo.

A versao que sera utilizada e a 4.2.1 para estudantes, disponıvel no endereco eletronico

www.pscad.com. Essa versao e completa em termos de modelos e componentes, mas e limitada

em numeros de nos, sendo possıvel simular um sistema com ate 15 nos eletricos e 5 subpaginas.

Essa quantidade de nos e suficiente para modelar e simular todos os circuitos propostos no

LabELEPOT.

Como o EMTDC e baseado em Fortran, e ainda necessario instalar um compilador fortran.

Para as simulacoes do LabELEPOT, sera utilizado o compilador de licenca aberta GNU F77

Fortran que vem junto com o pacote compactado do PSCAD/EMTDC para estudantes.

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www.pscad.com


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, apos descompactar o arquivo da versao estudante, clique com o botao direito do mouse

no arquivo de instalacao 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 ja vem junto com o pacote compactado do PSCAD/EMTDC

para estudantes, e nao precisa ser executado em modo de compatibilidade. Porem, durante a

instalacao do PSCAD, a opcao de instalar o compilador GNU Fortran deve ser selecionado, ver

Figura 4.3.

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Figura 4.3

4.1.2 Biblioteca de Componentes

A Figura 4.4 mostra a interface do PSCAD em sua primeira utilizacao apos a instalacao.

No lado esquerdo aparece o arquivo mestre da biblioteca dos componentes (Master Library),

Figura 4.4. Neste arquivo, estao todos os componentes disponıveis no PSCAD/EMTDC, e e

aconselhavel que seja atualizado conforme indicado no site do PSCAD/EMTDC.

Figura 4.4

Clicando duas vezes na Master Library, tem-se acesso as sub-bibliotecas, em que os com-

ponentes sao separados da acordo com o tipo e a aplicacao, 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 entao copiados para o arquivo de projeto em que se esta

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

Secao 4.2.

Figura 4.5

4.2 Exemplo de Projeto no PSCAD/EMTDC

O objetivo desta secao e familiarizar os alunos com a ferramenta computacional PS-

CAD/EMTDC, 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 PSCAD, clique em File>New>Case, ver Figura 4.6a. Existe

tambem a opcao de utilizar o atalho na barra de principal, conforme indicado na Figura 4.6b.

Depois de criado, o novo caso sera inserido no espaco de trabalho principal com o nome

noname.psc (Figura 4.7a). Antes de comecar a montar o circuito de simulacao, e importante

salvar o novo caso, para isso, clique em File>Save Active Project (Figura 4.7b), ou apenas

clique com o botao direito do mouse sobre o arquivo e escolha a opcao Save(Figura 4.7c).

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 4.8).

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, de 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, sera 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 monofasica de tensao (Figura 4.10).

Figura 4.10

3. Copie e, em seguida, cole na janela de edicao do projeto (Design Editor), Figura 4.11.

4. Para configurar a fonte, de dois cliques sobre o componente e configure conforme indicado

nas Figuras 4.12a a 4.12e.

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Figura 4.11

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figura 4.12

Alguns componentes podem ser inseridos clicando com o botao direito do mouse sobre

a area de projeto e, em seguida, selecionado a opcao Add Component (Figura 4.13a), ou en-

tao, utilizando os atalhos que estao nas barras do lado direito da interface grafica do PSCAD

(Figura 4.13b).

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(a) (b)

Figura 4.13

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

um fio mesmo procedimento da Figura 4.13a pode ser seguido, ou entao, utilizando-se o atalho

localizado na barra superior (Figura 4.14). Uma terceira opcao e atraves 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 Eletronica de

Potencia, 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 Rotacao. Para habilitar a barra com os atalhos de rotacao, selecione

View>Rotation Bar. Uma outra opcao e utilizar o teclado atraves dos atalhos:

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CTRL+R⇒ Rotacao no sentido horario.

CTRL+F⇒ Refletir em relacao ao eixo horizontal (Flip).

CTRL+M⇒ Refletir em relacao 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.

Apos esses passos o circuito deve estar parecido com o mostrado na Figura 4.15.

Figura 4.15

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

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

ponıveis na sub-biblioteca Meters. A seguir sera mostrado como inserir medidores de corrente

e tensao utilizando os atalhos da barra lateral.

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

2. Posicione o medidor na extremidade do fio que esta conectado ao diodo (Figura 4.15).

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 .

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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 4.16.

Figura 4.16

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

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4.2.4 Exibindo os Resultados em Graficos

Os medidores apenas permitem a coleta das grandezas eletricas, porem, nao exibem e

nem exportam nenhum resultado. Para isso e necessario utilizar os canais de saıda . A

insercao do canal de saıda pode ser feito tanto pela barra lateral como quanto atraves do recurso

Add Component mostrado na Secao 4.2.2, ou ainda copiando da sub-biblioteca I/O Devices.

Apos a insercao dos canais de entrada, um para cada grandeza que ser deseja medir, deve-

se indicar qual sinal sera 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 saıda.

2. Conecte-os aos canais com um fio.

3. Renomeie os Data Label de acordo com os nomes dos sinais dos medidores.

4. Renomeie tambem o nome de cada sinal nos canais de saıda, dando dois cliques nos canais

e trocando o nome do tıtulo do sinal.

Apos esses passos o circuito deve estar parecido com o da Figura 4.18.

Figura 4.18

Para exibir os resultados em graficos, clique com o botao direito do mouse sobre o canal da

tensao Efonte e selecione Graphs/Meters/Controls>Add Overlay Graph with Signal (Fi-

gura 4.19).

Para exibir a tensao de saıda (Ecarga) junto com a tensao de entrada, isto e, duas curvas

no mesmo grafico. Apos ja ter criado um grafico seguindo os passos anteriores, de um clique

com o botao direito do mouse sobre o segundo canal e selecione Graphs/Meters/Controls>

Add as Curve (Figura 4.20). Em seguida, sobre o grafico, clique com o botao direito e selecione

Paste Curve (Figura 4.21).

Crie outros dois graficos para exibir os sinais Ed e Icarga, posicione os graficos um sob o

outro. Mude o nome do eixo vertical de cada g’rafico de acordo com a grandeza exibida, isto

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Figura 4.19

Figura 4.20

Figura 4.21

e, Tensao (kV) e Corrente (kA). Para mudar o nome do eixo vertical, de dois cliques sobre a

parte lateral esquerda do grafico e modifique o tıtulo do eixo. Apos esses passos o circuito deve

estar parecido com o da Figura 4.22.

4.2.5 Simulando

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

1. Clique com o botao direito do mouse sobre uma area vazia do editor de circuito.

2. Selecione Project Settings....

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Figura 4.22

3. Configure o tempo de simulacao, Duration of run (sec), para 0.1. Este e o tempo que

sera simulado.

4. Configure o passo de integracao, Solution time step (uS), para 10. 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

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

tempo de simulacao.

5. Configure o passo de exibicao dos pontos, Channel plot step (uS), para 20.

6. Para esse exemplo, mantenha o padrao para os outros parametros (Figura 4.23).

Apos configurar a simulacao, para simular o circuito, basta clicar em Run, e a seta verde

localizada na barra superior . O resultado deve ser parecido ao mostrado na Fi-

gura 4.24.

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Figura 4.23

Figura 4.24

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Departamento … · O preparatorio consiste na simulac~ao dos circuitos propostos utilizando o PSCAD/EMTDC, bem como, a analise dos resultados