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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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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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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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
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(a) (b)
Figura 4.6
(a) (b) (c)
Figura 4.7
Figura 4.8
22
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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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