Recorte este cabeçalho e anexe ao seu relatório.€¦ · Recorte este cabeçalho e anexe ao seu...
12
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011 Nome: ________________________________ Realizado em: ____/____/____ Nome: ________________________________ Entregue em: ____/____/____ Nome: ________________________________ EXPERIÊNCIA 3 Nome: ________________________________ NOTA: ___________________ Recorte este cabeçalho e anexe ao seu relatório. Experiência 3 pág. 1 de 12 Experiência 3 Retificador de Onda Completa Objetivo Nesta experiência ver os princípios básicos de simulação e utilizar o simulador para testar um retificador de onda completa. Vamos obter as formas de onda e calcular os valores fundamentais do conversor. Procedimento Abra o software Capture na pasta OrCAD Release 9 (ou 9.1, ou 9.2). Ao abrir o programa, você será conduzido à seguinte tela. Figura 1 – Tela inicial.
Transcript of Recorte este cabeçalho e anexe ao seu relatório.€¦ · Recorte este cabeçalho e anexe ao seu...
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Nome: ________________________________ Realizado em: ____/____/____
Nome: ________________________________ Entregue em: ____/____/____
Nome: ________________________________ EXPERIÊNCIA 3
Nome: ________________________________ NOTA: ___________________ Recorte este cabeçalho e anexe ao seu relatório.
Experiência 3 pág. 1 de 12
Experiência 3 Retificador de Onda Completa Objetivo
Nesta experiência ver os princípios básicos de simulação e utilizar o simulador para testar um retificador de onda completa. Vamos obter as formas de onda e calcular os valores fundamentais do conversor.
Procedimento
Abra o software Capture na pasta OrCAD Release 9 (ou 9.1, ou 9.2). Ao abrir o programa, você
será conduzido à seguinte tela.
Figura 1 – Tela inicial.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 2 de 12
Para criar um novo projeto, escolha no menu File → New → Project..., conforme mostra a figura 2.
Figura 2 – Abrindo um novo projeto
Entre as opções de novo projeto mostradas na figura 3, podemos realizar uma PCB, uma
simulação, um projeto em lógica programável ou apenas um esquemático. Selecione a opção Analog or Mixed Signal Circuit Wizard para desenhar o esquema elétrico e realizar a simulação. Coloque um nome (sem espaços e/ou caracteres especiais) no campo Name e escolha a área onde o projeto será salvo no item Location. Atenção:
Escolha uma área em que o grupo tenha acesso aos arquivos nas próximas aulas. Como segurança, ao final da aula também salve o projeto no seu pen-drive.
Figura 3 – Escolhendo o novo projeto
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 3 de 12
Se aparecer uma caixa de diálogo pedindo para incluir as bibliotecas de componentes, conforme mostra a figura abaixo, selecione as seguintes bibliotecas: ANALOG, SOURCE e BREAKOUT.
Figura 4 – Escolhendo as bibliotecas de componentes.
A área de trabalho irá aparecer em seguida, assim como a árvore da hierarquia do circuito. Nós
trabalharemos somente com a área de trabalho e com os ícones disponíveis nas barras horizontal e vertical. Para desenhar o circuito utilizaremos os ícones apontados pelas setas na figura 5.
Figura 5 – Menu vertical para trabalhar no circuito.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 4 de 12
A função de cada um dos ícones apontados está descrita na tabela a seguir.
Insere um novo componente na área de trabalho. Se o componente não estiver disponível nas bibliotecas já inseridas, adicione uma nova biblioteca clicando em . Escolha a biblioteca a partir da lista que será mostrada e clique Open.
Faz a conexão entre um componente e outro. Para realizar uma curva de 90º, basta dar um clique no local desejado.
Insere o terminal de terra. Escolha sempre a opção 0/SOURCE na caixa de diálogo que aparecer
Monte o circuito mostrado a seguir na figura 6. Primeiro, insira os componentes clicando no
ícone e buscando um componente de cada vez na janela de componentes mostrada na figura 7, com exceção do terra. Se for necessário rotacionar um componente, aperte a tecla R quantas vezes forem necessárias. A tecla ESC pára de inserir o componente.
Você irá localizar os componentes da figura 6 nas seguintes bibliotecas:
Fonte VSIN na biblioteca SOURCE.
Indutor L na biblioteca EVAL ou BREAKOUT.
Resistor R na biblioteca ANALOG.
Diodo Dbreak na biblioteca BREAKOUT.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 5 de 12
Arranje os componentes na tela, conforme mostrado na figura 6. Depois, clique no ícone para conectar corretamente os componentes, conforme a figura 6. Por fim, insira o terra clicando em
.
Figura 6 – Circuito a ser testado.
Figura 7 – Inserindo novos componentes.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 6 de 12
Dê um duplo-clique sobre o símbolo da fonte senoidal para configurar a sua operação. Configure os seguintes parâmetros:
AC = 0 Tensão para simulação AC (não faremos) DC = 0 Tensão para simulação DC (não faremos) FREQ = 50 Frequência do sinal em hertz. PHASE = 0 Fase em graus. TD = 0 Atraso em relação ao t = 0s VAMPL = 100 Amplitude em volts. VOFF = 0 Deslocamento (offset) em volts.
Para o resistor, o único parâmetro que deve ser configurado é o parâmetro VALUE = 10 (em
ohms) e para o indutor, considere um valor desprezível nesse momento (10n, por exemplo). Salve todo o seu projeto clicando em File → Save.
Agora vamos simular o circuito. Para simular o circuito utilizaremos os ícones apontados pelas setas na figura 8. A função de cada um dos ícones apontados está descrita na tabela a seguir.
Configura a simulação.
Inicia a simulação.
Seleciona a tensão de nó (em relação ao terra) que será mostrada no gráfico. Sempre coloque a ponteira no pino do componente. Para rotacionar a ponteira pressione a tecla R quantas vezes forem necessárias.
Seleciona a corrente no ramo que será mostrada. Sempre coloque a ponteira no pino do componente. Para rotacionar a ponteira pressione a tecla R quantas vezes forem necessárias.
Seleciona a diferença de tensão entre dois pontos do circuito que será mostrada no gráfico.
Figura 8 – Menu horizontal para simulação.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 7 de 12
Clique no ícone e configure o campo Name da figura abaixo com um nome para a sua simulação (não use espaços e/ou caracteres especiais). Clique em Create.
Figura 9 – Nomeando uma nova simulação.
A janela de configuração da simulação, semelhante à figura a seguir, irá se abrir. Configure os
campos Run to Time = 200m, Start saving data after = 100ms e Maximum step size = 1u. Clique em OK.
Figura 10 – Configurando a simulação.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 8 de 12
Escolha os pontos de medidas desejados. Use o ícone para medir a tensão na fonte e para medir a tensão na carga, conforme a figura 11.
Figura 11 – Circuito com os pontos de teste.
Pressione o ícone . Se estiver tudo correto, a seguinte janela irá abrir e indicará que a simulação está ocorrendo (veja a seta indicando Simulation running...).
Figura 12 – Janela de resultado da simulação.
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 9 de 12
As figuras 13 e 14 mostram alguns dos recursos disponíveis na janela de simulação.
Figura 13 – Recursos da janela de simulação.
Figura 14 – Recursos da janela de simulação.
Inicialmente o programa mostra todas as curvas no mesmo eixo. Para separar os gráficos, use o
menu Plot → Add Plot to Window. Um novo eixo será criado. Clique com o mouse sobre nome do sinal que você que colocar no novo eixo (ao clicar sobre o nome do sinal, o nome fica vermelho). Pressione
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 10 de 12
Ctrl-X, clique com o mouse no espaço vazio do novo eixo e pressione Ctrl-V. O sinal desejado deve aparecer no novo eixo. Use esse procedimento para separar os sinais de corrente dos sinais de tensão.
O resultado final deve ser algo semelhante à figura 15.
Figura 15 – Resultado da simulação.
Salve novamente o seu projeto clicando em File → Save.
Atenção:
Para manter um back-up dos arquivos de simulação em seu pen-drive basta gravar os arquivos de extensão .DSN, .OPJ e .SIM.
A) Com base nos gráficos responda as seguintes questões: Apresente os gráficos da corrente na carga, tensão na carga e tensão na fonte. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor
como VDon). Use os recursos do gráfico para calcular a tensão média. Preencha a tabela abaixo com esse valor e
compare com o valor esperado (teórico). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor
e compare com o valor esperado (teórico).
Corrente
Tensão
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 11 de 12
Carga R: Simulador Carga R: Calculado
VMED IMED VMED IMED
B) Deixe apenas o gráfico da tensão na carga e obtenha o espectro. Use o
ícone para obter o espectro. A partir do gráfico, obtenha os valores da tabela abaixo e verifique se estes estão de acordo com a teoria.
Carga R: Simulador Carga R: Calculado
ffund VL1ef VL2ef VL3ef ffund VL1ef VL2ef VL3ef
C) Altere o valor da indutância para 100mH. Responda as questões abaixo: Apresente os gráficos da corrente na carga, tensão na carga e tensão na fonte. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor
como VDon). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor
e compare com o valor esperado (teórico). Meça o valor pico a pico do ripple e apresente o seu valor eficaz (suponha que o ripple seja causado
por uma oscilação puramente senoidal na frequência da primeira harmônica da tensão na carga). Preencha a tabela abaixo com o valor do ripple da corrente. Compare com a teoria.
Carga RL: Simulador Carga RL: Calculado
IMED IAC = IRIPPLE IMED IAC = IRIPPLE
EINSTEIN Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011
Experiência 3 pág. 12 de 12
D) Calcule qual deve ser a indutância para obtermos um ripple de 350mA. Responda as questões abaixo:
Apresente o gráfico da corrente na carga. Apresente o espectro da corrente na carga. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor
como VDon). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor
e compare com o valor esperado (teórico). Usando o espectro obtido no simulador, meça o valor eficaz do ripple da corrente de carga. (suponha
que o ripple seja causado por uma oscilação puramente senoidal na frequência da primeira harmônica da tensão na carga). Compare esse valor com o valor esperado.
Carga RL: Simulador Carga RL: Calculado
L IMED IAC = IRIPPLE IMED IAC = IRIPPLE
E) A partir dos dados do item anterior mostre que IMED ≅ IRMS.
Relatório
Faça um relatório apresentando as respostas de todas as questões acima e as tabelas
preenchidas. Mostre os seus cálculos e justifique as suas contas. Faça uma análise comparativa entre os resultados das simulações com carga R e RL e compare com os resultados teóricos esperados quando solicitado. Apresente justificativas sobre as possíveis diferenças encontradas.
Coloque no relatório TODOS as simulações (formas de onda) solicitadas.
