UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ EDUARDO BETEZEK

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
EDUARDO BETEZEK MONTEIRO
LABORATÓRIO VIRTUAL DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA EM LabVIEW
CURITIBA
2013
EDUARDO BETEZEK MONTEIRO
LABORATÓRIO VIRTUAL DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA EM LabVIEW
Trabalho apresentado, na matrícula da disciplina TE105, como requisito parcial à obtenção do grau de
Engenheiro Eletricista no curso de Engenharia Elétrica,
Setor de Tecnologia da Universidade Federal do
Paraná.
Orientador: Prof. M. Sc. Vilson Roiz Gonçalves Rebelo
da Silva.
CURITIBA
2013
AGRADECIMENTOS
A Deus, por todas as bênçãos que foram concedidas à mim.
A minha família, Claúdia, Letícia, Renato, pelo apoio em todas as horas difíceis
que obtive no curso.
Ao Professor M.Sc Vilson R. G. R. da Silva, pelo apoio, motivação e orientação
na condução deste trabalho.
Aos meus amigos, pelo apoio e motivação com o curso, incluindo os que
participaram da minha jornada na Engenharia Elétrica.
Ao Lactec por contribuir com a minha formação e pesquisa.
Aos colegas do Lactec, por me apoiarem na realização deste trabalho.
Ao Curso de Engenharia Elétrica, do Departamento de Engenharia Elétrica,
Setor de Tecnologia da Universidade Federal do Paraná.
A todos que me ajudaram na minha formação acadêmica e na composição
deste trabalho.
O insucesso é apenas uma oportunidade para
recomeçar de novo com mais inteligência.
Henry Ford
RESUMO
A presente monografia se propõe produzir um laboratório virtual de Eletrônica de
Potência, em LabVIEW, para o curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal
do Paraná. Nele, foram desenvolvidos circuitos retificadores, e que foram os
monofásico meia onda, monofásico onda completa, trifásicos não controlados, semicontrolados e totalmente controlados, foram feitos também conversores CC-CC
(Chopper Buck) e um CC-CA (inversor de frequência). Para tanto, além do
desenvolvimento desse software, o trabalho contempla uma comparação entre a
utilização do programa desenvolvido com as atuais e tradicionais formas de aulas
práticas dessa ciência. O novo mecanismo desenvolvido tem como principal finalidade
suprir as aulas de laboratório dessa disciplina, quando estas envolvem riscos aos
discentes e docentes ou quando há insuficiência de recursos laboratoriais. Desta
forma, foi elaborado um roteiro mostrando os passos necessários para aprender sobre
os retificadores e conversores, que foram implementados nesse ambiente
computacional, para tornar possível a realização dos experimentos práticos
requeridos para uma boa formação acadêmica nessa área de potência.
Palavras-Chave: Eletrônica de Potência. Conversores. Laboratório Virtual. LabVIEW.
ABSTRACT
This monograph proposes to produce a virtual laboratory of power electronics in
LabVIEW, for the course of Electrical Engineering, Federal University of Paraná. In it ,
rectifier circuits were developed, which were the single phase half wave, full wave
single-phase, three-phase non-controlled, semi - controlled and fully controlled, were
also made DC-DC converters (Buck Chopper) and a DC -AC (frequency inverter). For
this, besides the development of this software, the work includes a comparison
between the use of the program developed with current and traditional forms of
practical lessons that science. The new mechanism developed main purpose is to
supply the laboratory classes that discipline when they involve risks to students and
teachers or when there is insufficient laboratory resources. Thus, a roadmap showing
needed to learn about the rectifiers and converters, which were implemented in this
computing environment steps to make the achievement of practical experiments
required for good academic training in the area of power possible was developed.
Keywords : Power Electronics . Converters . Virtual Laboratory . LabVIEW .
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 - DIAGRAMA DA METODOLOGIA. ....................................................... 18
FIGURA 2 - ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E SEUS PILARES............................... 20
FIGURA 3 - CIRCUITO RETIFICADOR SIMPLES .................................................. 22
FIGURA 4 - SAÍDA E ENTRADA DO CIRCUITO RETIFICADOR SIMPLES .......... 23
FIGURA 5 - SCR ..................................................................................................... 24
FIGURA 6- RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO ............. 25
FIGURA 7 - TENSÃO DE FASE DO CIRCUITO EXEMPLIFICADO ....................... 26
FIGURA 8 - SINAL DE SAÍDA DO RETIFICADOR EXEMPLIFICADO ................... 26
FIGURA 9 - CIRCUITO INVERSOR DE FREQUÊNCIA.......................................... 27
FIGURA 10 - GRÁFICO DE SAÍDA DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA .................. 29
FIGURA 11 - GRÁFICO DE SAÍDA DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA CIRCUITO
RL....................................................................................... .................. 29
FIGURA 12 - CHOPPER PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ................................. 30
FIGURA 13 - CHOPPER GRÁFICO DE SAÍDA ........................................................ 31
FIGURA 14 - CHOPPER COM CIRCUITO RL .......................................................... 32
FIGURA 15 - CHOPPER GRÁFICO DE SAÍDA DA CORRENTE DE
ONDULAÇÃO.......................................................................................32
FIGURA 16 - EXEMPLO DO SIMULINK-SUBSYSTEMS ......................................... 33
FIGURA 17 - CIRCUITO RETIFICADOR SIMULADO NO SIMULINK ...................... 34
FIGURA 18 - RESULTADO CIRCUITO RETIFICADOR SIMULADO NO
SIMULINK.............................................................................................34
FIGURA 19 - SIMULADOR DA SEMIKRON ............................................................. 35
FIGURA 20 - SIMULADOR PSIM.............................................................................. 36
FIGURA 21 - KIT DIDÁTICO DA SCHOOLTECH ..................................................... 37
FIGURA 22 - EXEMPLO DE UM DIAGRAMA DE BLOCOS DO LABVIEW .............. 39
FIGURA 23 - PAINEL DE ÍCONES E CONECTORES DO LABVIEW ...................... 40
FIGURA 24 - EXEMPLO DE UM PAINEL FRONTAL DO LABVIEW ........................ 41
FIGURA 25 - ESTRUTURA DO LABORATÓRIO VIRTUAL EM LABVIEW .............. 44
FIGURA 26 - CÓDIGO RETIFICADOR MONOFÁSICO IMPLEMENTADO NO
LABVIEW ............................................................................................. 45
FIGURA 27- CÓDIGO RETIFICADOR MONOFÁSICO ONDA COMPLETA NO
LabVIEW .............................................................................................. 46
FIGURA 28 - CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO NO
LabVIEW .............................................................................................. 47
FIGURA 29 - CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO NO
LabVIEW .............................................................................................. 48
FIGURA 30 - CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO NO LabVIEW................................................................................. 49
FIGURA 31 - CÓDIGO DO CHOPPER NO LabVIEW ............................................... 50
FIGURA 32 - BLOCO GERARDOR DOS SINAIS DO PWM E RIPPLE .................... 51
FIGURA 33 - BLOCO PARA GERAR OS GRÁFICOS COM E SEM FILTRO ........... 51
FIGURA 34 - BLOCO PARA ATIVAR O MODO AUTOMÁTICO ............................... 51
FIGURA 35 - BLOCOS DE CALCÚLOS E AJUSTE DAS ESCALAS AUTOMÁTICAS DOS GRÁFICOS......................................................................... 52
FIGURA 36 - BLOCOS DE CALCÚLOS E AJUSTE DAS ESCALAS AUTOMÁTICAS DOS GRÁFICOS ......................................................................... 53
FIGURA 37 - RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA ONDA FINAL NO
LABORATÓRIO
VIRTUAL....................................................................555
FIGURA 38 - RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA ONDA FINAL NO
LABORATÓRIO VIRTUAL ................................................................... 56
FIGURA 39 - RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO FINAL NO
LABORATÓRIO VIRTUAL ................................................................... 57
FIGURA 40 - RETIFICADOR TRIFÁSICO SEMI-CONTROLADO FINAL NO
LABORATÓRIO VIRTUAL ................................................................... 58
FIGURA 41 - RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALEMNTE CONTROLADO FINAL .. 59
FIGURA 42 - CHOPPER FINAL ................................................................................ 60
FIGURA 43 - CHOPPER BUCK FINAL TENSÃO DE SAÍDA SEM FILTRO ............. 62
FIGURA 44 - CHOPPER BUCK FINAL TENSÃO DE SAÍDA COM FILTRO ............ 62
FIGURA 45 - CHOPPER BUCK FINAL RIPPLE SEM FILTRO ................................. 63
FIGURA 46- CHOPPER BUCK FINAL RIPPLE COM FILTRO ................................. 63
FIGURA 47- INVERSOR DE FREQUÊNCIA FINAL ................................................. 64
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – COMPARAÇÃO COM AULAS EXPERIMENTAIS ................................ 65
TABELA 2– COMPARAÇÃO COM SIMULADORES ................................................ 66
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13
1.1 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA ........................................................................ 14
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA ................................................................................... 14
1.3 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO........................................................................ 15
1.4 OBJETIVOS DO TRABALHO.............................................................................. 16
1.4.1 OBJETIVO GERAL........................................................................................... 16
1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................ 16
1.5 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA ....................................................................... 16
1.6 METODOLOGIA .................................................................................................. 17
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................. 19
2.1 INTRODUÇÃO À ELETRÔNICA DE POTÊNCIA ................................................ 19
2.2 O ENSINO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA .................................................... 20
2.3 COMPONENTES QUE SERÃO SIMULADOS .................................................... 21
2.3.1 Retificadores de tensão .................................................................................... 22
2.3.2 Inversor de frequência ...................................................................................... 26
2.3.3 Conversor CC-CC ............................................................................................ 30
3 SOFTWARES E KITS DIDÁTICOS UTILIZADOS NA ELETRÔNICA DE
POTÊNCIA ................................................................................................................ 33
3.1 SIMULINK ........................................................................................................... 33
3.2 SOFTWARES DE SIMULAÇÃO DE FABRICANTES .......................................... 35
3.3 PSIM.................................................................................................................... 36
3.4 KITS DA SCHOOLTECH..................................................................................... 37
4 O LabVIEW E A ELETRÔNICA DE POTÊNCIA ..................................................... 38
4.1 HISTÓRIA DO LabVIEW ..................................................................................... 38
4.2 PROGRAMANDO EM LabVIEW ......................................................................... 39
4.3 O MOTIVO DA ESCOLHA DO LabVIEW ............................................................ 41
4.4 AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DO LabVIEW ........................................ 42
4.5 APLICANDO O LabVIEW NA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA ............................. 43
4.6 DESENVOLVIMENTO DO LABORATÓRIO VIRTUAL EM LabVIEW ................. 44
4.6.1 Retificador monofásico de meia onda em LabVIEW ........................................ 44
4.6.2 Retificador monofásico de onda completa em LabVIEW.................................. 45
4.6.3 Retificador trifásico não controlado em LabVIEW ............................................ 46
4.6.4 Retificador trifásico semi-controlado em LabVIEW .......................................... 47
4.6.5 Retificador trifásico totalmente controlado em LabVIEW.................................. 48
4.6.6 Chopper em LabVIEW...................................................................................... 49
4.6.7 Chopper Buck em LabVIEW............................................................................. 50
4.6.8 Inversor de frequência em LabVIEW ................................................................ 52
4.6.9 Chassis do laboratório virtual em LabVIEW ..................................................... 53
5 RESULTADOS OBTIDOS ...................................................................................... 54
5.1 ROTEIRO DE ESTUDO COM O LABORATÓRIO VIRTUAL EM LabVIEW ........ 54
5.1.1 Retificador monofásico de meia onda .............................................................. 54
5.1.2 Retificador monofásico de onda completa........................................................ 55
5.1.3 Retificador trifásico não controlado .................................................................. 56
5.1.4 Retificador trifásico semi-controlado ................................................................ 57
5.1.5 Retificador trifásico totalmente controlado........................................................ 58
5.1.6 Chopper............................................................................................................ 60
5.1.7 Chopper Buck ................................................................................................... 61
5.1.8 Inversor de frequência ...................................................................................... 63
5.2 COMPARAÇÕES ................................................................................................ 64
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUTUROS ...................................... 67
6.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................ 67
6.2 CONTRIBUIÇÕES DO ESTUDO ........................................................................ 68
6.3 TRABALHOS FUTUROS .................................................................................... 68
6.4 CONCLUSÃO...................................................................................................... 69
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 71
APÊNDICES ............................................................................................................. 73
13
1 INTRODUÇÃO
Com o desenvolvimento do Brasil é eminente a criação de novas usinas
geradoras de energia elétrica, como é o caso das seguintes usinas: Hidrelétrica de
Belo Monte (Pará), Hidrelétrica de Santo Antônio (Rondônia) e Hidrelétrica de Ilha
Solteira (São Paulo). Desta maneira, a ampliação desse sistema envolve a Eletrônica
de Potência, a qual é uma área da engenharia complexa, de grande importância e que
requer profissionais bem qualificados e com bastante prática no assunto. (LISTA DE
USINAS HIDRELÉTRICAS DO BRASIL, 2007).
Os componentes integrantes da Eletrônica de Potência estão cada vez mais
automatizados e integrados com a informática, no que diz respeito a parte de controle,
porém, podem-se sugerir melhorias nos quesitos segurança operacional equalidade
de ensino laboratorial dessa ciência, visto que, estes equipamentos trabalham com
grandes potências, além de oferecerem riscos quando manuseados de forma errada.
Assim, com o objetivo de complementar a formação e facilitar o estudo de discentes
e até engenheiros na Eletrônica de Potência, existem simuladores computacionais
que podem ser utilizados para fins acadêmicos, como é o caso do MATLAB (Matrix
Laboratory) em conjunto com o Simulink (Simulation and Model-Based Design) e o
software PSIMe, são alguns programas de simulação feito por fabricantes de
componentes de Potência, como os da SEMIKRON. Entretanto, outros softwares
podem ser utilizados para a implementação de simuladores desse nível e até uma
criação de um laboratório virtual de ensino, como é o caso do LabVIEW (Laboratory
Virtual Instrument Engineering Workbench), o qual foi desenvolvido pela National
Instruments, que apresenta uma forma de programação gráfica baseada na linguagem
computacional G.
A utilização do LabVIEW para a criação de um laboratório virtual de Eletrônica
de Potência requer um desenvolvimento e a criação de todas as bibliotecas
computacionais dos componentes envolvidos, visto que, atualmente existe pouca
coisa na área acadêmica no Brasil com esta linguagem de programação. Desta
maneira serão criados programas específicos, somente para a Eletrônica de Potência
e será realizado um comparativo com os atuais sistemas mais utilizados para
simulação, mostrando as vantagens e as desvantagens do LabVIEW.
14
1.1 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
No Brasil, a maneira com que se ensina a Eletrônica de Potência baseia-se
em aulas teóricas, e sem interatividade do aluno com o conteúdo estudado, visto que
os componentes abordados são caros e trabalham com grandes potências, os quais,
em aulas práticas, apresentam um risco de segurança para pessoas que ainda não
tem domínio sobre o assunto. Isso traz como consequência, uma maior dificuldade no
aprendizado do discente nessa área de conhecimento. Uma maneira de resolver esse
problema é a implementação um laboratório virtual computacional de Eletrônica de
Potência.
1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA
Como a Eletrônica de Potência é uma ciência muito abrangente, este trabalho
vai delimitar-se em desenvolver um laboratório virtual que contempla alguns
componentes dessa ciência, os quais são:
a) retificador de tensão monofásico de meia onda;
b) retificador de tensão de onda completa;
c) retificador de tensão trifásicos não controlado;
d) retificador de tensão semi-controlado;
e) retificador de tensão totalmente controlados;
f)
conversor CC-CC (corrente contínua para corrente contínua) por meio de
um ChopperBuck.
g) conversor CC-CA (corrente contínua para corrente alternada) inversor.
Os retificadores de tensão escolhidos apresentam diodos e tiristores, sendo
que o mais complexo é o que contempla uma ponte retificadora de tensão totalmente
controlada contendo seis tiristores do tipo SCR (Silicon Controlled Rectifier –
Retificador Controlado de Silício).
15
O Inversor de frequências é um conversor CC-CA trifásico modulado por
largura de pulso e o conversor CC-CC, ele será feito com base em um Chopper Buck.
Por fim, este trabalho não considera a queda de tensão da chave e o efeito
da indutância da fonte de alimentação.
1.3 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO
O aprendizado no curso de Engenharia Elétrica deve ser consolidado de
forma sólida, pois, essa é uma das engenharias que apresenta áreas de estudo não
palpáveis e nem visíveis, como a energia elétrica. Além disso, o crescente mercado
de trabalho exige bastante conhecimento prático dos engenheiros eletricistas, para
solucionar os desafios empregados no dia a dia.
A maneira mais usual de reforçar a formação dos engenheiros eletricistas é
por meio de aulas práticas, as quais permitem uma maior interatividade dos alunos
com os componentes estudados e consequentemente, uma formação mais sólida.
Entretanto, a Engenharia Elétrica apresenta áreas mais carentes de recursos
laboratoriais, como é o caso da Eletrônica de Potência, ciência que contempla uma
natureza experimental mais complexa, no que diz respeito ao manuseio de
equipamentos ligados a redes de grandes potências. Portanto, essa ciência que
necessita de uma ampla abordagem laboratorial, vem sofrendo dificuldades no quesito
prático e uma maneira de solucionar essa dificuldade é por meio da utilização de
laboratórios virtuais computacionais.
Algum dos simuladores tradicionais utilizados na Engenharia Elétrica, na área
de Eletrônica de Potência, como o PSIM e os da SEMIKRON, são funcionais para
pessoas que já dominam o assunto, porém, para fins acadêmicos surge uma
necessidade de criar um tipo de laboratório virtual mais didático e com um maior
destaque no funcionamento básico e principal componente estudado. Desta maneira,
este trabalho propõe a utilização do LabVIEW para esta finalidade e complementar a
formação acadêmica e profissional do discente.
16
1.4 OBJETIVOS DO TRABALHO
1.4.1 Objetivo Geral
O objetivo geral do trabalho é desenvolver um ambiente computacional, e que
permita simular um laboratório virtual de Eletrônica de Potência.
1.4.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos são os seguintes:
a)
Construir um laboratório virtual de Eletrônica de Potência em LabVIEW;
b)
elaborar um roteiro para o ensino da Eletrônica de Potência utilizando o
laboratório virtual criado;
c)
comparar os resultados apresentados no laboratório virtual em LabVIEW
com alguns simuladores;
d)
realizar uma comparação entre os resultados apresentados no
laboratório virtual em LabVIEW, com a metodologia das aulas
laboratoriais práticas da Eletrônica de Potência.
1.5 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA
Esta monografia será dividida em seis capítulos, conforme a descrição
seguinte:
No primeiro capítulo haverá uma introdução ao tema abordado, delimitação
do tema, seguido de suas justificativas, objetivos gerais e específicos, além disso, será
abordado a metodologia aplicada no trabalho.
17
No segundo capítulo, será abordada a fundamentação teórica, a qual terá
como conteúdo, uma introdução à Eletrônica de Potência, a metodologia atual de
ensino da Eletrônica de Potência e os componentes que serão estudados neste
trabalho.
No terceiro capítulo serão apresentados alguns dos atuais simuladores
utilizados na Engenharia Elétrica e na Eletrônica de Potência.
O quarto capítulo comtemplará informações sobre o software LabVIEW, no
que diz respeito a uma introdução histórica, o motivo da escolha deste programa, as
vantagens e desvantagens do mesmo e a maneira com que foi aplicado o programa
na Eletrônica de Potência.
No quinto capítulo haverá uma abordagem dos resultados obtidos com o
laboratório virtual e realizado em LabVIEW, começando pelos circuitos retificadores,
passando pelo inversor de frequência e indo até o conversor CC-CC. Além disso,
nesse capítulo será criado um roteiro de como se estuda a Eletrônica de Potência
utilizando o laboratório virtual desenvolvido. No final, será montado duas tabelas
comparativas, onde a primeira será entre uma aula laboratorial tradicional de
Eletrônica de Potência com uma utilizando o software desenvolvido, e, a segunda
entre o programa desenvolvido e o PSIM, no que diz respeito à ponte retificadora de
Tiristores e o conversor CC-CC.
O sexto capítulo e último, abordará as considerações finais e trabalhos
futuros, além de conter a conclusão e as contribuições deste estudo para o autor.
1.6 METODOLOGIA
Com base na metodologia científica experimental, esta monografia apresenta
duas etapas principais, que são, o Anteprojeto e a Pesquisa propriamente dita, sendo
representada pelo seguinte diagrama: (FIGURA 1)
18
ANTEPROJETO
DEFINIÇÃO DO TEMA
FORMULAÇÃO DO PROBLEMA
JUSTIFICATIVA DO TRABAHO
OBJETIVOS DO TRABALHO
PESQUISA BIBLIOGRÁFICA
PESQUISA
EXPERIMENTAL
DESENVOLVER OS CIRCUITO
DO TRABALHO POR MEIO DO
SOFTWARE LabVIEW
CRIAR UMA BASE DENTRO DO
LabVIEW PARA TODOS OS
CIRCUITOS DESENVOLVIDOS
ANÁLISE COMPARATIVA COM O
SOFTWARE DESENVOLVIDO E
OUTRAS
METODOLOGIAS
EMPREGADAS
CONCLUSÃO
FUTUROS
E
TRABALHOS
FIGURA 1 - DIAGRAMA DA METODOLOGIA.
FONTE: O AUTOR (2013).
19
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 INTRODUÇÃO À ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
A Eletrônica de Potência surgiu para suprir a demanda pelo controle da
energia elétrica, tanto para controles industriais, quanto em acionamentos de
máquinas. De acordo com a Figura 2, mostra que deste modo essa ciência baseia-se
em três pilares, que são o controle, potência e eletrônica. (RASHID, 1999, p.1).
O controle trata dos regimes permanentes nos sistemas de malha e também
das características dinâmicas do mesmo. (RASHID, 1999, p.1).
A potência rege os equipamentos rotativos e estáticos presentes na geração,
transmissão e distribuição de energia elétrica. (RASHID, 1999, p.1).
A eletrônica cuida dos circuitos de estado sólido e seus dispositivos para o
processamento de sinais para conseguir realizar os controles desejados. (RASHID,
1999, p.1).
Deste modo, segundo Rashid (1999, p.1), “a Eletrônica de Potência pode ser
definida como uma aplicação da eletrônica de estado sólido para o controle e
conversão da energia elétrica.”
Conforme Rashid (1999, p. 2), a maneira com que a Eletrônica de Potência
se sustenta é com o chaveamento dos dispositivos semicondutores de potência e
esses
equipamentos,
embarcados
em
uma
tecnologia
moderna
com
microprocessadores e computadores, possibilitou um avanço no desenvolvimento dos
seres humanos, uma vez que a evolução tecnológica está diretamente ligada à
capacidade de geração e controle da energia elétrica. Além disso, ela está sendo
usada em vários equipamentos que são usados direta ou indiretamente durante o dia
do ser humano, os quais englobam uma vasta quantidade de produtos de alta
potência, sendo eles, controle de iluminações, máquinas elétricas, fontes de
alimentação, sistemas de propulsão de corrente contínua em altas tensões, controle
de aquecimento, acionamento de portas de garagem, elevadores, ignição eletrônica
entre outros.
20
FIGURA 2 - ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E SEUS PILARES
FONTE: MUHAMMAD H. RASHID (1999, p. 2).
2.2 O ENSINO DA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Na Engenharia Elétrica, a Eletrônica de Potência faz parte da formação básica
dos engenheiros eletricistas. Essa ciência, que no princípio era considerada uma
disciplina especializada, e que exige uma boa base teórica, um desenvolvimento
prático sobre os assuntos, e no Brasil, a parte experimental pode ser melhorada com
novas abordagens na contribuição do ensino prático.
Segundo Rolim (1993, p. 5), a forma com que era ministrada a Eletrônica de
Potência, em várias universidades do Brasil, com nível de graduação, não era muito
desenvolvida na década de 90, o qual pode ser justifica por dois motivos:
a)
falta
de
docentes
especializados,
devido
as
características
multidisciplinares da Eletrônica de Potência.
b)
a ausência de recursos laboratoriais adequados em conjunto com a
formação teórica do discente.
Algumas universidades Brasileiras, como a Universidade Federal do Rio de
Janeiro e a Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, apresentam um
investimento em aulas práticas para a Eletrônica de Potência, onde a primeira foi
incentivada por estudos e pesquisas realizados por (Rolim, 1993) e (Cabral, 2008) e
21
a segunda, realiza projetos nessa área com objetivos de implementar kits didáticos de
Eletrônica de Potência. (Machado; Carmo; Oliveira; Faria, 2011).
Hoje, tem-se disponível para compra, na internet, kits didáticos de Eletrônica
de Potência, como os da Stschooltech, mas não são todas as universidades que
exploram esse tipo de prática laboratorial. (MACHADO; CARMO; OLIVEIRA; FARIA,
2011).
Na Universidade Federal do Paraná, instituição de formação acadêmica do
autor, o ensino da Eletrônica de Potência é baseado em sua maioria em aulas teóricas
e práticas, sendo esta última, ministrada em outra disciplina, que tem como objetivo
atender os experimentos das três ênfases do curso. Deste modo, por mais qualificado
que seja o docente, há a necessidade de um complemento para as aulas
experimentais, pois estas são de extrema importância e apresentam diversas
alternativas de abordagem.
Considerando que a Eletrônica de Potência apresenta vários detalhes e
subsistemas embarcados, como os de informática na parte de controle. As vantagens
de se ter um sistema de simulação estão diretamente ligadas à motivação dos
discentes e aos níveis com que esses subsistemas estão detalhados, ou seja, com
aulas práticas, boa parte dos sistemas de controles utilizados podem ser detalhados
para o aluno, aumentado a motivação do mesmo no estudo da disciplina.
Tendo em vista estes fatos, surge ideias de aprendizado da Eletrônica de
Potência utilizando Softwares de simulações, os quais serão abordados nesse
trabalho, com o objetivo de suprir a demanda laboratorial que existe na maioria das
universidades Brasileiras.
2.3 COMPONENTES QUE SERÃO SIMULADOS
Como a Eletrônica de Potência é uma ciência com várias áreas de atuação e
com muitos equipamentos envolvidos, optou-se neste trabalho simular apenas alguns
componentes desta disciplina.
22
Baseado nas bibliografias mais utilizadas na Eletrônica de Potência e nos
autores Ned Moham e Muhammad H. Rashid, o autor deste trabalho decidiu que os
equipamentos mais utilizados mais relevantes a serem simulados são:
a)
Circuitos retificadores, conversor CA-CC, equipamentos bastante
utilizados em acionamentos de máquinas e em usinas geradoras de
energia elétrica;
b)
um Inversor de Frequências, bastante utilizado na área industrial, e até
residencial;
c)
um Chopper Buck, equipamento utilizado para reguladores de tensão
CC.
Deste modo, estes componentes serão detalhados nos próximos índices.
2.3.1 Retificadores de tensão
Os conversores CA-CC (corrente alternada para corrente contínua –
retificador de tensão) em Engenharia Elétrica está associada ao processo de
converter corrente alternada em corrente contínua, a maneira com que isso é feito é
chaveando a tensão alternada, fazendo com que a corrente passe por um único
sentido na carga, podendo ser feito com um diodo conectado a um circuito senoidal,
deste modo, a Eletrônica de Potência utiliza os circuitos retificadores de tensão para
esta tarefa, de acordo com as Figuras 2 e 3 - CIRCUITO RETIFICADOR SIMPLES. (AHMED,
2000, p. 149).
FIGURA 3 - CIRCUITO RETIFICADOR SIMPLES
FONTE: O AUTOR (2013).
23
FIGURA 4 - SAÍDA E ENTRADA DO CIRCUITO RETIFICADOR SIMPLES
FONTE: O AUTOR (2013).
Hoje, existe vários tipos de retificadores de tensão, no que diz respeito à
quantidade de fases a serem retificadas, os trifásicos e monofásicos e também em
relação aos componentes utilizados no seu circuito, como por exemplo, os semicontrolado com Tiristores e Diodos, não controlados com Diodos e totalmente
controlados somente com SCRs (SiliconControlledRectifier–Retificador Controlado de
Silício), que também é um Tiristor.
Segundo Rashid (1999, p.120), o Tiristor SCR, na Figura 4, é um dispositivo
semicondutor de potência com quatro camadas de estrutura pnpn, contendo três
junções pn, deste modo, o componente apresenta dois estados de operação, não
condução e condução, essa característica faz com que ele seja operado como uma
chave biestável. O controle da mudança de estados desse semicondutor é feito por
dois agentes, o ângulo de disparo (gatilho) e o valor de tensão sobre o componente.
Para o chaveamento do SCR é necessário que a tensão aplicada seja maior no
Catodo e o seu ângulo de disparo seja atingido. Por fim, esse componente, cuja
principal função é o seu chaveamento eletrônico, é comumente utilizado em pontes
retificadoras controladas.
24
FIGURA 5 - SCR
FONTE: O AUTOR (2013).
O Retificador de tensão trifásico totalmente controlado abordado no trabalho
é composto por um conjunto de no mínimo seis tiristores, de acordo com a FIGURA
6, sendo este classificado também como um retificador de seis-pulsos. Deste modo,
segundo Ahmed (2000, p. 253), esse componente é um dos mais importantes em
aplicações de grandes potências, podendo ser ligado diretamente em uma fonte
trifásica com conexões delta – estrela ou delta – delta. Além disso, essa tipologia de
retificador apresenta um sinal de saída com menos ondulação do que um de trêspulsos.
Segundo, Ahmed (2000, p. 279), o formulário necessário para calcular a
tensão e corrente de saída sobre uma carga resistiva na saída de um circuito
retificador trifásico, totalmente controlado são as seguintes:
 𝑉𝑙(𝑚)=√2. 𝑣𝑚;
(eq.1)
 𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔)=0,955. 𝑉𝑙(𝑚). 𝑐𝑜𝑠(𝑥);
(eq. 2)
 𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔)=𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔)/𝑅;
(eq. 3)
25
Sendo que:
𝑉𝑜(𝑎𝑣𝑔) = tensão média na saída da carga;
𝐼𝑜(𝑎𝑣𝑔) = corrente média na saída da carga;
𝑉𝑙(𝑚) = Tensão de pico;
𝑣𝑚 = Valor eficaz de tensão de linha;
𝑅 = Resistência da carga;
𝑥 = Ângulo de disparo dos tiristores;
O Retificador totalmente controlado pode se comportar como um Retificador
não controlado, pois ao colocar-se o ângulo de disparado do Tiristor em zero graus, a
atuação dele seria igual a de um Diodo.
Para exemplificar, um retificador totalmente controlado com SCR pode-se
utilizar o modelo da FIGURA 6, mas com ângulos de disparo em zero graus), contendo
os seguintes parâmetros:
 ângulo de disparo de zero graus;
 circuito trifásico.
 tensão de alimentação de 219 Volts (tensão de linha);
 tensão de fase de 127 Volts.
Os gráficos de tensão, tanto de entrada (tensão de fase), quanto de saída
(sobre a carga resistiva) são expressos nas Figuras 6 e 7, respectivamente.
Na Figura 7, é aplicado o formulário das equações 1 e 2, tem-se que o valor
de tensão de saída para estes parâmetros é de 218,4 Volts.
FIGURA 6 - RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO
FONTE: O AUTOR (2013).
26
FIGURA 7- TENSÃO DE FASE DO CIRCUITO EXEMPLIFICADO
FONTE: O AUTOR (2013).
FIGURA 8- SINAL DE SAÍDA DO RETIFICADOR EXEMPLIFICADO
FONTE: O AUTOR (2013).
Por fim, a utilização de cargas reativas e filtros capacitivos pode-se obter um
sinal de saída com um valor mais próximo à de uma tensão CC (Corrente contínua),
sendo um pouco diferente ao exemplificado na FIGURA 8.
2.3.2 Inversor de frequência
Com o avanço da indústria no mundo, surgiu a necessidade de aprimorar os
acionamentos das máquinas elétricas, principalmente as de grande potência, que
exigem grandes correntes da rede de distribuição de energia elétrica. Além disso,
surge a necessidade de controlar a velocidade e o consumo de energia dos
equipamentos industriais e residenciais. Por tanto, o Inversor de frequência surgiu
para controlar essa finalidade, o qual é considerado um dos principais meios de
controlar os parâmetros elétricos de vários equipamentos modernos.
27
Com base no Rashid (1999, p. 436), o Inversor de frequência é conhecido
como conversor CC – CA (conversores de corrente contínua para corrente alternada),
o qual apresenta um valor de tensão simétrico nos seus terminais. Além disso, este
equipamento permite a regulagem de sua tensão de saída, quanto à amplitude e
frequência, conforme a aplicação necessária.
O controle do valor da tensão de saída do Inversor de frequência pode ser
feito através da regulagem do valor da tensão CC de entrada e mantendo-se o ganho
do inversor constante. Entretanto, se a tensão de entrada desse equipamento for fixa
e sem a possibilidade de controlá-la, pode-se obter um valor de tensão variável na
saída controlando o ganho do inversor através de um circuito de controle de
modulação por largura de pulso (PWM) que há dentro do Inversor de frequência.
(RASHID, 1999, p. 436).
De maneira geral existem vários tipos de Inversores, os quais podem ser
monofásicos ou trifásicos, podendo usar dispositivos com disparo ou bloqueio
controlados, ou Tiristores em comutação forçada.
A configuração do Inversor de frequência trifásico abordado neste trabalho é
obtida a partir de uma entrada de alimentação CC, com seis IGBTs (Insulated Gate
Bipolar Transistor – Transistor Bipolar de Porta Isolada) e seis Diodos, com um sinal
de controle que faz com que os semicondutores de junção pnp conduzam por 180
graus, como mostra a Figura 8.
FIGURA 9- CIRCUITO INVERSOR DE FREQUÊNCIA
FONTE: O AUTOR (2013).
28
Segundo Rashid (1999, p. 446), a configuração de condução por 180 graus
faz com que três IGBTs permaneçam conduzindo em qualquer instante de tempo.
Assim, de acordo com a Figura 8, para conseguir gerar as tensões trifásicas
fundamentais equilibradas existem seis modos de operação com duração de 60 graus
cada, na qual a sequência programada de condução seria a seguinte:
a) IGBT-1,IGBT-3,IGBT-5;
b) IGBT-1,IGBT-6,IGBT-5;
c) IGBT-1,IGBT-6,IGBT-2;
d) IGBT-6,IGBT-2,IGBT-4;
e) IGBT-2,IGBT-4,IGBT-3;
f) IGBT-4,IGBT-3,IGBT-5.
Segundo Rashid (1999, p. 449) ao conectar uma carga em estrela no Inversor
de frequência, têm-se as seguintes equações:
Para ângulos entre zero e 60 graus;
 𝑉𝑎𝑛 =
𝑉𝑆
3
;
2𝑉𝑆
 𝑉𝑏𝑛 = −
 𝑉𝑐𝑛 =
(eq. 4)
3
𝑉𝑆
3
;
;
(eq. 5)
(eq. 6)
Para ângulos entre 60 e 120 graus;
 𝑉𝑎𝑛 =
2𝑉𝑆
3
;
(eq. 7)
 𝑉𝑏𝑛 = −
𝑉𝑆
 𝑉𝑐𝑛 = −
𝑉𝑆
3
3
;
(eq. 8)
;
(eq. 9)
Para ângulos entre 120 e 180 graus;
 𝑉𝑎𝑛 =
𝑉𝑆
 𝑉𝑏𝑛 =
𝑉𝑆
3
3
 𝑉𝑐𝑛 = −
;
(eq. 10)
;
(eq. 11)
2𝑉𝑆
3
;
Sendo que:
𝑉𝑎𝑛 = tensão entre a fase A e o Neutro;
𝑉𝑏𝑛 = tensão entre a fase B e o Neutro;
𝑉𝑐𝑛 = tensão entre a fase C e o Neutro;
𝑉𝑠 = tensão da fonte de corrente contínua.
(eq. 12)
29
Conforme o formulário acima, a representação gráfica das tensões de fase
sobre uma carga em estrela no inversor de frequência com condução de 180 graus é
representada na Figura 9 a seguir..
FIGURA 10- GRÁFICO DE SAÍDA DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA
FONTE: RASHID (1999, p. 450).
Ainda, conforme a Figura 10, um circuito inversor com carga RL (resistiva e
capacitiva) apresenta a seguinte saída:
FIGURA 11- GRÁFICO DE SAÍDA DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA CIRCUITO RL
FONTE: RASHID (1999, p. 452).
30
2.3.3 Conversor CC-CC
O conversor CC-CC ou Chopper tem a finalidade de conseguir uma tensão de
corrente contínua variável a partir de uma fonte CC de tensão fixa, ou seja, este
equipamento torna possível uma transformação, elevação ou redução da tensão
média em sistemas de corrente contínua.
Os Choppers são divididos em dois grupos gerais, que são os step-up (boost)
e os step-down (buck), esse segundo, ao contrário do primeiro, serve para reduzir a
tensão média em sistemas de corrente contínua.
Segundo Ahmed (2000, p. 309), o princípio fundamental de funcionamento de
um Chopperé por meio de uma chave, em série no circuito, que realiza o chaveamento
(função PWM - modulação por largura de pulso) da fonte de alimentação. Os tipos
chaves que são utilizados dependem da aplicação, tensão e corrente do equipamento
envolvido. Essas chaves podem ser Tiristores, Transistores, os MOSFETs (metaloxidesemiconductorfield-effect transistor– Transistores de efeito de campo metalóxido-semicondutor) e os BJTs (bipolar junction transistor – Transistores bipolares de
junção), de acordo com a Figura 11.
FIGURA 12-CHOPPER PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
FONTE: O AUTOR (2013).
31
Segundo Ahmed (2000, p. 310), o formulário necessário para calcular a
tensão e corrente de saída sobre uma carga resistiva na saída de um circuito com um
Chopper buck são as seguintes:
 𝑉𝑜 =
𝐾=
𝑇𝑜𝑛
𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓
𝑉𝑖
𝑇𝑜𝑛
(eq. 14)
𝑇𝑜𝑛+𝑇𝑜𝑓𝑓
 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛 + 𝑇𝑜𝑓𝑓
 𝐼𝑚𝑎𝑥 =
𝑉𝑜
 𝐼𝑚𝑖𝑛 =
𝑉𝑜
𝑅
𝑅
(eq. 13)
(eq. 15)
𝑉𝑜
+ 2𝐿 𝑇𝑜𝑓𝑓
𝑉𝑜
− 2𝐿 𝑇𝑜𝑓𝑓
(eq. 16)
(eq. 17)
Sendo que:
𝑉𝑜 = tensão média de saída em relação ao aterramento do Chopper;
𝑉𝑖 = tensão CC na entrada no Chopper;
𝐾 = ciclo de trabalho (adimensional);
𝑇 = tempo de chaveamento do Chopper;
𝑇𝑜𝑛 = tempo em que o Chopper está conduzindo corrente no seu ciclo de
trabalho;
𝑇𝑜𝑓𝑓= tempo em que o Chopper não está conduzindo no seu ciclo de
trabalho;
𝐼𝑚𝑎𝑥 = corrente máxima na saída do Chopper em um circuito RL;
𝐼𝑚𝑖𝑛 = corrente mínima na saída do Chopper em um circuito RL;
𝐿 = indutância do circuito RL;
𝑅 = resistência do circuito RL;
Com essas equações (eq. 13, 14 e 15), Figura 12, pode-se definir o gráfico
da tensão de saída de um Chopper.
FIGURA 13-CHOPPER GRÁFICO DE SAÍDA
FONTE: AHMED (2000, p.316).
32
Segundo Ahmed (2000, p. 316), conforme as equações 16 e 17, em um
circuito contendo um Chopper com carga RL em sua saída (FIGURA 13), a corrente
de saída apresenta um comportamento triangular, denominado corrente de
ondulação, conforme a Figura 14, a seguir.
FIGURA 14-CHOPPER COM CIRCUITO RL
FONTE: AHMED (2000, p.313).
FIGURA 15-CHOPPER GRÁFICO DE SAÍDA DA CORRENTE DE ONDULAÇÃO
FONTE: AHMED (2000, p.316).
33
3 SOFTWARES E KITS DIDÁTICOS UTILIZADOS NA ELETRÔNICA DE
POTÊNCIA
Na Engenharia Elétrica existem vários simuladores computacionais,
entretanto, na área de Eletrônica de Potência os mais famosos são o Simulink, o
PSIM, e, o de fabricantes de componentes desta área, como os da SEMIKRON. Deste
modo, esses serão detalhados a seguir.
3.1 SIMULINK
O Simulink, desenvolvido pela empresa The MathWorks, é um software
baseado em diagramas de blocos para modelagens e simulações de sistemas.
Segundo o site do fabricante deste software, esse programa apresenta uma interface
gráfica com várias bibliotecas customizáveis que permite a criação de subsistemas,
além disso, ele pode ser integrado com o MATLAB, tanto na importação de dados,
quanto na exportação de dados, conforme mostra a Figura 14.
FIGURA 16- EXEMPLO DO SIMULINK-SUBSYSTEMS
FONTE: SIMULINK ON-RAMP.
MEHAR (2012) comprovou que o Simulink do MATLAB é capaz de simular
circuitos da Eletrônica de Potência, uma vez que, em seu artigo, publicou técnicas de
34
simulações para essa ciência, as quais simularam circuitos retificadores, basearamse nos blocos que representam o Diodo, Mosfet, fontes de sinais e tensões do
Simulink, conforme mostram as Figuras 16 e 17.
FIGURA 17- CIRCUITO RETIFICADOR SIMULADO NO SIMULINK
FONTE: MEHAR (2012).
FIGURA 18- RESULTADO CIRCUITO RETIFICADOR SIMULADO NO SIMULINK
FONTE: MEHAR (2012).
35
3.2 SOFTWARES DE SIMULAÇÃO DE FABRICANTES
Na área de Eletrônica de Potência, os principais fabricantes dos componentes
de potência, como a SEMIKRON, apresentam softwares online, que simulam os seus
produtos visando facilitar o lado do cliente e tentando mostrar o funcionamento dos
seus equipamentos de acordo com o que comprador necessita.
De acordo com a Figura 18, a SEMIKRON apresenta em seu site um sistema
de simulação de Eletrônica de Potência, o qual contempla retificadores (conversores
AC/DC – corrente alternada para corrente contínua), chaves estáticas (conversores
AC/AC – corrente alternada para corrente alternada), inversores de frequência
(conversor DC/AC – corrente contínua para corrente alternada) e conversores DC/DC
– corrente contínua para corrente contínua, e estes são baseados em seus produtos.
FIGURA 19- SIMULADOR DA SEMIKRON
FONTE: SEMIKRON SITE.
36
3.3 PSIM
Com base no site da empresa Eudora Energia, que disponibilizou o PSIM para
o Brasil, esse software é uma ferramenta de alto desempenho totalmente voltado para
a Eletrônica de Potência. Nele, é possível simular conversores de todos os tipos,
acionamentos de máquinas elétricas, sistemas de energias renováveis, powertrains,
e outras aplicações da Eletrônica de Potência.
O PSIM é software de simulação de fácil utilização, sendo que, os
componentes para realizar a montagem dos circuitos são encontrados facilmente,
além disso, a montagem dos circuitos são feitas de maneira gráfica, ou seja, a forma
que se monta o circuito de simulação conforme o desenho esquemático, como mostra
a Figura 19.
FIGURA 20- SIMULADOR PSIM
FONTE: O AUTOR (2013).
37
3.4 KITS DA SCHOOLTECH
Segundo o site da empresa Schooltech, companhia destinada a desenvolver
equipamentos didáticos e sistemas educacionais, o kit de Eletrônica de Potência é
destinado ao estudo completo dessa ciência, o qual contempla com vários módulos
de simulação, entre eles um de potência com 6 retificadores controlados (tiristores),
além disso, é representado o desenho do diagrama elétrico do circuito em questão
nesse equipamento de simulação, de acordo com a Figura 20.
FIGURA 21- KIT DIDÁTICO DA SCHOOLTECH
FONTE: SITE DA SCHOOLTECH.
38
4 O LabVIEW E A ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
O LabVIEW, desenvolvido pela empresa National Instruments, é uma
plataforma de programação gráfica, baseada na linguagem G, focada para
engenheiros que atuam em áreas, desde projetos até testes de grandes e pequenos
sistemas. O software é utilizado em sistemas de medição, controle, aquisição de
dados, processamento de sinais, automatização de sistemas de teste e validação,
sistemas embarcados de monitoramento e na área de ensino acadêmico. (LabVIEW
Brasil).
4.1 HISTÓRIA DO LabVIEW
O LabVIEW teve seu início na década de 80 com um dos fundadores da NI –
(National Instruments), Jeff Kodosky, o qual teve a oportunidade de criar um ambiente
de desenvolvimento direcionado para engenheiros e cientistas. Segundo James
Truchard, outro fundador da NI e atual CEO – (Chief executive officer) da empresa, o
pressuposto era fazer um programa de grande impacto para a área de engenharia, o
mesmo que a planilha de cálculo fez para a área financeira. Para isso, os fundadores
da empresa imaginaram um ambiente de programação completamente gráfico, e na
época apenas a Macintosh da Apple oferecia e permitia essa possibilidade. Por fim,
em 1986, surge a primeira versão do programa, o LabVIEW 1.0. (LabVIEW Brasil).
Com o passar dos anos o LabVIEW evoluiu nas suas áreas de atuações, na
parte de controle e aquisição de dados e em desempenho (performance), no que diz
respeito a possibilidade de realizar programação em mais de um núcleo de
processador, possibilitando a implementação desse software em áreas educacionais,
como a do laboratório virtual desenvolvido neste trabalho.
39
4.2 PROGRAMANDO EM LabVIEW
Segundo SANTOS (2007), os programas criados em LabVIEW são chamados
de instrumentos virtuais, as VIs (Virtual Instruments), as quais contêm três
componentes principais, o Diagrama de blocos, o Painel de ícones e conectores, onde
ambos fazem parte da interface do programador e o Painel frontal que é área que fica
mais próxima do usuário do programa desenvolvido.
O Diagrama de blocos das VIs, local destinado ao programador, contempla o
código fonte do programa desenvolvido, que é expresso de maneira gráfica, o qual é
lido pelo LabVIEW da esquerda para a direita. Como mostra a Figura 21, nesse local
é possível adicionar vários blocos, como os de soma, divisão, gerador de sinais, portas
lógicas, entre outros que estão presentes no painel de ícones e conectores.
FIGURA 22- EXEMPLO DE UM DIAGRAMA DE BLOCOS DO LABVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
A Figura 22 mostra o Painel de ícones e conectores das VIs é o local onde
fica toda a biblioteca de blocos do LabVIEW. Nela é possível acessar funções prontas,
como as de matemáticas, de processamento de sinais, de instrumentação e outras
40
mais simples, como soma, estruturas case, for loop, while loop, que são destinadas a
uma programação para recursos não disponíveis no bando de dados do programa.
FIGURA 23- PAINEL DE ÍCONES E CONECTORES DO LABVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
O Painel frontal das VIs do LabVIEW é o local que fica destinado à interface
com o usuário final. Nele o programador utiliza um painel de ícones e conectores
diferenciados para criar o ambiente que irá representar o programa desenvolvido, o
qual contém indicadores, controles, partes decorativas, gráficos, botões, entre outros
que são mais destinados à parte gráfica visual dos softwares programados nessa
linguagem, como exemplifica a Figura 23.
41
FIGURA 24- EXEMPLO DE UM PAINEL FRONTAL DO LABVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
Para maiores detalhes de como se programa em LabVIEW é necessário ler a
apostila de Santos (2007).
4.3 O MOTIVO DA ESCOLHA DO LabVIEW
Dentro da vasta quantidade de linguagens de programação existentes, o autor
optou por utilizar o LabVIEW, tendo em vista qual seria a melhor linguagem de
programação a ser utilizada para elaborar um laboratório virtual de Eletrônica de
Potência, e não pelo fato de ser uma linguagem melhor que a outra em aspectos
gerais, ou seja, a pergunta que o autor se fez ao escolher essa plataforma de
programação foi a seguinte:
o
qual seria a melhor linguagem de programação para a construção de um
laboratório virtual com uma grande destaque para interface visual para
o usuário final?
42
A resposta do autor foi o LabVIEW pelos seguintes motivos:

o
autor
realizou
LabVIEWchampion
um
treinamento
(classificação
de
acompanhado
gratificação
da
por
um
National
Instruments por ajudar a divulgar e responder a dúvidas sobre o
LabVIEW, sendo que atualmente existem 49 pessoas no mundo com
essa qualificação);

o autor trabalhou em um projeto que faz a utilização do LabVIEW para a
modelagem computacional do mesmo;

o LabVIEW apresenta vários recursos visuais no seu Painel frontal, coisa
que é bem mais difícil e complicado em outra plataforma de
programação;

a área de gráficos presente no LabVIEW é de fácil manuseio com várias
maneiras de operação e manuseio dos mesmos;

controle de velocidades de simulação podendo chegar mais próximo da
realidade dos componentes simulados.
Com base nos motivos acima, o autor optou pelo LabVIEW, até por que, a
implementação desse laboratório virtual é inédito na Universidade Federal do Paraná,
local de formação acadêmica do mesmo.
4.4 AS VANTAGENS E DESVANTAGENS DO LabVIEW
Como toda plataforma de programação existem suas vantagens e
desvantagens e no LabVIEW não é diferente.
As principais qualificações do LabVIEW são:

apresenta um grande apelo visual;

apresenta uma plataforma gráfica e não escrita de programação;

apresenta uma plataforma capaz de ser programada para utilizar
multicore (vários núcleos - mais de um núcleo de processamento), o que
melhora o desempenho do programa;

pode-se integrá-lo com outras plataformas como o MATLAB;
43

apresenta um grande apelo visual de fácil programação no seu painel
frontal;

pode-se conectá-lo para controlar, medir e analisar um circuito prático
real com a NI myDAQ (dispositivo de aquisição de dados de baixo custo),
além de poder interagir com o laboratório virtual.
Já as principais desvantagens do LabVIEW são:

ser uma plataforma paga;

caro para pequenas aplicações de controle;

instalação demorada;

as versões velhas não abrem os códigos feitos pelas versões mais
novas.
4.5 APLICANDO O LabVIEW NA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Dentre as várias áreas em que a atuação do LabVIEW é possível, uma delas
é a da Eletrônica de Potência, no que diz respeito à parte de aquisição e
processamento de dados, controle de acionamentos máquinas, na parte de
simuladores computacionais e na área de desenvolvimento de softwares acadêmicos.
Neste trabalho, a maneira com que foi aplicado o LabVIEW na Eletrônica de
Potência, foi por meio da implementação de um laboratório virtual contemplando os
principais circuitos que são estudados e abordados nessa ciência de potência como
uma alternativa à aulas laboratoriais, que são escassas em boa parte das
universidades do Brasil.
Desta maneira, pelos recursos e qualificações do LabVIEW já citados neste
capitulo, o programa pode ser aplicado na área educacional da Eletrônica de Potência,
tendo como destaque a sua interface gráfica, como um grande recurso visual e a sua
capacidade didática.
Os recursos visuais, necessários para o aprendizado da Eletrônica de
Potência, são alcançados, a princípio, somente por aulas experimentais laboratoriais
com os equipamentos de potência, os osciloscópios, multímetros entre outros
equipamentos, porém, a implementação do laboratório virtual em LabVIEW nos
44
permite também obter essas características e essa será a maneira com que esse
software vai ser aplicado nessa ciência.
4.6 DESENVOLVIMENTO DO LABORATÓRIO VIRTUAL EM LabVIEW
O desenvolvimento do laboratório virtual ficou dividido em 9 etapas, sendo
elas o desenvolvimento do experimento com um retificador monofásico de meia onda,
um monofásico de onda completa, um trifásico não controlado, um trifásico semicontrolado, um trifásico totalmente controlado, um Chopper, um Chopper Buck e um
inversor de frequência. A Figura 24 mostra a última etapa fica por conta de um
desenvolvimento de um chassis, parte que sustenta todo o laboratório virtual.
FIGURA 25- ESTRUTURA DO LABORATÓRIO VIRTUAL EM LABVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.1 Retificador monofásico de meia onda em LabVIEW
Para realizar o Retificador monofásico de meia onda em LabVIEW partiu-se
pelas seguintes etapas:
a)
gerar um sinal senoidal controlável, no que diz respeito a amplitude;
b)
zerar o sinal senoidal quando o mesmo for negativo;
c)
gerar um sinal com o valor médio de tensão de um retificador
monofásico;
45
d)
implementar valores de potência e corrente dependendo do valor da
carga resistiva;
e)
mostrar os resultados em um gráfico no painel frontal.
f)
Por fim, ao atender as etapas modelou-se a parte do retificador monofásico
de meia onda no LabVIEW resultando na Figura 25, conforme o seguinte diagrama de
blocos.
FIGURA 26- CÓDIGO RETIFICADOR MONOFÁSICO IMPLEMENTADO NO LABVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.2 Retificador monofásico de onda completa em LabVIEW
Para realizar o Retificador monofásico de onda completa em LabVIEW partiuse pelas seguintes etapas:
a)
gerar um sinal senoidal controlável, no que diz respeito a amplitude;
b)
gerar o módulo do sinal senoidal;
c)
gerar um sinal com o valor médio de tensão de um retificador
monofásico;
46
d)
implementar valores de potência e corrente dependendo do valor da
carga resistiva;
e)
sequenciar os diodos que irão conduzir e mostrá-los no painel frontal.
f)
mostrar os resultados em um gráfico no painel frontal.
Por fim ao atender as etapas modelou-se a parte do retificador monofásico de
onda completa no LabVIEW resultando no seguinte diagrama de blocos, como mostra
a Figura 26.
FIGURA 27- CÓDIGO RETIFICADOR MONOFÁSICO ONDA COMPLETA NO LabVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.3 Retificador trifásico não controlado em LabVIEW
As etapas para o Retificador trifásico não controlado foram as seguintes:
a)
Gerar seis sinais senoidais, que são os sinais das tensões de linha da
rede;
b)
gerar uma lógica de troca da onda senoidal que passa pela carga
conforme a sequência de condução dos diodos;
c)
gerar um seletor de senoides, o qual seleciona a onda correta conforme
recebe um pulso do bloco de lógica, o descrito acima;
47
d)
gerar os valores de potência, corrente
e tensão do retificador não
controlado conforme o formulário descrito no capítulo de fundamentação
teórica deste trabalho;
e)
sequenciar os diodos que irão conduzir e ]
f)
no painel frontal.
g)
mostrar os resultados em um gráfico no painel frontal.
Por fim, tem-se o seguinte diagrama de blocos na Figura 27.
FIGURA 28- CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO NO LabVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.4 Retificador trifásico semi-controlado em LabVIEW
As etapas para o Retificador trifásico semi-controlado foram as seguintes:
a)
gerar seis sinais senoidais, que são os sinais das tensões de linha da
rede;
b)
gerar uma lógica de troca da onda senoidal que passa pela carga
conforme a sequência de condução dos diodos e tiristores;
c)
gerar um seletor de senoides, o qual seleciona a onda correta conforme
recebe um pulso do bloco de lógica, o descrito acima;
48
d)
gerar os valores de potência, corrente
e tensão do retificador não
controlado conforme o formulário descrito no capítulo de fundamentação
teórica deste trabalho;
e)
sequenciar os diodos e tiristores que irão conduzir e mostra-los no
painel frontal.
f)
mostrar os resultados em um gráfico no painel frontal.
Por fim tem-se o seguinte diagrama de blocos na Figura 28.
FIGURA 29- CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO NO LabVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.5 Retificador trifásico totalmente controlado em LabVIEW
As etapas para o Retificador trifásico totalmente controlado foram as
seguintes:
a)
gerar seis sinais senoidais, que são os sinais das tensões de linha da
rede;
b)
gerar uma lógica de troca da onda senoidal que passa pela carga
conforme a sequência de condução dos tiristores;
49
c)
gerar um seletor de senoides, o qual seleciona a onda correta conforme
recebe um pulso do bloco de lógica, o descrito acima;
d)
gerar os valores de potência, corrente
e tensão do retificador não
controlado conforme o formulário descrito no capítulo de fundamentação
teórica deste trabalho;
e)
sequenciar os tiristores que irão conduzir e mostrá-los no painel frontal.
f)
mostrar os resultados em um gráfico no painel frontal.
Por fim, tem-se a Figura 29 e que mostra o diagrama de blocos.
FIGURA 30- CÓDIGO RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO NO LabVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.6 Chopper em LabVIEW
Para realizar a modelagem do Chopper neste laboratório virtual foi construído
quatro blocos principais no LabVIEW, um para gerenciar as escalas dos gráficos no
painel frontal, outro para o cálculos dos parâmetros do Chopper, (constante de
chaveamento, tensão média na saída e tempo de chaveamento), um para gerar os
gráficos e o sinal PWM característico desse conversor e por último um para fazer a
50
automatização das constantes de chaveamento do circuito para atingir o valor de
tensão de saída que o usuário desejar, como mostra a Figura 30.
FIGURA 31- CÓDIGO DO CHOPPER NO LabVIEW
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.7 Chopper Buck em LabVIEW
Para realizar a modelagem do Chopper Buck neste trabalho foi construído seis
blocos principais no LabVIEW, um para gerenciar as escalas dos gráficos no painel
frontal, outros dois para os cálculos dos parâmetros do Chopper Buck, (constante de
chaveamento, tensão média na saída e tempo de chaveamento, corrente máxima e
mínima de ripple), um para os sinais PWM e o característico do ripple do circuito desse
conversor, um para gerar os gráficos com e sem filtro, passa baixas e por último, um
para fazer a automatização das constantes de chaveamento do circuito para atingir o
51
valor de tensão de saída que o usuário desejar, ver o apêndice 2 para visualizar o
código completo desse circuito. De acordo com as Figuras 31, 32, 33 e 34.
FIGURA 32- BLOCO GERARDOR DOS SINAIS DO PWM E RIPPLE
FONTE: O AUTOR (2013).
FIGURA 33- BLOCO PARA GERAR OS GRÁFICOS COM E SEM FILTRO
FONTE: O AUTOR (2013).
FIGURA 34- BLOCO PARA ATIVAR O MODO AUTOMÁTICO
FONTE: O AUTOR (2013).
52
FIGURA 35- BLOCOS DE CALCÚLOS E AJUSTE DAS ESCALAS
AUTOMÁTICA DOS GRÁFICOS
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.8 Inversor de frequência em LabVIEW
Para realizar o Inversor de frequência no LabVIEW partiu-se pelas seguintes
etapas:
a)
gerar um sinal de tensão contínua, a partir de um retificador de tensão,
simbolizado por um desenho de um Tiristor na figura seguinte;
b)
gerar um conversor CC-CA partindo de um sinal de corrente contínua;
c)
estabelecer os valores de tensão do conversor CC-CA conforme o
circuito e o formulário propostos neste trabalho (fundamentação teórica,
capítulo 2);
d)
mostrar os resultados em dois gráfico no painel frontal, sendo um
estático e o outro dinâmico.
Por fim, ao atender as etapas modelou-se a parte do retificador monofásico
de meia onda no LabVIEW resultando no seguinte diagrama de blocos, como mostra
a Figura 35.
53
FIGURA 36- BLOCOS DE CÁLCULOS E AJUSTE DAS ESCALAS AUTOMÁTICAS DOS GRÁFICOS
FONTE: O AUTOR (2013).
4.6.9 Chassis do laboratório virtual em LabVIEW
Para o desenvolvimento do Chassis em LabVIEW, partiu-se pelos seguintes
desafios:
a)
Integrar todos os componentes modelados em um único programa;
b)
Incrementar o desempenho do laboratório virtual;
c)
Estabelecer um controle de tempo, de parada, start e encerramento do
programa e de cada componente modelado.
Por fim, ver o apêndice 2 para visualizar o código completo do laboratório
virtual.
54
5 RESULTADOS OBTIDOS
Uma das propostas deste trabalho, o laboratório virtual de Eletrônica de
Potência, é a de apresentar um roteiro para uma aula prática dessa ciência, fazendo
o uso do LabVIEW. Assim, este capítulo ficara destinado à apresentação do software,
seguir um roteiro para realizar a experiência laboratorial nessa área, uma comparação
ao final com uma aula prática comum, em laboratório, e outras que utilizam os
simuladores tradicionais como o do PSIM.
5.1 ROTEIRO DE ESTUDO COM O LABORATÓRIO VIRTUAL EM LabVIEW
Para o roteiro da aula prática de Eletrônica de Potência e utilizando o
laboratório virtual desenvolvido, definiu-se que os experimentos partirão dos mais
simples aos mais complexos, portanto, os mesmo irão começar pelos circuitos
retificadores (conversores CC-CA), passando pelos Choppers (conversores CC-CC)
e indo à um Inversor de frequência (Conversor CC-CA).
No que diz respeito aos retificadores, o roteiro inicia pelo Retificador
monofásico de meia onda, seguido pelo monofásico de onda completa, trifásico não
controlado, trifásico semi-controlado, trifásico totalmente controlado.
Já os Choppers parte por um circuito simples de chaveamento indo até um
Chopper Buck.
O inversor de frequência será abordado por último e apenas em seu
funcionamento básico.
5.1.1 Retificador monofásico de meia onda
De acordo com a Figura 36 e seguindo o Roteiro proposto, inicia-se o estudo
a partir do retificador monofásico de meia onda e para dar início basta selecionar a
aba respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de
55
onda para os valores pré-selecionados. Para informações de como operar esse
software ver o apêndice 1.
FIGURA 37- RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA ONDA FINAL NO LABORATÓRIO VIRTUAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações nos parâmetros de tensão RMS e
resistência da carga para fazer a análise dos resultados em função destas variáveis.
Duas informações pertinentes quanto ao gráfico e ao circuito do retificador,
Figura 36, o LED (Light Emitting Diode – Diodo emissor de luz) no circuito só acende
quando o diodo está conduzindo e nos gráficos, conforme a legenda do programa, a
cor vermelha é a tensão de saída na carga e a azul clara a tensão média na carga.
5.1.2 Retificador monofásico de onda completa
De acordo com a Figura 37 e seguindo o Roteiro proposto, continua-se o
estudo a partir do retificador monofásico de onda completa e para dar início, basta
selecionar a aba respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar
a forma de onda para os valores pré-selecionados. Para informações de como operar
esse software ver o apêndice 1.
56
FIGURA 38- RETIFICADOR MONOFÁSICO DE MEIA ONDA FINAL NO LABORATÓRIO VIRTUAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações nos parâmetros de tensão RMS e
resistência da carga para fazer a análise dos resultados em função destas variáveis.
Duas informações pertinentes quanto ao gráfico e ao circuito do retificador,
Figura 37, o LED, de cada diodo no circuito esquemático, só acende quando este
componente está conduzindo e nos gráficos, conforme a legenda do programa, a cor
vermelha é a tensão de saída na carga e a azul clara a tensão média na carga.
5.1.3 Retificador trifásico não controlado
De acordo com a Figura 38 e seguindo conforme o Roteiro, continua-se a
partir do retificador trifásico não controlado e para dar início basta selecionar a aba
respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de onda
para os valores pré-selecionados. Para informações de como operar esse software
ver o apêndice 1.
57
FIGURA 39- RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO FINAL NO LABORATÓRIO VIRTUAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações nos parâmetros de resistência da carga
para fazer a análise dos resultados em função desta variável. O LED, de cada diodo
no circuito esquemático, só acende quando este componente está conduzindo e nos
gráficos, conforme a legenda do programa, a cor laranja é a tensão de saída na carga
e a azul escura a tensão média na carga.
5.1.4 Retificador trifásico semi-controlado
De acordo com a Figura 39 e seguindo o Roteiro proposto, continua-se a partir
do retificador trifásico semi-controlado e para dar início basta selecionar a aba
respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de onda
para os valores pré-selecionados no programa. Para informações de como operar
esse software ver o apêndice 1.
58
FIGURA 40- RETIFICADOR TRIFÁSICO SEMI-CONTROLADO FINAL NO LABORATÓRIO VIRTUAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações no ângulo de disparo, resistência da carga
ou até adicionar uma indutância na carga e assim conseguir uma análise dos
resultados em função destas variáveis.
O LED de cada diodo no circuito esquemático, só acende quando este
componente está conduzindo e nos gráficos, conforme a legenda do programa, a cor
laranja é a tensão de saída na carga e a azul escura a tensão média na carga.
5.1.5 Retificador trifásico totalmente controlado
De acordo com a Figura 40 e seguindo o Roteiro proposto, continua-se a partir
do retificador trifásico totalmente controlado e para dar início basta selecionar a aba
respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de onda
para os valores pré-selecionados no programa. Para informações de como operar
esse software ver o apêndice 1.
59
FIGURA 41- RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALEMNTE CONTROLADO FINAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações nos parâmetros de ângulo de disparo e
resistência da carga e assim fazer a análise dos resultados em função destas
variáveis.
Duas informações pertinentes quanto ao gráfico e ao circuito do
retificador, Figura 40, o LED, de cada diodo no circuito esquemático, só acende
quando este componente está conduzindo e, conforme a legenda do programa, a cor
laranja é a tensão de saída na carga e a azul escura a tensão média na carga.
Para completar esta etapa, o usuário deve realizar os testes com cargas
indutivas e capacitivas e ver o comportamento destas mesmas conforme é alterado o
ângulo de disparo do tiristores.
60
5.1.6 Chopper
De acordo com a Figura 41 e seguindo o Roteiro proposto, continua-se a partir
do conversor CC-CC (Chopper) e para dar início basta selecionar a aba respectiva do
laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de onda para os
valores pré-selecionados no programa. Para informações de como operar esse
software ver o apêndice 1.
FIGURA 42- CHOPPER FINAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações no tempo de chaveamento do Chopper, no
valor da tensão de entrada e no modo automático ou manual e assim conseguir uma
análise dos resultados em função destas variáveis também.
Vale ressaltar que esse circuito Chopper, como um interruptor (chave)
simples, foi implementado no roteiro com a função de realizar uma introdução prática
aos conversores CC-CC. Deste modo, ele é um circuito que apresenta os tempos de
61
condução e não condução, deste conversor, reguláveis o que gera um PWM
controlado na saída do circuito.
5.1.7 Chopper Buck
De acordo com as Figuras 42, 43, 44 e 45 e seguindo o Roteiro proposto,
continua-se a partir do conversor CC-CC (Chopper Buck) e para dar início basta
selecionar a aba respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar
a forma de onda para os valores pré-selecionados no programa. Para informações de
como operar esse software ver o apêndice 1.
O usuário pode realizar alterações no tempo de chaveamento do Chopper, no
valor da tensão de entrada, nos valores do resistor, indutor e capacitor. Além disso,
pode-se alterar para o modo automático de tensão e selecionar os gráficos do Ripple
ou tensão de saída com e sem filtro. Com isso o usuário irá conseguir uma análise
dos resultados em função destas variáveis também.
Vale ressaltar que esse circuito Chopper foi considerado no trabalho a
respectiva introdução prática aos conversores CC-CC. Deste modo, ele é um circuito
que apresenta os tempos de condução e não condução, deste conversor, reguláveis
o que gera um PWM controlado na saída do circuito.
62
FIGURA 43- CHOPPER BUCK FINAL TENSÃO DE SAÍDA SEM FILTRO
FONTE: O AUTOR (2013).
FIGURA 44- CHOPPER BUCK FINAL TENSÃO DE SAÍDA COM FILTRO
FONTE: O AUTOR (2013).
As Figuras 44 e 45 a seguir, dizem respeito aos gráficos dos referentes ao
Ripple.
63
FIGURA 45- CHOPPER BUCK FINAL RIPPLE SEM FILTRO
FONTE: O AUTOR (2013).
FIGURA 46- CHOPPER BUCK FINAL RIPPLE COM FILTRO
FONTE: O AUTOR (2013).
5.1.8 Inversor de frequência
De acordo com a Figura 46 e seguindo o Roteiro proposto, continua-se a partir
do conversor CC-CA (Inversor de frequência) e para dar início basta selecionar a aba
64
respectiva do laboratório virtual e pressionar a tecla PLAY e observar a forma de onda
para os valores pré-selecionados no programa. Para informações de como operar
esse software ver o apêndice 1.
FIGURA 47- INVERSOR DE FREQUÊNCIA FINAL
FONTE: O AUTOR (2013).
O usuário pode realizar alterações no ângulo de disparo da ponte retificadora
totalmente controlada para variar a tensão do inversor, e também pode alterar a
frequência com que os IGBTs são chaveados. Com isso o usuário irá conseguir uma
análise dos resultados em função destas variáveis também.
5.2 COMPARAÇÕES
Neste tópico será apresentado duas tabelas comparativas entre a utilização do
laboratório virtual desenvolvido (Apêndice 3), com outros metodologias utilizadas para
aulas práticas na Eletrônica de Potência. Com isso, a Tabela 1, a seguir, faz uma
65
comparação entre um aula prática, e com uma que utiliza Kits didáticos que foram
apresentados neste trabalho.
TABELA 1– COMPARAÇÃO COM AULAS EXPERIMENTAIS
AULA LABORATORIAL
COMUM
BAIXA - PRECISA DE
UM RESPONSÁVEL
BOM - COM O AUXÍLIO
DE EQUIPAMENTOS
EXTERNOS
SEGURANÇA
OPERACIONAL
RECURSOS VISUAIS
TEMPO NECESSÁRIO
PARA A REALIZAÇÃO
DO EXPERIMENTO
CONHECIMENTO
MÍNIMO REQUERIDO
PARA O USUÁRIO
CAPACIDADE DE
ALTERAR
PARÂMETROS E
COMPONENTES DO
CIRCUITO SIMULADO
RECURSOS
NECESSÁRIOS PARA
O EXPERIMENTO
INVESTIMENTO
ALTO - NECESSITA DE
UMA MONTÁGEM
COMPONENTE A
COMPONENTE
CERTIFICADA POR UM
RESPONSÁVEL
MÉDIO - NECESSITA
DE CONHECIMENTOS
DE ELETRÔNICA DE
POTÊNCIA
ALTA - PODE-SE
ADICIONAR QUALQER
COMPONENTE DESDE
QUE CERTIFICADO
POR UM
RESPONSÁVEL
COMPONENTES, UM
OSCILOSCÓPIO E UM
RESPONSÁVEL DA
ÁREA
ALTO
INTEGRAÇÃO COM
OUTROS SOFTWARES
NÃO PERMITE
KITS DIDÁTICOS
BAIXA - PRECISA DE UM
RESPONSÁVEL
BOM - COM O AUXÍLIO
DE EQUIPAMENTOS
EXTERNOS
LABORATÓRIO VIRTUAL
CRIADO EM LabVIEW
ALTA
EXCELENTE
MÉDIO - NECESSITA DE
UMA MONTÁGEM
SIMPLE CERTIFICAÇÃO
POR UM RESPONSÁVEL
BAIXO- BASTA APENAS
SELECIONAR OS
PARÂMETROS NO
LABORATÓRIO VIRTUAL
MÉDIO - NECESSITA DE
CONHECIMENTOS DE
ELETRÔNICA DE
POTÊNCIA
BAIXA - O KIT TEM
LOCAIS PARA OS
COMPONENTES FIXOS
BAIXO - O SOFTWARE
PERMITE QUE
QUALQUER USUÁRIO O
UTILIZE
MÉDIA - O SIMULADOR
APRESENTA VÁRIAS
OPÇÕES E RECURSOS
PARA ALTERAÇÕES DOS
COMPONENTES
O KIT COMPLETO, E UM
RESPONSÁVEL DA ÁREA
SOMENTE UM
COMPUTADOR E O
EXECUTÁVEL DO
SOFTWARE
BAIXO
ALTO
NÃO PERMITE
PERMITE – INTEGRA-SE
COM O MATLAB
FONTE: O AUTOR, (2013).
Na sequência, apresenta-se a Tabela 2, é comparativa entre o simulador
desenvolvido
e
algumas
aulas
complementação prática a disciplina.
que
utilizam
softwares
destinados
para
66
TABELA 2– COMPARAÇÃO COM SIMULADORES
SIMULINK
SIMULADORES DE
FABRICANTES
PSIM
ALTA
ALTA
ALTA
LABORATÓRIO
VIRTUAL
CRIADO EM
LabVIEW
ALTA
EXCELENTE
EXCELENTE
EXCELENTE
EXCELENTE
MÉDIO –
NECESSITA
MONTAR O
CIRCUITO
MÉDIO – É
NECESSÁRIO
ESCOLHER OS
PRODUTOS DO
FABRICANTE
MÉDIO –
NECESSITA
MONTAR O
CIRCUITO
CONHECIMENTO
MÍNIMO
REQUERIDO
PARA O USUÁRIO
MÉDIO –
NECESSITA SABER
SOBRE O CIRCUITO
SIMULADO E O
PROGRAMA
MUITO ALTO –
NECESSITA SABER
SOBRE DETALHES
CONTRUTIVOS DOS
EQUIPAMENTOS
CAPACIDADE DE
ALTERAR
PARÂMETROS E
COMPONENTES
DO CIRCUITO
SIMULADO
ALTA – BASTA
ALTERAR NO
DIAGRAMA DO
CIRCUITO
BAIXA – É RESTRITO
AO QUE O
FABRICANTE
DISPONIBILIZA
MÉDIO –
NECESSITA SABER
SOBRE O
CIRCUITO
SIMULADO E O
PROGRAMA
ALTA – BASTA
ALTERAR NO
DIAGRAMA DO
CIRCUITO
O COMPUTADOR E
O SOFTWAREDE
SIMULAÇÃO
BAIXO – APENAS UM
COMPUTADOR
O COMPUTADOR E
O SOFTWAREDE
SIMULAÇÃO
INVESTIMENTO
MÉDIO
BAIXO
MÉDIO
BAIXO- BASTA
APENAS
SELECIONAR
OS
PARÂMETROS
NO
LABORATÓRIO
VIRTUAL
BAIXO - O
SOFTWARE
PERMITE QUE
QUALQUER
USUÁRIO O
UTILIZE
MÉDIA - O
SIMULADOR
APRESENTA
VÁRIAS
OPÇÕES E
RECURSOS
PARA
ALTERAÇÕES
DOS
COMPONENTES
SOMENTE UM
COMPUTADOR
EO
EXECUTÁVEL
DO SOFTWARE
BAIXO
INTEGRAÇÃO
COM OUTROS
SOFTWARES
PERMITE –
INTEGRA-SE COM
O MATLAB
NÃO PERMITE
COM O POWERSIM
SEGURANÇA
OPERACIONAL
RECURSOS
VISUAIS
TEMPO
NECESSÁRIO
PARA A
REALIZAÇÃO DO
EXPERIMENTO
RECURSOS
NECESSÁRIOS
PARA O
EXPERIMENTO
FONTE: O AUTOR, (2013).
PERMITE –
INTEGRA-SE
COM O MATLAB
67
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E TRABALHOS FUTUROS
Este capítulo será destinado à considerações finais do trabalho, a contribuição
do estudo para o autor, aos trabalhos futuros e uma conclusão analítica do mesmo
para ver se este atendeu a todos os seus objetivos.
6.1 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para implementar o laboratório virtual, o autor seguiu vários padrões de
qualidades em programação no LabVIEW, seguiu as normas impostas pela
Universidade Federal do Paraná, no que diz respeito à estruturação da monografia.
Com as medidas citadas acima foi possível desenvolver o laboratório virtual
de Eletrônica de Potência em LabVIEW de maneira satisfatória, porém, no decorrer
do trabalho surgiram algumas dificuldades a serem superadas pelo autor, as quais
serão listadas a seguir com suas respectivas soluções.
a)
apresentação do código comentado e bem estruturado em LabVIEW.
Foi solucionado com a utilização dos blocos decorativos deste software
com os seus respectivos indicadores mostrando o que se trata em cada
bloco desenvolvido;
b)
desenvolver um ambiente que explore mais de um núcleo de
processador, para evitar perda de desempenho no laboratório virtual
desenvolvido. Foi solucionado com a utilização de mais de um while loop
do LabVIEW;
c)
implementação do ripple com transitório no circuito referente ao chopper
buck. Foi solucionado com a utilização de duas equações referentes a
este circuito desenvolvido;
d)
escrever a monografia dentro das normas da Universidade Federal do
Paraná, solucionado com o auxílio do sistemas online de bibliotecas da
UFPR, o qual continha trabalhos padronizados e as normas requeridas;
68
e)
escrever um manual operacional do software desenvolvido para este
trabalho de maneira simples e de fácil compreensão. Foi solucionado
com a utilização de figuras do laboratório virtual desenvolvido.
6.2 CONTRIBUIÇÕES DO ESTUDO
Além de contribuir para a formação acadêmica do autor e a obtenção do título
de Engenheiro Eletricista, este estudo ajudou nos seguintes aspectos.
a)
melhor compreensão da Eletrônica de Potência por parte do autor;
b)
conhecimento dos métodos mais comuns de estudo da Eletrônica de
Potência;
c)
aprimoramento das habilidades em LabVIEW;
d)
desenvolvimento de técnicas para digitação no WORD, como sumário
automático e lista de figuras;
e)
habilidades de comunicação com o orientador e professores da banca;
f)
desenvolvimento profissional do autor;
g)
competências que visão o controle de tempo e decisões a serem
tomadas no decorrer do trabalho;
h)
compreensão de como se escreve uma monografia.
6.3 TRABALHOS FUTUROS
No que diz respeito aos trabalhos futuros sobre o laboratório virtual de
Eletrônica de Potência surge as seguintes ideias.
a)
desenvolvimento de um inversor de altas frequências para ser
implementado em LabVIEW;
b)
aprimorar o laboratório virtual para adicionar mais circuitos nas
simulações;
c)
desenvolver um sistema para múltiplas resoluções do laboratório virtual;
69
d)
aprimorar o desempenho do laboratório virtual desenvolvido neste
projeto;
e)
incorporação de uma mydaq (interface que conecta o LabVIEW a um
sistema real) para realizar aulas práticas com componentes reais junto
com o laboratório virtual desenvolvido;
f)
realização de um curso de LabVIEW para alunos e professores da
Engenharia Elétrica na UFPR;
g)
implementar o laboratório virtual para outras áreas da Engenharia
Elétrica.
6.4 CONCLUSÃO
Com base nos resultados obtidos pelo desenvolvimento do laboratório virtual
de Eletrônica de Potência este trabalho atendeu aos seus objetivos, no que diz
respeito ao geral e aos específicos.
O primeiro dos objetivos específicos, o da construção do laboratório virtual em
LabVIEW, foi concluído com sucesso pelo fato de que o software foi desenvolvido de
forma completa no que compete a este trabalho.
O segundo objetivo específico, o de elaborar um roteiro para o ensino da
Eletrônica de Potência por meio deste laboratório virtual, foi concluído com sucesso,
uma vez que, a própria sequência em que foi elaborado este software e apresentado
na monografia segue o roteiro que foi definido no capítulo cinco deste trabalho.
O terceiro e quarto objetivos específicos, e que são destinado a comparações
dos resultados foi concluído por meio de duas tabelas comparativas, mostrando as
principais qualidades dos métodos atuais e o do laboratório virtual desenvolvido em
LabVIEW.
O objetivo geral, é de criar um ambiente computacional, para simular um
laboratório virtual de Eletrônica de Potência foi atendido com êxito, uma vez que, a
interface desenvolvida no projeto foi computacional e pode ser utilizada para
complementar uma aula laboratorial dessa ciência.
70
Por fim, este trabalho foi de grande importância para o autor, uma vez que,
permitiu a criação de vários trabalhos futuros que possam vir a se tornar uma pósgraduação em Engenharia Elétrica ou até uma dissertação de mestrado. Além disso,
a implementação do laboratório virtual desenvolvido em aulas práticas de Eletrônica
de Potência será um recurso que ajudará a contribuir para a formação acadêmica de
outros engenheiros que estudam na Universidade Federal do Paraná.
71
REFERÊNCIAS
RASHID, Muhammad H. Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos e
Aplicações. São Paulo: Makron, 1999
AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência. 1. ed. Editora: Prentice Hall, 2000.
ROLIM, Luis. G. B. Laboratório Modular de Eletrônica de Potência. Dissertação:
Universidade Federal do Rio de Janeiro, 1993.
CABRAL, Daniel S.O. Laboratório Modular de Eletrônica de Potência
Microprocessado. Dissertação: Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, 2008.
MACHADO, P.C.F.; CARMO, J. C.; OLIVEIRA, A.R.; FARIA, A. L. Educação em
Eletrônica de Potência: A problemática entre a teoria e a prática e a carência de
recursos laboratoriais. Leopoldina, Minas Gerais, 2011.
POMILIO, J.A. Eletrônica de Potência. Cap. 3, fevereiro de 1998, revisado em Julho
de
2009.
Disponível
em:
http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/apresent.pdf>. Acesso em:
06/11/2013.
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Disponível
em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Anexo:Lista_de_usinas_hidrel%C3%A9tricas_do_Brasil>
. Acesso em 03/11/2013.
MEHAR, F. A. H. MATLAB SimulationTechniques in Power Eletronics, Education
Society Students Activities Committee (EdSocSAC), v. 7, n. 4, dezembro de 2012.
SIMULINK.
Site
do
fabricante
do
Software.
Disponível
<http://www.mathworks.com/products/simulink/>. Acesso em: 17/11/2013.
em:
SIMULINK ON-RAMP. Site do fabricante do Software. Disponível em:
<https://www.mathworks.com/academia/student_center/tutorials/simulink/onramp/pla
yer.html>. Acesso em: 27/11/2013.
SEMIKRON. Site do fabricante do simulador online. Disponível
<http://semisel.semikron.com/Circuit.asp>. Acesso em: 27/11/2013.
em:
Eudora Energia. Site da empresa que disponibilizou o PSIM ao Brasil. Disponível em:
<http://www.eudora-energia.com.br/>. Acesso em: 27/11/2013.
72
SCHOOLTECH. Site do fabricante dos Kits didáticos de Eletrônica de Potência.
Disponível em: http://www.schooltech.com.br/prod_eletronica_poten.html>. Acesso
em: 27/11/2013.
LabVIEW
Brasil.
Site
da
National
Instruments.
<http://www.ni.com/video/3024/pt/>. Acesso em: 28/11/2013.
Disponível
em:
SANTOS, W. E. Introdução à Programação com LabVIEW. Curitiba Julho de 2007.
73
APÊNDICES
APÊNDICE 1 – MANUAL DE OPERAÇÃO DO LABORATÓRIO VIRTUAL .............74
APÊNDICE 2 - CÓDIGO DO PROGRAMA DESENVOLVIDO EM LabVIEW..............91
APÊNDICE 3 - AULA LABORATORIAL DE RETIFICADORES COM O SOFTWARE
DO LabVIEW..............................................................................................................93
74
APÊNDICE 1 – MANUAL DE OPERAÇÃO DO LABORATÓRIO VIRTUAL
MANUAL DE OPERAÇÃO DO LABORATÓRIO VIRTUAL LabEBM
75
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 76
2 INSTALAÇÃO DO SOFTWARE ............................................................................ 76
3 COMO OPERAR O LABORATÓRIO VIRTUAL .................................................... 77
3.1 OPERAÇÕES BÁSICAS DO LABORATÓRIO VIRTUAL .................................... 78
3.2 RETIFICADOR MONOFÁSICO MEIA ONDA ...................................................... 79
3.3 RETIFICADOR MONOFÁSICO ONDA COMPLETA ........................................... 80
3.4 RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO ............................................. 81
3.5 RETIFICADOR TRIFÁSICO SEMI-CONTROLADO ............................................ 82
3.6 RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO ............................. 83
3.7 CHOPPER........................................................................................................... 85
3.8 CHOPPER BUCK ................................................................................................ 87
3.9 INVERSOR DE FREQUÊNCIA ........................................................................... 89
4 CRÉDITOS ............................................................................................................. 90
76
1 INTRODUÇÃO
O laboratório virtual de Eletrônica de Potência está destinado a complementar
a formação de pessoas nessa área, deste modo este software apresenta vários
circuitos que foram modelados em LabVIEW. Portanto, este manual tem a finalidade
de ajudar ao usuário instalar e operar o simulador seguindo os próximos capítulos.
O programa desenvolvido apresenta os seguintes requisitos mínimos para o
bom funcionamento:
 Microsoft Windows Vista, 7, 8 e 8.1;
 Processador Dual core de 2 GHz;
 4 GB de memória RAM;
 Monitor com resolução 1920x1080 pixel.
2 INSTALAÇÃO DO SOFTWARE
Para instalar o programa basta seguir as seguintes instruções:
a)
abrir a pasta "Instalador do Executável";
b) executar e instalar o arquivo "setup";
c) seguir todas as etapas exigidas pelo instalador;
77
d) reiniciar o computador após a instalação (passo anterior);
e) voltar na pasta raiz do laboratório virtual e executar o arquivo "LabEBM"
para abrir-lo;
Após realizar a instalação do programa, o usuário pode realizar os testes
disponíveis no laboratório virtual de Eletrônica de Potência. No próximo capítulo será
abordado como operar este software.
3 COMO OPERAR O LABORATÓRIO VIRTUAL
O laboratório virtual foi dividido em abas, as quais contém as simulações
presentes no software LabEBM. Portanto, basta o usuário selecionar a aba desejada
para realizar seus estudos em Eletrônica de Potência.
78
3.1 OPERAÇÕES BÁSICAS DO LABORATÓRIO VIRTUAL
As operações básicas do laboratório virtual consistem nos botões de ação
presentes em todas as abas do software, tanto em controles, quanto em indicadores,
sendo estes detalhados pelas imagens a seguir.
Botão que inicia a execução dos circuitos simulados individualmente por aba.
Botão que para a execução dos circuitos simulados individualmente por aba.
Controle de velocidade das simulações.
Botão que reinicia o software com os valores padrões de fábrica (RESET).
Botão que encerra todo o laboratório virtual.
79
3.2 RETIFICADOR MONOFÁSICO MEIA ONDA
A figura abaixo representa o Retificador monofásico de meia onda:
Para executar o Retificador monofásico o usuário deve seguir as seguintes
etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “RETIFICADOR
MONOFÁSICO”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
Para alterar os parâmetros de tensão ou resistência, basta que sejam alterados
os seus respectivos controles no retificador de meia onda, idênticos as seguintes
imagens:
Controlador de tensão do Retificador monofásico.
Controle do valor da carga resistiva.
80
3.3 RETIFICADOR MONOFÁSICO ONDA COMPLETA
A figura abaixo representa o Retificador monofásico de onda completa:
Para executar o Retificador monofásico de onda completa o usuário deve
seguir as seguintes etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “RETIFICADOR
MONOFÁSICO ONDA COMPLETA”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
Para alterar os parâmetros de tensão ou resistência, basta que sejam alterados
os seus respectivos controles no retificador onda completa, idênticos as seguintes
imagens:
Controlador de tensão do Retificador monofásico.
Controle do valor da carga resistiva.
81
3.4 RETIFICADOR TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO
A figura abaixo representa o Retificador trifásico não controlado:
Para executar o Retificador trifásico não controlado o usuário deve seguir as
seguintes etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “RETIFICADOR
TRIFÁSICO NÃO CONTROLADO”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
Para alterar os parâmetros, como o número de pontes retificadoras em
paralelo ou a resistência, basta que sejam alterados os seus respectivos controles no
retificador trifásico não controlado, idênticos as seguintes imagens:
Controlador do número de pontes em paralelo.
Controle do valor da carga resistiva.
82
3.5 RETIFICADOR TRIFÁSICO SEMI-CONTROLADO
A figura abaixo representa o Retificador trifásico semi-controlado.
Para executar o Retificador trifásico semi-controlado o usuário deve seguir as
seguintes etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “RETIFICADOR
TRIFÁSICO SEMI-CONTROLADO”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
c) Selecionar o tipo de carga;
d) Selecionar o ângulo de disparo.
Para alterar os parâmetros, como o número de pontes retificadoras em
paralelo a resistência da carga, o tipo da carga e o valor do ângulo de disparo dos
tiristores, basta que sejam alterados os seus respectivos controles no retificador
trifásico semi-controlado, conforme as seguintes imagens:
Controlador do número de pontes em paralelo.
Controle do valor da carga resistiva.
83
Controle do ângulo de disparo.
Controle do tipo de carga.
3.6 RETIFICADOR TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO
A figura abaixo representa o Retificador trifásico totalmente controlado:
84
Para executar o Retificador trifásico totalmente controlado o usuário deve
seguir as seguintes etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “RETIFICADOR
TRIFÁSICO CONTROLADO”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
c) Selecionar o tipo de carga;
d) Selecionar o ângulo de disparo.
Para alterar os parâmetros, como o número de pontes retificadoras em
paralelo a resistência da carga, o tipo da carga e o valor do ângulo de disparo dos
tiristores, basta que sejam alterados os seus respectivos controles no retificador
trifásico totalmente controlado, conforme as seguintes imagens:
Controlador do número de pontes em paralelo.
Controle do valor da carga resistiva.
Controle do ângulo de disparo.
Controle do tipo de carga.
85
3.7 CHOPPER
A figura abaixo representa o Chopper:
Para executar o Chopper controlado o usuário deve seguir as seguintes
etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “CHOPPER”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
c) Selecionar a tensão de entrada;
d) Selecionar o tempos em que a chave conduz (ton) e não conduz (Toff).
Para alterar os parâmetros, como a tensão de entrada, os tempos de
condução do Chopper e a opção automática com o valor de tensão desejável na saída,
basta que sejam alterados os seus respectivos controles no Chopper, conforme as
seguintes imagens:
86
Controlador da tensão de entrada.
Controle dos tempos de condução e não condução da chave.
modo automático com o controle da tensão desejável.
87
3.8 CHOPPER BUCK
A figura abaixo representa o Chopper Buck:
Para executar o Chopper Buck controlado o usuário deve seguir as seguintes
etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “CHOPPER BUCK”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
c) Selecionar a tensão de entrada;
d) Selecionar os tempos em que a chave conduz (ton) e não conduz (Toff).
Para alterar os parâmetros, como a tensão de entrada, os tempos de
condução do Chopper, os valores das cargas, o tipo de gráfico (Ripple ou Vout), a
adição ou não de um filtro passa baixas e a opção automática com o valor de tensão
desejável na saída, basta que sejam alterados os seus respectivos controles no
Chopper Buck, conforme as seguintes imagens:
88
Controlador da tensão de entrada.
Controle do valor da carga resistiva, indutiva e capacitiva.
Controle dos tempos de condução e não condução da chave.
modo automático com o controle da tensão desejável..
Ativa o Filtro passa baixas.
Habilita o gráfico somente do Ripple.
89
3.9 INVERSOR DE FREQUÊNCIA
A figura abaixo representa o Inversor de Frequência:
Para executar o inversor de frequência o usuário deve seguir as seguintes
etapas:
a) Selecionar na aba do laboratório virtual a opção “INVERSOR DE
FREQUÊNCIA”;
b) Clicar no botão de ação “PLAY”.
c) Selecionar a frequência desejada;
d) Selecionar o ângulo de disparo dos tiristores.
No circuito inversor de frequência apresentado no laboratório virtual de
Eletrônica de Potência apenas o ângulo de disparo e o valor da frequência são
ajustáveis para o usuário, conforme as seguintes imagens:
90
Controlador da frequência do conversor CC-CA.
Controle do ângulo de disparo.
4 CRÉDITOS
91
APÊNDICE 2 – CÓDIGO DO PROGRAMA DESENVOLVIDO EM LabVIEW
92
APENDICE 3- AULA LABORATORIAL DE RETIFICADORES COM O
SOFTWARE DO LabVIEW
ROTEIRO PARA O EXPERIMENTO DE RETIFICADOR TRIFÁSICO
CONTROLADO EM LabVIEW
1 OBJETIVOS

Verificar o comportamento de um retificador trifásico totalmente controlado
conforme altera-se o ângulo de disparo dos tiristores.

Verificar a tensão sobre os SCRs conforme altera-se o ângulo de disparo.

Verificar o valor da tensão média na saída do retificador conforme altera-se o
ângulo de disparo.

Verificar a sequência de condução dos SCRs.
2 PASSOS PARA A REALIZAÇÃO DO EXPERIMENTO
Para a orientação do funcionamento do laboratório virtual em LabVIEW é
recomendado ler o manual de operação do software.
a) Abrir a aba escrita Retificador Trifásico Controlado;
b) Clicar na opção PLAY disponível no software;
93
c) Colocar o controle do ângulo de disparo em 0 (zero) graus;
d) Verificar o gráfico da tensão sobre o Tiristor 1, alterando a opção carga da saída
para tensão sobre o SCR;
94
e) Verificar o gráfico sobre a carga para o ângulo de disparo de 0 (zero) graus;
f) Anotar a sequência de condução dos SCRs, verificando a sequência em que
os LEDs piscam no desenho do circuito elétrico;
95
g) Alterar os valores da carga resistiva e analisar a potência média na carga.
3 COLETA DE DADOS
a) Coletar os dados expressos pelo software para preencher a tabela seguinte
com os ângulos de disparo em zero, 30, 45, 90 e 180 graus.
96
Ângulo de
Valor da
Tensão média de
Potência
Corrente
disparo
carga
saída do retificador
na carga
na carga
0°
10Ω
297 Volts
8825,96 W
29,70 A
30°
10Ω
257 Volts
6619,47 W
25,72 A
45°
10Ω
210 Volts
4412,98 W
21,00 A
90°
10Ω
0 Volts
0W
0A
180°
10Ω
-297 Volts
8825,96 W
29,70 A
b) Observar a sequência de condução dos Tiristores e anota-la abaixo:
_________________________________________________________________
c) Analisando o software utilizado para este experimento, monte um esboço do
gráfico de tensão sobre o SCR número 1 para o ângulo de 45 graus.
d) Com base no programa, fazer o esboço do gráfico de tensão da carga na saída
do retificador para o ângulo de 90 graus.
e) Clique na opção “Carga Resistiva” e mude-a para “Carga indutiva” e verifique
o comportamento do sinal de tensão na saída do retificador para os ângulos de
disparo de 30°, 60°, 70°, 80°, 90° e 120° e elabore uma justificativa para o
comportamento da tensão na carga quando ela é indutiva.
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______________________________________________________________
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