PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DIGITAL PARA O ACIONAMENTO DE MOTORES COM ALIMENTAÇÃO PWM Seerino José do Nascimeno Irmão Recife, de Noembro de 00

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS- GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DIGITAL PARA O ACIONAMENTO DE MOTORES COM ALIMENTAÇÃO PWM Por Seerino José do Nascimeno Irmão Disseração apresenada ao programa de Pós-Graduação em Engenharia Elérica da UFPE como um dos requisios à obenção do íulo de Mesre Orienador : Dr. Eurico Bezerra de Souza Filho Co-Orienador : Dr. Francisco A. S. Nees Recife, de Noembro de 00

3 DEDICATÓRIA A Deus, A meus pais José Manoel do Nascimeno e Leonice Ales do Nascimeno.

4 AGRADECIMENTOS Ao professor Eurico Bezerra de Souza Filho pela orienação, apoio, compreensão e incenio imprescindíeis à realização dese rabalho. Ao professor Francisco A. S. Nees, pelo apoio, incenio e aliosas sugesões. Ao professor Edal J. A. Sanos pelas aliosas conribuições écnicas na realização da pare experimenal e imporane paricipação para que os resulados experimenais obiessem sucesso. Ao professor Albero Mesquia pela aliosa conribuição no desenolimeno do sofware para a implemenação da proposa. A odos os professores, funcionários e amigos que, esando ao nosso lado, conribuíram de forma direa ou indirea para a realização dese rabalho. Ao LDN e ao DEESP por disponibilizar a infra-esruura de laboraório e maerial necessário a realização dos experimenos. A CAPES e PROCAD pelo apoio financeiro. De forma especial aos meus pais pelo grande apoio que me foi concedido e a minha noia Adenilza, pelo carinho, compreensão e incenio.

5 RESUMO Ese rabalho apresena a implemenação de uma écnica de modulação eorial araés da modulação escalar digial. A parir da escolha do alor de um parâmero de conrole deerminado por sofware é possíel alerarmos o alor de aplicação dos empos de roda lire, conrolando assim os ineralos de empo de fechameno das chaes no inersor rifásico. Esa écnica é implemenada com o uso de conadores digiais, programados araés de um PLD que possibilia uma monagem mais compaca e práica, o que implica em uma placa de inerface digial (placa PWM para geração de sinais modulados por largura de pulso apresenada de forma mais enxua, desenolida com o objeio de promoer a inerface enre o microcompuador PC e o inersor rifásico. Por fim, são apresenados os resulados experimenais correspondenes a aplicação de eses na bancada de acionamenos, formada pelo conjuno inersor ( inersor + reificador onde são adquiridos os sinais de correne de fase na saída do inersor.

6 ÍNDICE AGRADECIMENTOS... iii RESUMO...i LISTA DE SÍBOLOS... ii LISTA DE FIGURAS...ix. INTRODUÇÃO... ORGANIZAÇÃO DO TEXTO.... TÉCNICAS DE MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO INTRODUÇÃO PRINCÍPIO DA MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO PRINCÍPIO DE MLP BASEADO EM UM SINAL DE ONDA PORTADORA PADRÃO DE CHAVEAMENTO MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO ATRAVÉS DE AMOSTRAGEM NATURAL MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO REGULAR SIMÉTRICO MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO REGULAR ASSIMÉTRICO MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO BASEADA NO ESPAÇO VETORIAL MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO REGULAR TRIFÁSICO SIMÉTRICO PRINCÍPIO DA IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA DE MLP VETORIAL ATRAVÉS DE UM MÉTODO DE MLP ESCALAR CONCLUSÃO...4. ADIÇÃO DE º HARMÔNICO A SINAIS MODULANTES...5. INTRODUÇÃO...5. EFEITO DA ADIÇÃO DE COMPONENTES DE SEQUÊNCIA ZERO...5. EFEITO DA INJEÇÃO DE º HARMÔNICO SOBRE A TENSÃO DE FASE CONCLUSÃO PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE UMA TÉCNICA DE MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO INTRODUÇÃO RESUMO TEÓRICO GERAÇÃO DE INTERVALOS DE TEMPO τ * a, τ * b e τ * c QUE QUANDO CARREGADOS, SÃO CAPAZES DE PRODUZIR PADRÕES CORRESPONDENTES AOS DA MLP VETORIAL GERAÇÃO DE UM PADRÃO DE CHAVEAMENTO QUALQUER A PARTIR DA ESCOLHA DO VALOR DE µ IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA EM HARDWARE CONCLUSÃO...5

7 5. INTERFACE PWM PARA PC INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES DA INTERFACE CIRCUITO INTEGRADO O CIRCUITO INTEGRADO 74LS CIRCUITO INTEGRADO EPM78SLC84-7 DA ALTERA FUNCIONAMENTO DA INTERFACE PROGRAMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA INTERFACE IMPLEMENTAÇÃO DO CIRCUITO PROPOSTO NO PLD IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA PROPOSTA COM O USO DA INTERFACE PWM PARA PC RESULTADOS DE SIMULAÇÕES RESULTADOS EXPERIMENTAIS RESULTADOS ADQUIRIDOS NA SAÍDA DA PLACA DE INTERFACE PWM RESULTADOS DE SIMULAÇÃO DE CORRENTE NO MOTOR RESULTADOS EXPERIMENTAIS CONCLUSÃO...7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...7 APÊNDICE...74 A. DADOS DO CONJUNTO INVERSOR...74 B. MOTOR DE INDUÇÃO...74 ANEXO I...75 PERIFÉRICO DE INTERFACE PROGRAMÁVEL 855 ANEXO II...8 DECODIFICADOR 74LS8 ANEXO III...84 DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DA INTERFACE PWM ANEXO IV...86 ESQUEMA DE LIGAÇÃO DO CONJUNTO INVERSOR TRIFÁSICO ANEXO V...88 ESQUEMA DE LIGAÇÃO DO DRIVER SKHI

8 LISTA DE FIGURAS Figura. (a Circuio Simplificado de um inersor de frequência e disposição dos eores de ensão (b Esruura real de um braço do inersor...4 Figura. (a Braço de um inersor de frequência (b Comporameno das ensões io na saída do inersor...6 Figura. Tensão de referência aproximada por uma onda média em degraus...7 Figura.4 (a Diagrama de blocos (b Sinais de referência e sinal da onda poradora...9 Figura.5 Deerminação dos insanes de chaeameno...9 Figura.6 (a Referências senoidais comparadas com a poradora riangular (b Padrão de chaeameno descrio pela descida da poradora...0 Figura.7 - (a Cura - Onda poradora ( po ( ; Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a, S ( (c Tensão normalizada de saída do inersor ao (/E... Figura.8 - (a Cura - Onda poradora ( po ( e um sinal de referência qualquer ref (;... Figura.9 - (a Cura - Onda poradora riangular ( po ( Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( = V m sen(w Cura Sinal de amosragem da onda modulane ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a (c Tensão de saída do inersor ao (...4 Figura.0 - (a Cura - Onda poradora riangular ( po ( Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( = V m sen(w Cura Sinal de amosragem da onda modulane ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a (c Tensão de saída do inersor ao (...5 Figura. (a Especro de frequência da ensão de saída V ao para um período de amosragem igual ao período de Chaeameno (b Especro de frequência da ensão de saída V ao para um período de amosragem igual a meade do período de Chaeameno...6 Figura. Inersor Trifásico com chaes ideais...7 Figura. Represenação de ensões insanâneas no plano abc....7 Figura.4 Represenação de eor resulane no plano αβ...8 Figura.5 - Veores de ensão gerados pelo inersor rifásico...9 Figura.6 Veor de referência r sineizado no seor I...9 Figura.7 Padrões de chaeameno para obenção do eor V r...0 Figura.8 Padrões de chaeameno para obenção do eor V r no seor I...0 Figura.9 a Tensão média ao na saída do inersor b Tensão de linha...4 Figura.0 Disposição do eor espacial girane de ampliude consane no inerior do hexágono...4 Figura. Disposição do eor αβ no seori....5 Figura. a Tensão de referência (em pu resulane da modulação senoidal b Tensão de linha(em pu na saída do inersor ctensão de referência (em pu resulane da modulação eorial d Tensão de linha(em pu na saída do inersor...6 Figura. Aumeno linear referene ao comporameno da aplicação das modulações senoidal e eorial...6 Figura.4 (a Especro de frequência para a ensão Vab adquirida na Modulação Senoidal com m=. e E = V (b Especro de frequência para a ensão Vab adquirida na Modulação Veorial com m =. e E = V...7 Figura.5 Inersor rifásico com chaes ideais...8 Figura.6 Técnica de MLP Regular Trifásico Simérico...9 Figura.7 Ordenação dos eores aios...0 Figura.8 (a Braço de um inersor de frequência

9 (b Comporameno das ensões io na saída do inersor... Figura.9 Saída digial dos empos T i para os ângulos 0º, 0º e 60º... Figura.0 Tensões de referência para a geração dos sinais na modulação escalar digial.... Figura. - Sinal modulane com adição de de harmônico e a fundamenal da ensão de linha...5 Figura. Comporameno do ângulo θ em função da razão q....6 Figura. - Comporameno do índice de modulação m em função da razão q...7 Figura.4 Linearização da equação ( Figura.5 (a Tensões de saída, referência e de Linha do inersor em por unidade (b Tensões de saída, referência e de Linha do inersor em por unidade Com base E/, quando uilizada a écnica com injeção de harmônico segundo a equação proposa (c Especro de frequência da ensão de linha quando uilizada a écnica de MLP Senoidal (d Especro de frequência da ensão de linha quando uilizada a écnica com injeção de harmônico segundo a equação proposa...8 Fig.6 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão de referência senoidal : (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene....9 Fig.7 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão de referência co-senoidal com a inrodução de ¼ da erceira harmônica (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene. 40 Fig4.9 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão co-senoidal com a inrodução da erceira harmônica cuja ampliude é calculada de al forma que a onda disorcida ainja o alor máximo igual a pu : (a Tensão Vao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão Vno. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão Vab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de Vao,, Van e Vab das figuras (a, (b e (c respeciamene Fig.8 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão co-senoidal com a inrodução da erceira harmônica cuja ampliude é calculada de al forma que a onda disorcida ainja o alor máximo igual a pu : (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene Fig.9 - Modulação digial escalar gerada usando a écnica de modulação eorial com µ = 0.5: (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene....4 Fig..0 (a Comporameno da DHT referene a ensão fase neuro ( an de odas as écnicas apresenadas

10 (b Comporameno da DHT referene a ensão fase fase ( ab de odas as écnicas apresenadas...4 Figura 4. Saída digial desenolida Para o seor I...4 Figura 4. ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 60Hz ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de 0.0 e a respecia fundamenal ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A...44 Figura 4. ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 0Hz ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal. ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A...44 Figura Padrão de chaeameno resulane para o seor I...45 Figura 4.5 ( a Padrão de chaeameno resulane para o seor I ( b Padrão de chaeameno resulane para o seor II ( c Padrão de chaeameno resulane para o seor III...45 Figura 4.6 ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 60Hz ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A...46 Figura 4.7 ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 0Hz ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A...46 Figura 4.8 Padrão de chaeameno...47 Figura (a Sinal modulane não senoidal para µ =0.5 (b Sinal modulane não senoidal para µ =0...5 Figura 4.0 Fluxograma proposo...5 Figura 5. Diagrama de blocos do Figura 5. Definição do modo de operação...56 Figura 5. Esquema de ligação do 74ls8 e 855 ao barrameno ISA...58 Figura 5.4 Configuração modo Figura 5.5 Diagrama lógico do circuio de conagem dos empos resulanes do cálculo proposo nese rabalho referene a fase A....6 Figura 5.6 Diagrama lógico do circuio de conagem dos empos resulanes do cálculo proposo nese rabalho referene as fases A(S,B(S e C(S Figura 5.7 Funções de chaeameno geradas por conadores programáeis durane um período de chaeameno...64 Figura 5.8 Simulação dos sinais de saída do FPGA...65 Figura 5.9 ( a Padrão de chaeameno não espelhado adquirido da fase A ( b Padrão de chaeameno espelhado( Padrão proposo adquirido na fase A ( c Padrão de chaeameno espelhado( Padrão proposo adquirido na fase B ( d Padrão de chaeameno espelhado( Padrão proposo adquirido na fase C...66 Figura 5.0 ( a Correne no moor resulane da implemenação do padrão simples para f = 5Hz ( b Correne no moor resulane da implemenação do padrão simples para f = 0Hz ( c Correne no moor resulane da implemenação do padrão simples para f = 60Hz...67 Figura 5. ( a Correne no moor resulane da implemenação do padrão proposo para f = 5Hz ( b Correne no moor resulane da implemenação do padrão proposo para f = 0Hz ( c Correne no moor resulane da implemenação do padrão proposo para f = 60Hz...68 Figura 5. ( a Correne no moor resulane da implemenação da modulação eorial clássica para f = 0Hz ( b Correne no moor resulane da implemenação da modulação eorial clássica

11 para f = 60Hz...69 Figura 5. ( a Correne no moor resulane da implemenação do padrão simples para f = 0Hz ( b Correne no moor resulane da implemenação do padrão simples para f = 60Hz...70 Figura 5.4 ( a Correne no moor resulane da implemenação do padrão proposo para f = 0Hz ( b Correne no moor resulane da implemenação do padrão proposo para f = 60Hz...7

12 LISTA DE SÍBOLOS PARÂMETROS E VARIÁVEIS S (, S (, S ( : Funções de chaeameno das fases a, b e c V ao (, V bo (, V co ( : Tensões de saída do inersor E : Tensão de enrada CC do inersor V an, V bn, V cn : Tensões de fases do inersor V no : Tensão enre o neuro da carga e o pono cenro da enrada CC do inersor. P : Transformação que relaciona as ensões de saída com as ensões de fase do inersor L : Transformação que relaciona as ensões de saída com as ensões de linha do inersor ab, bc, ca : Tensão de linha do inersor ref (, ref an bn (, ref cn (: Tensões de referência senoidais. V po ( : Sinal de ampliude da onda poradora. V k : k-ésimo eor de ensão, k = 0,,,...,7. h : Componene de ensão de sequência zero. V md : Veor ensão médio(de referência. I sa (, I sb (, I sc ( : Correne de fase na saída do inersor. : Tempo em segundos 00, 0 : Ineralos de aplicação dos eores nulos h : Ineralo de aplicação das componenes de sequência zero. DHT : Disorção Harmônica Toal. MLP : Modulação em Largura de Pulso. q : Percenual de disorção de harmônico. STO : Segmeno de Tensão Ordenada. ion : Ineralo de empo em que uma chae do inersor permanece fechada off : Ineralo de empo em que uma chae do inersor permanece abera T a : Período de amosragem

13 f m : Frequência do sinal modulane T ch : Período de chaeameno m : índice de modulação T po : Período da onda poradora f po : Frequência da onda poradora R : Razão de frequência, f m /f po LETRAS GREGAS τ, τ : Ineralos de aplicação dos eores aios τ, τ e a b τ c : Ineralo de empo em que as chaes S, S e S do inersor permanecem fechadas. µ : Razão de disribuição dos eores nulos. α : Coordenada real do plano complexo. β : Coordenada real do plano imaginário. SUBSCRITOS a, b, c : Relaio às fases do sisema abc. α, β : relaio às fases do sisema de referência esacionário. ao, bo, co : Relaio às fases do sisema em relação ao pono o do inersor. max : Valor máximo. mín : Valor mínimo. m : Referene ao sinal modulane. h : Refere-se a componene de sequência zero. SIGLAS CC : Correne Conínua CA : Correne Alernada.

14 . INTRODUÇÃO Durane um longo empo, as máquinas de correne conínua (CC predominaram na área de acionamenos eléricos a elocidade ariáel, iso deido a apresenar facilidade de conrole desacoplado de fluxo e conjugado. Por ouro lado, o seu alo cuso, manuenção excessia e ouras desanagens, learam a indúsria à procura de soluções que empregassem máquinas de correne alernada. Os moores de correne alernada (CA apresenam uma série de anagens sobre os moores CC: baixa necessidade de manuenção, ausência de escoas comuadoras, ausência de faiscameno, cuso inferior, faixa de elocidade de roação superior, menor inércia, menor relação peso/poência. Apesar dos moores de indução apresenarem essas anagens, é sabido que nos mesmos as correnes de esaor são responsáeis por gerar o fluxo magnéico e o conjugado, dificulando um conrole desacoplado de orque e de fluxo assim como é realizado em máquinas CC. Além disso, os moores de indução apresenam uma modelagem mais complexa do que as de CC. Deido a esas razões, houe uma busca inensa de méodos adequados para efeuar o conrole de elocidade no moor de indução, aé que por ola dos anos 70, foram proposas esraégias de conrole eorial. A implemenação dessas écnicas exigia o uso de uma fone de alimenação para o moor que possibiliasse a imposição de ensões insanâneas às fases da máquina, bem como algorimos complexos de conrole. O desenolimeno da elerônica digial, das écnicas de conrole por compuador e da elerônica de poência, com o surgimeno de inersores de ensão com modulação por largura de pulso (MLP, permiiu a implemenação das esraégias de conrole eorial de moores de indução. Algumas dessas esraégias de conrole já esão presenes em sisemas de acionameno disponíeis comercialmene. Nas primeiras pesquisas que enoleram a geração de sinais MLP, uilizou-se de um sinal de onda riangular e se deerminou que a parir da inerseção desa onda com um sinal de referência, eram gerados insanes de chaeameno. Esa écnica, proposa por Schönung e Semmler(964 e denominada de modulação por largura de pulso por amosragem naural, apresenou desanagens quano à sua implemenação digial por exigir um esforço compuacional eleado, assim como inconenienes do pono de isa operacional, quano ao uso de ferramenas de elerônica analógica no conrole de MLP, enão associados aos efeios érmicos, olerâncias e imprecisões dos componenes. Broeck (988 propôs a écnica de MLP Veorial, uma écnica que não mais se uiliza do sinal de onda riangular e sim do cálculo dos insanes de empo de chaeameno araés de equações manipuladas por um sofware responsáel pelo processameno maemáico das mesmas. Esa écnica, além de apresenar anagens sobre as aneriores, dias écnicas de MLP Senoidal, anagens esas com relação ao ganho de ensão fundamenal de linha e redução do coneúdo harmônico da correne de saída do inersor, ambém abre um leque que possibilia a criação de algorimos de conrole implemenados a parir de um sofware araés de um processameno maemáico. No mesmo ano, Seixas (988 propôs enão uma écnica para impor as ensões fase - neuro médias na saída do inersor, com neuro isolado. Foram desenolidas equações para deerminar o alor dos insanes de empo de chaeameno, onde se preocupou em ober um algorimo que resulasse em uma simples implemenação e que implicasse em um baixo esforço compuacional.

15 C. B. Jacobina e al. (00 propuseram enão a implemenação da écnica de modulação eorial araés de uma écnica escalar digial. A obenção dos ineralos de empo de chaeameno seriam araés da implemenação de algorimos cujo processameno maemáico seria execuado por um microprocessador. De uma maneira geral, alguns pesquisadores como C. B. Jacobina, A. M. N. Lima, A. R.C da Sila, R. N. C. Ales, P. F. Seixas, Van der Broeck, S. R. Bowes, êm mosrado ineresse na idéia de araés de um algorimo simples e com reduzido esforço compuacional implemenar a écnica de MLP Veorial. Alguns ouros méodos implicam na adição de componenes de sequência zero aos sinais de ensão de referência (Ales,998; Jacobina, e al.,997. Bowes (997 propôs em seu rabalho a implemenação da modulação em largura de pulso eorial araés da écnica de modulação em largura de pulso regular assimérico, araés da injeção de componenes de sequência zero às equações que regem esa écnica de modulação. Denre esas pesquisas, Bowes na publicação de seu arigo (Simple Microprocessor Implemenaaion of New Regular-Sampled Harmonic Eliminaion PWM Techniques, Propõe uma écnica de eliminação de harmônicos uilizando-se de um processo microprocessado, o que implica na aberura de um leque para o emprego de arquieura de sofwares para eliminação de harmônicos, e consequenemene na diminuição da DHT( Disorção Harmônica Toal de uma grandeza de ineresse. Ese rabalho aborda uma proposa de implemenação da MLP eorial araés de uma écnica escalar aplicada de uma forma digial. Os ineralos de empo de chaeameno são adquiridos ia sofware onde para isso, é proposo um algorimo de simples aplicação e que possibilia a implemenação de diersas écnicas de modulação, inclusie a modulação eorial com base na modulação escalar. É definida enão uma grandeza denominada de µ que represena a parcela de empo da aplicação do eor V 7 do empo de aplicação do eor nulo oal (roda lire e moniorada por sofware. Os noos empos da chae são carregados enão em um imer. Esse imer é programado em um disposiio PLD empregado em um carão de inerface digial. Esse carão é desinado para o inerfaceameno de um microcompuador PC com um inersor rifásico com o objeio de gerar sinais modulados por largura de pulso. Quano ao coneúdo harmônico, foram analisados os resulados da DHT obidos com o uso da modulação por largura de pulso eorial e escalar e comparados os mesmos adquiridos quando da implemenação da modulação escalar digial proposa. Realiza-se enão o projeo de um proóipo de uma placa MLP para ser usado com o algorimo proposo a ser implemenado para o acionameno de moores de correne alernada(ca. Pra ese fim é produzida enão uma bancada compondo os seguines iens: O inersor rifásico CC/CA a IGBT, um microcompuador PC e um hardware de supore que inclui fone de alimenação CC com ensões de saída ±5V, ±V e ±5V e uma placa de condicionameno de sinais onde esão inclusos os sensores de correne, circuios de acionameno dos dries do inersor e ouros.

16 ORGANIZAÇÃO DO TEXTO Ese rabalho é composo por 5 capíulos. No primeiro capíulo se descree breemene o desenolimeno da linhas de pesquisa mais próximas ao ema da disseração, procurando deixar claros os objeios e a releância da pesquisa realizada. O segundo capíulo apresena uma abordagem geral sobre a modulação por largura de pulso, onde são raadas as écnicas e suas caracerísicas. O capíulo raa sobre os efeios da injeção de harmônico e seus múliplos em sinais de referência. O capíulo 4 raa do desenolimeno de uma écnica de MLP eorial implemenada de uma forma escalar araés de um algorimo que possibilia menor esforço compuacional, apresenando dessa forma uma melhora sobre a implemenação da MLP eorial conencional apresenada por Broeck,988. O capíulo 5 apresena a arquieura da placa de MLP (hardware desenolida para a implemenação do algorimo, bem como os resulados experimenais quando a placa é enão empregada para o acionameno do inersor.

17 . TÉCNICAS DE MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO. - INTRODUÇÃO Ese Capíulo é composo de ópicos nos quais são definidos imporanes conceios a serem usados ao longo dese rabalho, como as principais relações enre os sinais de comando de um inersor rifásico conecado a uma carga com neuro isolado e as ensões geradas pelo mesmo. Em seguida, apresena-se o princípio da modulação por largura de pulso, oriundo da eoria de comunicações, a parir do qual diersas écnicas foram desenolidas isando a geração de sinais de comando para as chaes de circuios conersores de poência. Porano, a eolução da elerônica da poência em a desempenhar um papel muio imporane na aplicação dessas écnicas de modulação por largura de pulso no que se refere ao conrole da ensão de saída dos conersores esáicos que uilizam os disposiios bipolares, por exemplo, os IGBT s. Baseado nesas écnicas, o conrole de aberura e fechameno deses disposiios bipolares permie a produção de ondas de ensão com conrole de ampliude e frequência da fundamenal. As écnicas de Modulação por Largura de Pulso (MLP mais uilizadas são discuidas nese capíulo, como: MLP por amosragem naural, A MLP Regular Simérica, a MLP Regular Assimérica, MLP Regular Trifásica Simérica e MLP Veorial. Esudamos suas diferenças, focalizando anagens e desanagens em sua implemenação.. - RELAÇÕES BÁSICAS NUM INVERSOR TRIFÁSICO S ( S ( S ( a b c n ( S i ( S i S ( S ( S ( ( S i ( S i + o + (b E E ao bo co an bn cn (a no Figura. (a Circuio Simplificado de um inersor de frequência e disposição dos eores de ensão (b Esruura real de um braço do inersor Na figura.a mosra-se a esruura simplificada de um inersor rifásico. Os esados das chaes são represenados por funções lógicas S (, S ( e S ( ambém

18 chamadas de funções de chaeameno, Ales (998, que por definição só podem assumir dois alores, 0 e, onde conenciona-se: S i =, chae fechada e S i = 0, chae abera e S i o seu complemeno. Cada chae desas subsiui um inerrupor de poência do circuio real, conforme mosra a figura.b. Nese rabalho considera-se que os inerrupores de poência são ideais e que a saída do inersor alimena uma carga genérica equilibrada com ligação em Y e sem conexão de neuro. Além disso, considera-se que o esado de uma chae em cada insane é complemenar ao esado da oura chae do mesmo braço do inersor. É usual referenciar as ensões de saída do inersor io (, i = a, b e c (er figura.a em relação a um pono cenral o da enrada E. Assim, essas ensões são: E para Si ( = = io ( (. E para Si ( = 0 A expressão acima, que pode ser resumida por E io ( = (Si ( (. eidencia o processo de inersão (ransformação CC-CA. De acordo com a siuação da função lógica S i (, cada ensão io ( assume uma forma de onda que alerna os alores E/ e +E/ e cuja componene fundamenal pode er ampliude e freqüência conhecidas. É possíel se ober sinais na saída do inersor com a mesma fundamenal de ensão por inermédio de conjunos disinos de funções de chaeameno. Porém, supõese que diferenes ampliudes de harmônicos de mesma ordem possam exisir, assim como um aumeno do coneúdo harmônico. Como não é desejáel a filragem de sinais de poência na saída do inersor, por exemplo no caso de acionameno de moores, deido ao aumeno consideráel de olume e cuso do projeo final, buscam-se funções de chaeameno que forneçam io ( com baixo coneúdo harmônico. Iso implica na geração de sinais onde os harmônicos de baixa ordem são eliminados ou êm ampliude pequena em relação à ampliude do fundamenal. Assim, os harmônicos de ampliude eleadas, enão afasados do fundamenal, são passíeis de filragem pelas componenes induias da própria carga. Funções de chaeameno moduladas por largura de pulso consiuem um modo eficiene de se ober ese resulado, como será iso adiane. Da figura.a obém-se, pela lei de Kirchoff das ensões, o seguine sisema de equações ( ( ( (i = a,b,c (. io in = Para uma carga rifásica equilibrada, em-se i= no in ( = 0 (.4 Somando-se as equações dadas em (. e usando (.4 segue que

19 ( ( n io no = = ( i = a,b,c (.5 Subsiuindo (.5 no sisema de equações (., obém-se = ( ( ( ( ( ( P co bo ao cn bn an onde = P (.6 Usando-se a relação ( ( E ES i io =, enconra-se que as ensões de fase são dadas por = ( ( ( ( ( ( S S S EP cn bn an (.7 E as ensões de linha por = = ( ( ( ( ( ( ( ( ( L S S S EL co bo ao ca bc ab onde = L (.8

20 . - PRINCÍPIO DA MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO Exisem aplicações em que uma carga rifásica requer ensões alernadas com freqüência e ampliude ariáeis. Um inersor ipo fone de ensão, como o mosrado na figura.a, pode ser empregado de diersas maneiras diferenes para aingir al objeio. Considere-se um braço do inersor como mosrado na figura.a. Quando a chae S i esá fechada, é aplicada no pono i a ensão (+E/ em relação ao pono o. Quando a chae esá abera é aplicada a ensão (-E/, pois nese caso a chae complemenar esá fechada. Tem-se, enão, o comporameno da ensão aplicada à fase i em relação ao pono o apresenado na figura.b. E + E + + (a S i S i i Figura. (a Braço de um inersor de frequência (b Comporameno das ensões io na saída do inersor io E + E k ion T a iof (b k+ = ref an ( k Considerando ineralos de chaeameno consanes, o alor médio da ensão io é: io = (.9 E ( ion T s iof E io = (.0 ( ion T T s s + ion = E ( ion T T s s io =S io, onde S io é chamada de razão cíclica, emse: E ion =. Fazendo, enão, Ts T ion s E io = ( Sio (. Conclui-se que qualquer alor de ensão média enre +E/ e E/ pode ser imposo, desde que se escolham adequadamene as razões cíclicas S io. É possíel, araés dese princípio, compor um sinal qualquer de referência uilizando MLP, fazendo com que o alor médio da ensão de saída do inersor durane um período de chaeameno T s, formado por +E/ e -E/, como indica a figura.b,

21 seja igual à ensão de referência amosrada no início do período de chaeameno k. Desa maneira, a forma de onda de referência é aproximada por uma onda média em degraus em cada período de chaeameno, al como indica a figura.. = ref an ( k Figura. Tensão de referência aproximada k k+_ por uma onda média em degraus Quando se raa de ensões de referência * io cossenoidais rifásicas equilibradas, em-se por exemplo: * π io( = V m cos(w m -(i- (i =,, (. onde w m = πf m e f m é a frequência do sinal de onda cossenoidal. Assim, deermina-se o alor de ensão de referência no início do k-ésimo período de chaeameno, * io( = k = V * io( k e dessa forma a razão cíclica necessária para que a ensão média correspondene seja produzida na saída do inersor: V io ( = k E T ion s Ts T s ion E ion V io ( = k (. Ts Igualando enão * io( = k = V * io( k, enconra-se: T s V m π ion ( k = cos[ wm ( k ( i ] + (.4 E Os ineralos de empo ion ( k referem-se aos períodos de empo em que a chae superior S i de cada braço do inersor permanece fechada.

22 .4 - PRINCÍPIO DE MLP BASEADO EM UM SINAL DE ONDA PORTADORA Alguns méodos de MLP são baseados na comparação da ensão de referência com uma onda riangular chamada de poradora. O diagrama de blocos dese modulador é mosrado na figura.4a. Nese exemplo, os sinais de referência, e ref cn ambém chamados de modulanes das ensões de fase, são senoidais no esado permanene, formando um sisema rifásico simérico como mosra a figura.4b. Quando comparadas enão com o sinal da onda riangular poradora po, são gerados sinais lógicos ' an, ' bn e ' cn que conrolam o acionameno das chaes do inersor esáico de poência, em cada semi-período de chaeameno T s /. ref an ref bn ref αβ ref an ref bn ref cn ' an ' bn ' cn ~ = d PO ref an ref bn ref cn s PO (a M (b Figura.4 (a Diagrama de blocos (b Sinais de referência e sinal da onda poradora O acionameno desas chaes resula na geração de pulsos que carregam a informação do ineralo de empo em que a chae esáica permanece fechada ou abera, como mosra a figura.5. ref an, po ref an ref an ref an po T s / T s / ' an ' bn ' cn Figura.5 Deerminação dos insanes de chaeameno

23 .5 - PADRÃO DE CHAVEAMENTO Dado como exemplo sinais de referência senoidais,,, ref an ref bn ref cn e baseado na deerminação dos insanes de chaeameno apresenado na figura.5, Obsera-se a parir da figura.6a que a cada período de chaeameno, deerminado pela poradora é eniado para o comando das chaes do inersor, respeciamene para as fases a, b e c, um conjuno de configurações, que deermina o esado dessas chaes para eidenciar a ensão de saída do inersor que sineizará o alor de ensão de referência amosrado. A esse conjuno de configurações, chama-se de Padrão de chaeameno. As figuras.6 a e b mosra um exemplo de ensões rifásicas senoidais e um padrão de chaeameno para esse sinal de referência senoidal. si b c a (a T m S S S T a (b Figura.6 (a Referências senoidais comparadas com a poradora riangular (b Padrão de chaeameno descrio pela descida da poradora

24 .6 - MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO ATRAVÉS DE AMOSTRAGEM NATURAL T s (a K K+ ε T s ε T s (b τ (k 0k k k (c Figura.7 - (a Cura - Onda poradora ( po ( ; Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a, S ( (c Tensão normalizada de saída do inersor ao (/E Ese méodo consise na geração de pulsos de comando, segundo o resulado de comparação enre um sinal de referência, chamado modulane e o sinal da onda poradora. A descrição analíica do processo de comparação no k-ésimo período T s da onda riangular é iso a seguir. Sendo 0k =kt s o insane inicial do k-ésimo período da poradora, os insanes dos cruzamenos enre a poradora e a modulane são: k = 0,,... ik = ( k + ε ik Ts, (. i =, 0 ε ik k = k-ésimo período da onda riangular Na figura.7c obsera-se que a ensão na saída do inersor assume o alor de - E/ no início do k-ésimo período da onda riangular, + E/ enre os insanes k e k e noamene E/ no final do mesmo período.

25 O alor médio da ensão de saída V ao do inersor na primeira meade do k-ésimo período da poradora é, enão, dado por: V ao Ts ( kts < kts + = Vaok = Eε + E (. Percebe se que se ε = 0, V aok = + E/ e se ε = /, V aok =- E/. Analogamene, o alor médio da ensão de saída V ao do inersor na segunda meade do k-ésimo período da poradora é: V ao Ts ( kts + < ( k + Ts = Vaok = Eε E (. Considerando um sinal de referência ao ( = V m sen(w, as ensões nos insanes de cruzameno com a onda riangular são: V m sen(w k = V (.4 Donde V e V esão represenados na figura.8. V m sen(w k = V (.5 V p V V h h -V po ε T s T s - T s / ε T T s / Figura.8 - (a Cura - Onda poradora ( po ( e um sinal de referência qualquer ref (; V po ε T V s V = T po s 4 V T s po V ε T s V = Ts 4 po V po V = 4ε V po V po V = 4V po ( - ε ε V = 4 4V po 4ε V po = V po + V ε V = 4 4V po

26 Subsiuindo enão a expressão de ε e ε nas equações. e., respeciamene, em V = E + V + aok = V po E V V po (.6 V = V + E (.7 aok E x = V 4 4 V po V po Obsere enão que V aok e V aok são proporcionais a V e V, respeciamene. A fim de impor que o alor médio V aok seja igual ao alor da ensão de referência no insane de cruzameno k e, analogamene, que V aok seja igual a ensão de referência no insane k, a largura de pulso τ(k = (ε -ε T s como pode ser obserada na figura.7b, pode enão ser dada pela expressão que segue. Ts Ts τ = Vm[ sen( w + sen( w ] + (.8 E Ese méodo, de origem proeniene da eoria das elecomunicações foi basane usado, sendo implemenado com o uso de circuios analógicos, Bowes (994. O cálculo de k e k e, porano, da largura de pulso enole a solução de equações ranscendenais,, resolidas araés de processo numérico ieraio, o que orna iniáel o cálculo em empo real para o rabalho com microprocessadores. Quano à implemenação analógica dese méodo de MLP, o mesmo em oferecido muios problemas associados a aquecimeno e olerância de componenes, alores de offse quano à alimenação CC, e ouros, causando imperfeições na ampliude e fase na geração analógica de sinais de onda rifásicos. Todos eses problemas podem produzir efeios no coneúdo harmônico na saída do inersor e alguns méodos foram proposos com o objeio de minimizar ou eliminar eses efeios. Descrio primeiramene por Bowes (997 ese méodo, diferenemene do méodo anerior, apresena os insanes k e k múliplos ineiros do período da onda riangular (T s, logo k = k = kt s, o que represena insanes de empo definidos, e não aleaórios como no caso da écnica anerior. Ese fao faz com que a largura de pulso τ i (k permaneça cenralizado durane o período da onda poradora, ou seja, durane o período de chaeameno, daí a razão da denominação do méodo como Regular Simérico. A figura.9 mosrada a seguir ilusra esa écnica.

27 a T S k εt k b τ i (k k k c Figura.9 - (a Cura - Onda poradora riangular ( po ( Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( = V m sen(w Cura Sinal de amosragem da onda modulane ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a (c Tensão de saída do inersor ao ( Uma descrição analíica da obenção de τ i (k é feia logo a seguir: Das equações (.,(.,(.4,(.5, com os insanes k e k definidos obém-se E ε k + E = Vm sen( kts (.9 E ε k E = Vm sen( kt (.0 s τ = ( ε T ε s (. Ts Ts τ i ( k = Vm sen( kts + (. E Obsera-se que a resolução da equação (. para obenção da largura do pulso não é mais araés da solução de uma equação ranscendenal e sim de uma equação rigonomérica, ornando sua implemenação digial bem mais simples do que a do méodo anerior e razendo assim grandes anagens quano a simplicidade da sua implemenação compuacional, requerendo um esforço compuacional basane reduzido em relação ao méodo apresenado aneriormene, Seixas (988.

28 .8 - MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO REGULAR ASSIMÉTRICO A parir do méodo Regular simérico iso aneriormene, erificou-se que seria possíel reduzir o coneúdo harmônico, caso fossem efeuadas duas amosragens do sinal de referência por período da onda riangular, como por exemplo, amosragens nos insanes k = kt s e k = (k+0.5t s, com io ( consane em cada meio período da onda riangular, Bowes (975. Os insanes de chaeameno( pulsos de comando são, porano deerminados a cada meio período da onda poradora k = kt s e k = (k+0.5t s, o que não produz simeria durane o período T s, e por esse moio é que se chama esse méodo de Regular Assimérico. a T S k k+ k k b τ i (k k k c Figura.0 - (a Cura - Onda poradora riangular ( po ( Cura - Sinal de referência da fase a, ref ( = V m sen(w Cura Sinal de amosragem da onda modulane ref ( (b Pulso de sinal de comando da fase a (c Tensão de saída do inersor ao ( Definindo enão a equação da largura do pulso τ i (k parindo do mesmo princípio de cálculo adoado para os méodos aneriores, em-se: E ε + E = V m sen( kts (. E ε E = Vm sen( k T s (.4

29 τ = (.5 ( ε εt s O que resula em: Ts Ts Ts τ i ( k = Vm sen( kts sen( kts + E + + (.6 Percebe-se que esa equação ambém oferece uma facilidade quano à implemenação em empo real araés de microprocessadores, além de apresenar uma anagem, que é a redução do coneúdo harmônico deido ao aumeno de amosragens durane um período da onda poradora (T s, já comenado aneriormene. A figura. ilusra ese resulado. Ampliud (a Razão de Ampliud (b Razão de Obs: a razão de frequência, o que deermina a abscissa, é o número de ezes da frequência fundamenal. amosragem amosragem Figura. (a Especro de frequência da ensão de saída V ao para um período de igual ao período de Chaeameno. (b Especro de frequência da ensão de saída V ao para um período de igual a meade do período de Chaeameno.

30 .9 - MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO BASEADA NO ESPAÇO VETORIAL O conceio de espaço eorial, Pfaff (984 originalmene desenolido para análises de máquinas eléricas AC, é muio explorado no que se diz respeio ao conrole moderno no acionameno de máquinas eléricas rifásicas araés de conersores esáicos de poência. Um inersor rifásico como mosra a figura.8 pode produzir em sua saída, rês ensões independenes a, b e c. E/ E/ + + o S S a b c S4 S5 S S6 Z Z Z n Figura. Inersor Trifásico com chaes ideais Obsere que a fone CC apresena um pono médio o e que nesse caso a carga pode ou não esar conecada ao mesmo. Caso a carga eseja conecada a ese pono não será obserada nenhuma aleração no poencial do neuro. Porém, se o neuro da carga não esier conecado ao pono o, o seu poencial sofrerá ariações dependendo dos esados das chaes do inersor. Tem-se, enão, as ensões ao, bo e co, assim como as ensões an, bn e cn, produzidas enão na saída do inersor. É sabido que um conjuno de rês ensões V, V e V, ais que V +V +V = 0, pode ser represenado por um eor espacial resulane siuado num plano definido pelos eixos abc, defasados de 0º um do ouro como mosra a figura.9. V ao b V bo V co V r V ao V bo a V co c Figura. Represenação de ensões insanâneas no plano abc.

31 Por ouro lado, caso V +V +V 0, a informação sobre o alor da ensão de neuro não será perdida e o sisema apresenará mais uma componene siuada orogonalmene ao eixo abc, chamada de componene homopolar. Da mesma forma que se pode represenar o eor resulane V r no plano conendo os eixos abc, é possíel ambém represená-lo no plano αβ, Como mosrado a seguir. Sejam, por exemplo as ensões de referência de fase com relação ao pono o. As componenes αo e βo de V r são obidas pela aplicação da mariz ransformação, como mosra a equação.7. V V αo βo = 0 ao bo co (.7 Sendo ao ( = V m cosw, bo ( = V m cos(w-0º e co ( = V m cos(w + 0º, enconram-se as expressões para αo e βo, represenadas pelas equações (.8 e (.9. β α o β o ( = ( = V V m m cos w (.8 sen w (.9 V Vr αβ θ V α Figura.4 Represenação de eor resulane no plano αβ. Calculando o módulo do eor resulane V r αβ a parir do gráfico da figura.4 e das equações (.8 e (.9, em V rαβ Vα o + = V, o que resula em βo V r αβ = V m (.0

32 Obsere a figura. (00 V β V (0 (0 V 4 II III I V V r 7 ( (00 V V 0 (000 I VI V V 5 V (00 (0 α Figura.5 - Veores de ensão gerados pelo inersor rifásico O plano αβ é usado para represenar as ensões obidas com cada uma das oio combinações das chaes do inersor apresenado na figura.8 desa seção. Os eores diidem o plano αβ em seis seores, indicados por I,II,III,IV,V e VI. Esses eores são em número de oio, seis deles chamados de eores aios (V a V 6 e dois deles de eores nulos (V 0 e V 7. Considere que o eor correspondene às ensões médias de fase que se deseja ober na saída do inersor seja diferene de qualquer dos eores disponíeis. O méodo de MLP eorial consise em aplicar à carga os dois eores aios que definem o seor onde o eor de referência se enconra, e os eores nulos de forma que o eor médio em um ineralo de chaeameno seja igual ao eor de referência V r. Considere-se, por exemplo, que o eor de referência a ser sineizado se enconre no seor I como mosra a figura.6. Os eores aios a serem empregados são, enão, V e V e seus empos de aplicação deem ser escolhidos de forma que, em ermos médios em um período de chaeameno, a ensão produzida corresponda ao eor de referência. A deerminação dos empos de aplicação dos eores aios será descria adiane. β V (0 V r V 0 θ α V (00 Figura.6 Veor de referência r sineizado no seor I No enano, uma ez conhecidas as durações dos ineralos de aplicação dos eores aios e nulos, diersos padrões de chaeameno para a produção mesmo do eor de referência podem ser obidos. Ese fao é ilusrado na figura.7 a seguir.

33 S ( S ( S ( S ( S ( S ( V 00 S ( V 0 V V 00 V 0 V T ( a T V 000 V 00 V 0 V V 0 V 00 V 000 T/ T/ ( c S ( S ( V 00 V 0 V V V 0 V 00 ( b T/ T/ Figura.7 Padrões de chaeameno para obenção do eor V r Percebe-se que os padrões (a e (b apresenam V = em odo o período de chaeameno, sendo as comuações realizadas nos ramos que produzem V e V. Porém, erifica-se que a figura.7b apresena o padrão que caraceriza o que se chama de espelho, pois em cada semi - período adjacene, a ordem de aplicação dos eores é inerida. Esa esraégia em como anagem uma minimização das comuações, leando à redução das perdas do conersor. O padrão de chaeameno (c apresena o uso de dois eores nulos indicados pelos eores e 000. Nese caso há uma cenralização dos pulsos de cada fase na passagem de um ciclo de chaeameno para ouro. Broeck em seu arigo, propõe um padrão de chaeameno semelhane ao da figura.7c, com condição adicional de que os ineralos de aplicação dos eores nulos, deem ser iguais, ou seja, 00 = 0 / e 07 = 0 /, onde o é o ineralo oal em que se dee aplicar eor nulo, 00 e 07 são os ineralos de aplicação de V 0 = (0 0 0 e V 7 = (, respeciamene. Para um eor de referência siuado no seor I, em-se, por exemplo, o padrão de chaeameno mosrado na figura.8.

34 V ao E/ -E/ V bo E/ -E/ V c0 E/ -E/ V 0 V V V 7 τ a T a τ b τ c 00 0 V an / / E E V bn / E -/E V cn - /E -/E Figura.8 Padrões de chaeameno para obenção do eor V r no seor I A parir dese padrão obém-se uma expressão para o cálculo do eor médio que represena as ensões médias rifásicas desejadas na saída do inersor no período de amosragem. Obsera-se que, em um período de chaeameno, o alor médio do eor ensão aplicado é: V r 0 = V0d Vd Vd V7d T a 0 0 (. Resolendo a equação, em-se: Definindo τ = T T a e τ = T T a V T r = V + Ta T V Ta (. V r = V τ + V τ (. Como exemplo, considere V r localizado no seor I do plano αβ, como mosra a figura.6, em-se enão : V r cosθ Vα o = τ + τ senθ V βo V αo V β o (.4 Para obenção do módulo dos eores V e V, em-se que

35 ao S E bo E S = e fazendo S =, S = 0 e S = 0, o que significa o esado co S das chaes do inersor no caso de aplicação do eor V, obém-se os alores de ao = E/, bo = -E/ e co = -E/. Subsiuindo, enão, esses alores na equação (.7, obêm-se os alores de V αo e V βo. Os alores enconrados para αo e βo são α o = / E e βo = 0. Daí em-se que o módulo do eor V é : Analogamene, V = E (.5 V = E (.6 Empregando enão os resulados em., em-se V r cosθ = τ senθ E + τ 0 E cos60. sen 60º Desenolendo a igualdade acima em ermos complexos, em: V r cosθ +j V r senθ = τ E( cos 0º + τ E( cos 60º +j τ E( sen 60º Igualando os ermos imaginários: V r senθ = τ E( sen 60º V r senθ τ = 0 E sen 60 (.7 Igualando os ermos reais: V r cosθ = τ E( cos 0º + τ E( cos 60º V r cosθ = τ E + τ E( cos 60º (.8

36 De (.7 e (.8 V r sen(60º θ τ = 0 E sen 60 (.9 Sabendo-se, porano, que τ = T /T s e τ = T /T s, obêm-se, enão, as expressões para os empos T, T e T 0, que represena o ineralo oal de aplicação dos eores nulos. T = T s V r sen(60º θ 0 E sen 60 (.0 T = T s V r senθ 0 E sen 60 (. T 0 = T s T T (. A implemenação conencional da modulação eorial digial é realizada, a parir do cálculo desses ineralos de empo. O cálculo dos empos, geralmene, pode ser feio de duas maneiras diferenes: uma calcula o ângulo da ensão de referência com relação ao eixo α e o seu módulo e o ouro procedimeno é realizado araés do cálculo das componenes α e β do eor de referência. Parindo enão das equações (.0 e (. Percebe-se, porano, que a implemenação da modulação eorial requer um grande esforço compuacional, pois exige que seja deerminado a localização do eor de referência e o cálculo dessas equações definidas para cada seor e poseriormene aplicar o padrão de modulação adequado. Na implemenação da écnica de modulação por largura de pulso eorial, erifica-se que a parir das equações (.0 a (. são calculados não apenas os ineralos de empo de aplicação dos eores aios adjacenes ao eor de referência V r, mas ambém o empo de aplicação do eor nulo. Verificando enão o fao de que na modulação eorial, rês eores siuados no plano αβ, são aplicados à carga, raa-se enão da inrodução de uma erceira componene 0 denominada de componene homopolar, ornando assim o sisema a rês ariáeis αβ0. Aplicando enão a ransformação αβ0 às ensões de referência ao (, bo ( e co (, em αo βo 0o = 0 ao bo co (.

37 Desenolendo enão a ransformação inersa ao bo co = 0 αo βo 0o (.4 Considerando a carga ligada ao inersor e conecada ao pono neuro n equilibrada, o somaório Σ in orna-se igual a zero, o que faz surgir uma ensão no enre os erminais o e o neuro n da carga. Esse resulado é conseqüência das ensões de saída do inersor io, não serem apenas definidas pelas ensões fundamenais de fase, mas ambém pela componene homopolar. an = (R+L p i a bn = (R+L p i b cn = (R+L p i c na + bn + cn = (R+L p (i a + i b + i c, Sendo, porano i a + i b + i c = 0, implica an + bn + cn = 0. Essa componene em efeio comum às ensões ao, bo e co semelhane ao da erceira harmônica, pelo fao de ser comum odas as fases, não se apresenando nas ensões de linha. Já as ensões an, bn e cn são lires de componene homopolar. A figura.9 ilusra a deformação ípica ocorrida na ensão média ao na saída do inersor e a ensão de linha sem nenhuma deformação, como o esperado. ao L w w a b Figura.9 a Tensão média ao na saída do inersor b Tensão de linha Obsera-se que o achaameno na forma de onda das ensões de fase permiem que a componene fundamenal associada a esa onda enha um alor de pico maior que o apresenado quando da implemenação da modulação seno-riângulo. Ese fao é demonsrado no decorrer dese capíulo.

38 É sabido que a ampliude do eor resulane deerminado no plano αβ é dado segundo as componenes α o ( = / Vm cos w e β o ( = / Vm sen w, pela expressão (.0, Vrαβ = / Vm. Esse módulo represena a máxima ampliude de uma senóide, dado que as ensões rifásicas são senoidais. Na modulação seno-riângulo, o máximo alor obido por fase, enconrado nas ensões io, para um esado qualquer do inersor é dado por E/. E quando o mesmo é subsiuído na equação (.0, obém-se: sen o E Vr αβ = max (.5 Na modulação eorial, qualquer eor Vr pode ser produzido no inerior do hexágono como já mosrado na figura.5. No enano o máximo conjuno de ensões de fase senoidais equilibradas corresponde a um eor espacial girane de ampliude consane descreendo uma circunferência nesse hexágono, como pode ser obserado na figura.0. V de hexágono. τ V θ τ V αβ = τ V + V Figura.0 Disposição do eor espacial girane α (-τv ampliude consane no inerior do Um eor espacial girane, de ampliude consane, equiale a rês ensões io senoidais equilibradas, com ampliude / ezes o módulo do eor girane. Se, em um cero ineralo de chaeameno, se deseja produzir um eor αβ de máxima ampliude, dee-se eiar o uso do eor nulo, ou seja, dee-se impor τ + τ =. Conforme se pode obserar na figura. a seguir, quando τ + τ = o lugar geomérico da exremidade de αβ é o segmeno de rea que une os eores aios adjacenes a ele. β (00 V (0 V (0 V 4 II III I V V r 7 ( (00 V V 0 (000 I VI V α V 5 V (00 (0 Figura. Disposição do eor αβ no seori.

39 Vale salienar que, para produzir um eor αβ girane, de ampliude consane, será necessário aplicar os eores nulos. Verifica-se, pela figura acima, que a máxima ampliude do eor girane de módulo consane é ( / ezes a ampliude de um eor aio, ou seja, ( /E. como mosra a equação.6. eorial Vrαβ = E max (.6 O que represena o raio da circunferência mosrada na figura.0, e a ampliude correspondene da ensão de fase, em relação ao pono o é enão, ( /E. Na modulação seno-riângulo, a ampliude máxima da ensão de fase é E/. Assim, com a modulação eorial em-se um ganho de.5 na máxima ensão de fase que pode ser sineizada. É possíel, enão, a parir dos resulados das equações (.5 e (.6 deerminar uma relação enre os alores máximos das ensões de fase senoidais equilibradas que podem ser produzidas com o uso da modulação eorial e modulação seno-riângulo. V rαβ max sen o rαβ max V eorial = E E eorial Vrαβ max o que resula em = =. 5 sen o V rαβ max Obsere-se, enão um acréscimo de 5% no sinal de ensão modulane máximo quando aplicada a écnica de modulação eorial com relação a ampliude do mesmo sinal quando aplicada a écnica de modulação seno-riângulo. Em ouras palaras, pode-se dizer que há um melhor aproeiameno da ensão de enrada de barrameno quando aplicada a écnica de MLP eorial, Nazareno (998. As figuras. e. eidenciam ese fao. A figura. mosra a simulação da ensão de linha ab na saída do inersor araés das ensões de fase ao e bo, aplicado as écnicas de MLP seno-riângulo e MLP eorial, respeciamene. Enquano a figura. eidencia o aumeno da faixa linear de conrole, por sobremodulação, da ensão de linha. (a (c

40 (b (d Figura. a Tensão de referência (em pu resulane da modulação senoidal b Tensão de linha(em pu na saída do inersor ctensão de referência (em pu resulane da modulação eorial d Tensão de linha(em pu na saída do inersor Obsere a figura. Vao(pu x m Vao(pu,4, 0,8 0,6 0,4 0, 0 Ã 0 0, 0,4 0,6 0,8,,4,6,8, MLP Senoidal MLP Veorial m(índice de modulação Figura. Aumeno linear referene ao comporameno da aplicação das modulações senoidal e eorial. Um ouro fao imporane quando da aplicação da écnica da MLP eorial é a redução do coneúdo harmônico nas ensões de linha na saída do inersor, como pode ser obserado na figura.4. Uma simulação do especro de freqüência referene as ensões de linha adquirido quando aplicada as écnicas de modulação, senoidal e eorial é enão realizada. É obserado que para um índice de modulação m> (região de sobremodulação, em-se que a ampliude de harmônicos, orna-se ligeiramene menor quando da aplicação da écnica de modulação eorial, comparado com a écnica de modulação senoidal.

41 Ampliud Ampliude Razão de frequência ( f/f rede Razão de frequência ( f/f rede Figura.4 (a Especro de frequência para a ensão Vab adquirida na Modulação Senoidal com m=. e E = V. (b Especro de frequência para a ensão Vab adquirida na Modulação Veorial com m =. e E = V. Baseado nas anagens que o méodo de MLP eorial apresenou, pesquisas foram realizadas para o desenolimeno de ouros méodos equialenes ao mesmo. Denre esses méodos, ale ciar o apresenado por Seixas (988, denominado de Modulação de Largura de Pulso Regular Simérico Trifásico e, ouros rabalhos de pesquisa que desenoleram méodos para implemenação de écnicas de MLP eorial de uma forma escalar nas componenes α,β (Jacobina e al., 00. Um resumo eórico do princípio fundamenal deses méodos é apresenado no decorrer dese capíulo.

42 .0 - MÉTODO DE MODULAÇÃO EM LARGURA DE PULSO REGULAR TRIFÁSICO SIMÉTRICO Considerando o inersor rifásico com chaes ideais da figura.5, as ensões insanâneas fase-neuro são dadas por: = ( ( ( ( ( ( S S S E cn bn an (.7 onde = abera chae conduzindo chae S i 0 ( Figura.5 Inersor rifásico com chaes ideais Dado que S i = τ i /T s, donde i =,,, obêm-se assim os alores médios de in ( durane o k-ésimo período de amosragem, como segue = ( ( ( k k k T E V V V s cn bn an τ τ τ (.8 onde τ i (k é fração do k-ésimo período de amosragem em que a chae S i permanece fechada. Ese sisema apresena infinias soluções. Porém, uma ez conhecida uma das razões cíclicas τ j (k, as demais podem ser unicamene deerminadas. E/ E/ a b c n o S S S S6 S5 S4 + + Z Z Z

43 Sem perda de generalidade, pode-se escreer as equações das razões cíclicas τ i (k, a parir da equação maricial (.8, e da razão cíclica conhecida τ j (k, como segue: (.40 Ts Ts τ ( k = τ j ( k nj ( k + n ( k (.9 E E Ts Ts τ ( k = τ j ( k nj ( k + n ( k E E Ts Ts τ ( k = τ j ( k nj ( k + n( k (.4 E E A imposição de que os períodos de ensão nula sejam disribuídos o mais uniformemene S possíel lea a uma única solução para o sisema, conforme mosrado a seguir. τ med S τ min S E/ - τ max -E/ - E/ - E/ - (T-T max / T min (T-T max / T Figura.6 Técnica de MLP Regular Trifásico Simérico Dado um eor ensão de referência V r, é possíel sineizar esse sinal a parir da écnica de MLP Regular Trifásico Simérico da forma descria a seguir. Ordenam-se as ensões de referência de fase ref ref ref an, bn e cn de forma que se enha min < med < max.

44 Obsere que na modulação eorial, as ensões são ordenadas segundo os eores como mosra a figura.7. V (00 β V (0 (0 V 4 II III I V V r 7 ( (00 V V 0 (000 I VI V V 5 V (00 (0 α Figura.7 Ordenação dos eores aios A ampliude do eor girane Vr é dada por ( / E, como já foi discuido e quando se raa das ensões de fase com relação ao pono o, é percepíel a inclusão de uma componene homopolar, mas no caso de ensões de fase e neuro, não é bem assim. Obsere o sisema (.7. Quando S i ( = 0 ou ( aplicação do eor nulo, emse que in ( = 0, onde i = a,b,c, o que demonsra que não é produzida nenhuma componene homopolar nas ensões fase-neuro. É baseado enão nessas ensões de referência que a écnica de MLP Regular Trifásico Simérico descree equações escalares para o cálculo de largura de pulso. Considere-se que o ineralo em que a chae de cada braço permanece fechada é cenralizado em cada período de chaeameno, conforme ilusrado na figura.6. Desa forma, os períodos de aplicação de ensão nula ocorrem no início e no final de cada período de chaeameno( aplicação de V 0 e no meio de cada período( aplicação de V 7. Para que haja uma disribuição uniforme dos períodos de ensão nula, é necessário que os ineralos de aplicação de V 0 e V 7 sejam iguais, ou seja : T-τ max (k = τ min (k (.4 Obserando as equações (.9 a (.4, e supondo que τ j (k = τ med (k, pode-se escreer: (.4 (.44 τ τ min max Ts Ts ( k = τ med ( k med ( k + min ( k E E Ts Ts ( k = τ med ( k med ( k + min ( k E E Subsiuindo enão (.4 nas equações acima, obém-se:

45 (.45 τ Ts Ts ( k = med ( k E med + Verifica-se que, com a imposição da disribuição uniforme dos períodos de ensão nula, τ med (k pode ser facilmene deerminado pela equação (.45. Uma ez enconrado τ med (k, usam-se as equações (.4 e (.44 para deerminar τ min (k e τ max (k, respeciamene. Obsera-se, enão, que o cálculo para a obenção dos insanes de aplicação das larguras de pulso, araés do méodo proposo por Seixas (988 é puramene escalar, ou seja, é um méodo que se baseia na deerminação da razão cíclica de cada fase de forma que a ensão de referência correspondene seja igual á ensão média em relação ao pono o no período de chaeameno. A iabilidade práica de aplicação dese méodo depende de uma condição expressa como segue: Independene da fase, em-se que 0 < τ med < T e subsiuindo τ med pela equação (.45, enconra-se E med E, o que significa que o alor de ensão média da fase em quesão dee esar enre e da ensão de barrameno E. Conclui-se, enão, que o méodo proposo por Seixas (988 é equialene a écnica de MLP eorial, apresenando as mesmas anagens. Porém, apresenando equações simples, é obserado um esforço compuacional basane reduzido, comparado ao méodo descrio por Broeck (988.

46 . - PRINCÍPIO DA IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA DE MLP VETORIAL ATRAVÉS DE UM MÉTODO DE MLP ESCALAR. Dado um sinal modulane qualquer, o alor médio de ensão do mesmo durane um período de chaeameno Ts, pode ser sineizado por uma ensão média deerminada araés de um onda em degraus descria no mesmo período. +E/ + Si i io E + ion T s ref an ( = k -E/ a + Si b E T i iof k k+ Figura.8 (a Braço de um inersor de frequência (b Comporameno das ensões io na saída do inersor Obsera-se, enão, que o alor médio de uma ensão de referência pode ser obido manendo a chae S i fechada durane um período de empo ion, aplicada no início do período de chaeameno T s, e abera no resane do empo necessário para complear T s. É eidene que é necessário calcular esse empo que será chamado de T i, o que represena o empo em que a chae S i permanece fechada. O cálculo do alor médio a parir da figura.8, é efeuado segundo a equação mosrada abaixo: = Ti Ts med E E E T ( + + ( = i V io d d (.46 Ts 0 Ti Ts Deermina-se enão os alores para T i ( i =,, como mosra o conjuno de soluções (.47: ref T = s V + an T E / ref T = s V + bn T (.47 E / ref T V T = s + cn E / Obsera-se que, sendo τ i = T i /T s, as razões cíclicas obidas de (.47 represenam uma das possíeis soluções para o sisema (.8. Tomando-se como exemplo ensões de referência de máxima ampliude cosenoidais, em-se um eor de referência girane, de módulo consane. Aplicando a modulação escalar digial, obêm-se as razões cíclicas calculadas para os ângulos de 0º, 0º e 60º e ensão de barrameno E, como mosra a figura.9.

47 Figura.9 Saída digial dos empos T i para os ângulos 0º, 0º e 60º. Os ineralos de empo T i são gerados pelas equações (.47, resulando em: T T T T = a Ta = Ta = V + m cos( wk E / Vm cos( wk 0º + E / Vm cos( wk + 0º + E / (.48 A figura.9b reraa a idéia da implemenação dese méodo, mosrando sua grande semelhança com a modulação eorial. Obsere: Para ser produzido um eor ensão com um ângulo de 0º, ou w k = 0º, são aplicados os eores aios V = ( 0 0 e V = ( 0, esses eores são criados a parir das combinações das chaes( S, S e S onde se conencionou que significa chae abera e 0 chae fechada. Esses eores aios são exaamene os eores aios adjacenes ao eor ensão de referência, similarmene ao que ocorre na modulação eorial. O que ocorre na modulação eorial é que as ensões de referência co-senoidais, mosradas na figura.0 definem a cada 60º um noo seor na ordem crescene e os eores adjacenes ao seor em que o eor de referência se enconra são uilizados para sineizá-lo, como descree Broeck (988. Figura.0 Tensões de referência para a geração dos sinais na modulação escalar digial.

48 Comparando com a écnica uilizada na modulação escalar digial, obsera-se que nessa, os eores de cada seor são deerminados apenas pela ensão de referência de cada braço, não sendo necessário calcular o seor em que se enconra a ensão de referência, o que é uma anagem com relação ao ganho de empo de processameno. A principal diferença, enão enre a modulação escalar e a modulação eorial, é que os empos de aplicação de cada eor nulo V 0 = ( 0, 0, 0 e V 7 = (,, são diferenes em cada período de amosragem, salo quando o eor ensão de referência esá exaamene no meio de cada seor. Pelo fao da écnica de modulação escalar digial inicialmene não apresenar o empo de aplicação dos eores nulos V 0 e V 7 iguais em cada período de amosragem, como ocorre na modulação eorial, não implica dizer que ese processo não seja possíel. Na modulação escalar digial é possíel sim, orná-lo igual. A operação é simples: basa recalcular os empos de fechameno das chaes S i, designados por T i, uilizando-se das equações (.47, de forma que os empos de aplicação dos eores aios não sejam alerados, mas somene se diida o empo de aplicação do eor nulo igualmene enre o eor V 0 e o eor V 7, no início e no final do período de chaeameno, resulando o mesmo eor de ensão médio sineizado. Ese méodo é esudado com dealhes no capíulo 4, bem como sua implemenação proposa nessa disseração.. - CONCLUSÃO Nese capíulo foi realizada uma apresenação sinéica dos diferenes méodos de Modulação de Largura por pulso (MLP uilizados. Suas diferenças, anagens e desanagens foram demonsradas e as publicações mosram a preocupação em adapá-los à implemenação com o uso de microprocessadores. Um ouro aspeco que foi explorado nese capíulo diz respeio à imporância do surgimeno da MLP eorial uilizando expressões algébricas simples, abrindo dessa forma um leque amplo para o surgimeno de diersas ouras écnicas. Foi mosrado ainda que é possíel araés de um algorimo simples, implemenar a MLP digial escala generalizada, podendo ser equialene à MLP eorial, porém com esforço compuacional consideraelmene reduzido.

49 . ADIÇÃO DE º HARMÔNICO A SINAIS MODULANTES. INTRODUÇÃO Em rabalhos publicados por Bowes (997 e Nazareno (998, obsera-se uma preocupação em erificar o efeio da adição de componenes homopolares às ensões de referência io (em relação ao pono o. Os resulados apresenados por esses auores aponam para a possibilidade de se reduzir o coneúdo harmônico das ensões de fase em relação ao neuro da carga e, como conseqüência, das correnes de carga. Nese capíulo é enão obserado araés de simulações que independene da écnica de modulação aplicada, as ensões de fase em relação ao neuro da carga não são afeadas com a adição de componenes homopolares.. EFEITO DA ADIÇÃO DE COMPONENTES DE SEQUÊNCIA ZERO Bowes (997, discue ese efeio baseado na disribuição dos ineralos de empo de aplicação dos eores nulos em um período de chaeameno. Em resulados de simulação, é erificado o efeio da DHT ( Disorção Harmônica Toal quando aplicadas algumas écnicas de modulação, enre elas: a écnica de modulação senoidal e injeção de harmônicas de a ordem. Bowes obserou que a injeção de 5% de º harmônico prooca uma menor DHT, comparado com ouras. Denre análises erificadas pelo auor, é noado ambém qual percenual de º harmônico é injeado no sinal modulane afim de que ocorra a sobremodulação. Nazareno (998, no enano, deermina analiicamene esse percenual, baseado no fao de que quando da disorção do sinal modulane pela injeção de º harmônico, ocorre que o pono de máximo dese sinal disorcido coincide exaamene nos ângulos em que as ensões de linha ainjam suas maiores ampliudes, como mosra a figura.. V L, Figura. - Sinal modulane com adição de de harmônico e a fundamenal da ensão de linha É desenolido enão uma relação, enre o ângulo em que incide o pono de máximo das ensões de linha e o alor em pu (q com base E/ em relação ao º harmônico aplicado as ensões de referência, e oura relação incluindo q e o índice de modulação adoado, demonsradas como segue. Somando-se, enão, uma componene com uma razão q de º harmônico às ensões de referência io (, i = a,b,c, obém-se, por exemplo, para a ensão de fase a, a seguine expressão: ao ( = (E/mcosw q(e/mcos w (. d( ( E para que ao ( seja máximo para alores disinos de q, em-se que ao = 0. d w

50 d(cos w q cos w = 0, o que resula em d sen w q = (. sen w Aplicando, enão, a igualdade rigonomérica senw = senw 4sen w, na equação (., em w = θ = arcsen, q (. 4 q 9 θ represena a relação do ângulo em que incide o pono de máximo das ensões de fase e a razão q de º harmônico aplicado às ensões de referência. A figura. apresena o comporameno dessa função. θ (a q Figura. Comporameno do ângulo θ em função da razão q. Por ouro lado, é sabido que o máximo alor obido para ao (, quando aplicada a écnica de MLP seno-riângulo é E/, e subsiuindo enão na equação (., em-se que E/ = (E/mcosw q(e/mcosw, logo fazendo w = θ, em-se que m = cosθ q cosθ (.4 Porano, das equações (. e (.4, obém-se a equação (.5 = cos arcsen q cos arcsen m 4 q 4 q (.5 Cujo comporameno é mosrado na figura..

51 /m (b q Figura. - Comporameno do índice de modulação m em função da razão q. A parir do conexo eórico apresenado e com ineresse de apenas oimizar a análise descria por Nazareno, é possíel a apresenação de uma proposa de deerminação de uma equação que enha resulados próximos ao comporameno do gráfico da figura.. Uilizando-se, enão, da função Regressão Linear que o programa EXCEL apresena como uma de suas ferramenas, e sineizando um conjuno de ponos enconrados araés da equação (.5, é possíel calcular os coeficienes de uma rea, são eles a e b, formando porano a equação Y = ax + b. Tem-se enão uma noa equação que mais se aproxima dos ponos da função original, gerados pela equação (.5. Aplicando enão a écnica, araés do EXCEL, obém-se os coeficienes a = e b = , e enconra-se, enão, a equação (.6. Y = ax + b Y = X , X /9 (.6 Onde: Y = (/m e X = q. A figura.4 reela a noa função gerada pela equação (.6 que pode ser aplicada perfeiamene, com mais praicidade. umsm = f(q,ea umsm q Figura.4 Linearização da equação (.6

52 V ao, V ref, V L Uma amosra dos resulados de implemenação dessa proposa, é enão erificada na figura.5, onde são comparadas esraégias de MLP senoidal com e sem injeção de º harmônico. Também é realizada uma análise especral para obserar a ampliude alcançada pelas ensões de linha. V ao, V ref, V L (a (b AMPLITUDE AMPLITUD A B (c RAZÃO DE Ê (d RAZÃO DE Ê Figura.5 (a Tensões de saída, referência e de Linha do inersor em por unidade Com base E/, quando uilizada a écnica de MLP Senoidal. (b Tensões de saída, referência e de Linha do inersor em por unidade Com base E/, quando uilizada a écnica com injeção de harmônico segundo a equação proposa. (c Especro de frequência da ensão de linha quando uilizada a écnica de MLP Senoidal. (d Especro de frequência da ensão de linha quando uilizada a écnica com injeção de harmônico segundo a equação proposa. EFEITO DA INJEÇÃO DE º HARMÔNICO SOBRE A TENSÃO DE FASE Quesiona-se, nesa seção, a não influência da injeção de º harmônico sobre as ensões fase-neuro. A parir de simulações, mosra-se que a DHT pouco muda diane da aplicação das diersas écnicas. O cálculo de DHT é feio araés da expressão.7 mosrada a seguir. DHT ef ef ef V Vf = (.7 Vf Onde V ef é o alor eficaz do sinal de ensão na saída do inersor e eficaz da fundamenal do mesmo. Vf ef o alor

53 Um esudo da Disorção Harmônica Toal para diersas écnicas de modulação em função do índice de modulação é enão realizado. Nas figuras.6,.7,.8 e.9 esão mosradas as formas de onda da ensão enre a fase a e a referência o ( enre os capaciores do barrameno CC (ao; Da ensão enre a fase a e o neuro fluuane da carga (an; Da ensão enre fases (ab e suas respecias componenes fundamenais junamene com o especro de frequência aé a Quina componene harmônica para um índice de modulação m =, na frequência de 60Hz com um período de amosragem de ms. (a (b (c (d (e (f Fig.6 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão de referência senoidal : (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene. (a (b (c (d (e (f Fig.7 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão de referência co-senoidal com a inrodução de ¼ da erceira harmônica: (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene.

54 (a (b (c (d (e (f Fig.8 - Modulação digial escalar gerada com uma ensão co-senoidal com a inrodução da erceira harmônica cuja ampliude é calculada de al forma que a onda disorcida ainja o alor máximo igual a pu : (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene. (a (b (c (d (e (f Fig.9 - Modulação digial escalar gerada usando a écnica de modulação eorial com µ = 0.5: (a Tensão ao, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas (b Tensão an. a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (c Tensão ab, a fundamenal e a combinação das cinco primeiras harmônicas. (d, (e e (f Especro de ampliude conendo as cinco primeiras harmônicas das formas de onda de ao, an e ab das figuras (a, (b e (c respeciamene. Obsera-se, enão, que o especro de frequência da ensão fase e neuro assim como da ensão fase fase para odos os casos são semelhanes aé a quina harmônica não haendo componenes de baixa ordem. E para melhor apreciação deses resulados, na fig..0a e.0b é apresenada a DHT da ensão an e ab, respeciamene para odas as écnicas definidas aneriormene em função do índice de modulação. Fig..0 (a Comporameno da DHT referene a ensão fase neuro ( an de odas as écnicas apresenadas. (b Comporameno da DHT referene a ensão fase fase ( ab de odas as écnicas apresenadas.

55 .4 CONCLUSÃO Nos méodos de modulação por largura de pulso radicionais, usam-se sinais modulanes sem quaisquer disorção. Verificou-se em esudos realizados por auores como Bowes (997 e Nazareno (998 a preocupação dos efeios da injeção de º harmônico neses sinais modulanes quando diz respeio aos resulados da DHT sobre as ensões de fase. Porano os resulados apresenados nese capíulo indicam que a injeção de º harmônico quase não afeam as ensões de fase, bem como a DHT, onde é mosrado que, independene da écnica de modulação aplicada, o comporameno da disorção referene a ensão fase-neuro pouco difere uma da oura.

56 4 - PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE UMA TÉCNICA DE MODULAÇÃO POR LARGURA DE PULSO. 4. INTRODUÇÃO Sabe-se que a écnica de MLP Veorial é baseada na eoria de eores espaciais e obsera-se que, na mesma, o eor ensão médio produzido depende apenas dos ineralos de aplicação dos eores aios. Broeck (988. A parir dese princípio percebe-se que há liberdade para esabelecer um padrão qualquer, inclusie o adequado à implemenação da MLP Veorial propriamene dia (onde os ineralos de empo de roda lire são iguais araés da monioração de uma consane µ, chamada de razão de disribuição dos eores nulos, simplificando de uma forma geral a geração de uma MLP, bem como o esforço compuacional gerado por esa. 4. RESUMO TEÓRICO Esuda-se no capíulo as écnicas de modulação de largura de pulso, enre elas a écnica de MLP escalar digial. A configuração da saída digial desenolida araés do sisema de equações (.48, donde são geradas as razões cíclicas para os ângulos de 0º, 0º e 60º, é enão copiada e mosrada na figura 4.. S S V 7 V V V 0 τ b τ a Donde : τ a = T /T s τ b = T /T s τ c = T /T s S τ c T s Figura 4. Saída digial desenolida Para o seor I Analisando a figura 4., ê-se que são aplicados os eores aios adjacenes e eores nulos no início e no fim do período de chaeameno, o que implica em um comporameno que compreende a minimização de harmônicos na correne de saída do inersor. A endência naural é que no próximo período de chaeameno se manenha o mesmo padrão, ou seja, o níel lógico seja (um no início e 0 (zero no fim. Segundo esa proposição é feia uma simulação com o moor de indução em regime nas frequências nominal e meade da nominal, manendo V/f consane. As figuras 4. e 4. mosram o comporameno da correne na saída do inersor bem como seu coneúdo harmônico.

57 V aof I sa 0 - Ampliud Razão de frequência Figura 4. ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 60Hz. ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de 0.0 e a respecia fundamenal. ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A V aof I sa 0 - Ampliud Razão de frequência Figura 4. ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 0Hz. ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal. ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A.

58 Obsera-se dessa forma nas figuras 4.b e 4.b uma não simeria da correne em orno de sua fundamenal, acarreando em um erro de correne acenuado. A forma de anular esa assimeria é inerer o padrão no próximo período de amosragem como pode ser iso na figura 4.4 e não repei-lo como esaa sendo feio. V 7 V V V 0 V 0 V V V 7 S τ a S τ b S τ c T a Figura Padrão de chaeameno resulane para o seor I Esa inersão do padrão no período seguine é possíel quando se calcula o empo τ a, uilizando-se os mesmos eores do seor em quesão, conano que se inera a ordem de aplicação deses em relação ao primeiro período de amosragem, como pode ser obserado na figura 4.4. Alguns exemplos ilusraios para os seores I, II e III são mosrados na figura 4.5. SETOR SETOR SETOR III S τ a S τ a τ a S τ b S τ b τ b S τ c S τ c τ c ( a ( b ( c Figura 4.5 ( a Padrão de chaeameno resulane para o seor I ( b Padrão de chaeameno resulane para o seor II ( c Padrão de chaeameno resulane para o seor III Com esa modificação no padrão de chaeameno, obsera-se que o erro de correne orna-se simérico em relação à fundamenal como mosrado nas figuras 4.6b e 4.7b. As simulações que seguem foram feias para frequências síncronas de 60Hz e 0Hz, indicadas nas figuras 4.6 e 4.7, respeciamene, com ensão de barrameno E = V, e índice de modulação m =.

59 V aof I sa 0 - Ampliud Razão de frequência Figura 4.6 ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 60Hz. ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal. ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A V aof I sa 0 - Ampliud Razão de frequência Figura 4.7 ( a Fundamenal da ensão V ao em pu com relação a ensão de barrameno E=V para uma frequência de 0Hz. ( b Correne da fase A aplicada a carga com um erro eficaz de e a respecia fundamenal. ( c Especro de frequência da correne de carga na fase A

60 4. GERAÇÃO DE INTERVALOS DE TEMPO τ * a, τ * b e τ * c QUE QUANDO CARREGADOS, SÃO CAPAZES DE PRODUZIR PADRÕES CORRESPONDENTES AOS DA MLP VETORIAL. Verificou-se no capíulo, que a principal diferença enre a écnica de modulação escalar digial e a écnica de modulação eorial, era que o empo de aplicação de cada eor nulo V 0 e V 7 apresenaa diferença em cada período de chaeameno. Nese capíulo, propõe-se enão desenoler uma écnica capaz de gerar um faor, para que somado aos ineralos de empo τ a, τ b e τ c, calculados a parir da implemenação da modulação escalar digial, possam resular em noos alores definidos por τ * a, τ * b e τ * c. Eses, quando enão carregados em um conador digial, geram padrões de chaeameno que passam a apresenar ineralos de empo de roda lire iguais, o que implica na modulação eorial, como pode ser obserado nos exemplos mosrados no decorrer dese capíulo. A écnica se baseia no seguine aspeco: Considere um padrão de chaeameno qualquer, como mosra a figura 4.8. E E E 0 00 τ a τ b E E τ c E T a Figura 4.8 Padrão de chaeameno Obsera-se na modulação eorial que a ampliude do eor produzido é definida apenas pelos ineralos de empo de aplicação dos eores aios. Dessa forma é imporane que eses ineralos sejam manidos consanes quando deerminados os noos alores de razões cíclicas. Considere que = +, é o empo oal de aplicação dos eores aios em um período de chaeameno T s.

61 Obsera-se enão que a parir dos padrões de chaeameno da figura 4.8, pode ser dado da seguine forma: = τ a 0 (4. onde percebe-se que, nese seor em paricular τ a = τ max e 0 = τ c = τ min. Logo, pode ser escrio de uma forma genérica para qualquer seor como esabelece a equação (4.. = τ max τ min (4. E que para um caso paricular, dado que os ineralos de empo de roda lire sejam iguais ( 0 = 00, e 0 represena o ineralo de empo oal de roda lire, ou seja, 0 = , em-se que 0 = 00 = 0 /, obém-se, assim a equação (4.. 0 = (4. Manendo-se enão o ineralo de empo (4., em-se que consane e a parir das equações (4. e τ* a = + 0 (4.4 Desenolendo, em τ* a = ( τ a 0 + ( / (4.5 τ * a = τ a (4.6 Analogamene, τ * b = τ b + τ * c = τ c (4.7 (4.8 Dessa forma, é possíel a aquisição de noos ineralos de empo, que quando processados é erificado que o empo de aplicação dos eores nulos orna-se igual, no início e no fim do período de chaeameno, da mesma forma que aconece na modulação eorial. Um exemplo dese fao é mosrado para o seor I, como se erifica a seguir:

62 A parir do sisema de equações T T T T = s Ts = Ts = V + m cos( wk E / Vm cos( wk 0º + E / Vm cos( wk + 0º + E / (4.9 E fazendo w k = 60º, em se que, τ a = 0.75, τ b = 0.75 e τ c = 0, formando assim um padrão de chaeameno, onde os ineralos de empo de aplicação dos eores nulos não são iguais, como pode ser obserado na sequência. = τ b - τ c = 0.75 Calculando, enão 0 e 00 0 = τ b, 0 = 0; 00 = T s - τ b, 00 = 0.5. Parindo, enão das equações (4.6, (4.7 e (4.8 e subsiuindo os alores de τ a,τ b e τ c assim como 0 e 00, calcula-se os alores dos ineralos de empo τ* a, τ* b e τ* c que após implemenados, formam um padrão de chaeameno, ornando os ineralos de empo de aplicação dos eores nulos, iguais no início e no fim do período de chaeameno, como pode ser mosrado a seguir, Das equações, τ * a = τ a + τ * b = τ b + τ * c = τ c Obém-se, τ* a = 0.875, τ* b = e τ* c = 0.5, donde a parir da diferença τ* b - τ* c, calcula-se o ineralo de aplicação dos eores aios, que equiale a = Calcula-se, finalmene 00 e 0 perencenes a esse noo padrão implemenado, onde 0 = τ* b e 00 = T c - τ* b, enconrando os alores 0 = 0.5 e 00 = 0.5. Obsere que os ineralos de empo de aplicação dos eores nulos ornam-se iguais, como o desejado.

63 4.4 GERAÇÃO DE UM PADRÃO DE CHAVEAMENTO QUALQUER A PARTIR DA ESCOLHA DO VALOR DE µ. É imporane obserar que a mudança proocada nos ineralos de empo 00 e 0 não aleram o alor do ineralo de empo oal de roda lire 0. Iso é erdade a parir do momeno em que os ineralos de empo de aplicação dos eores aios foram manidos consanes. A parir dese princípio, erifica-se que na proporção que 0 aumena, 00 diminui, e ice-ersa. Porano é possíel definir uma razão de disribuição dos pesos deses ineralos de empo. Esa razão é enão definida como mosra a equação ( µ = ( Donde, a consane µ é chamada de razão de disribuição. A Parir da equação 4.4, em se que τ* a = + 0, onde = τ max - τ min e da equação 4.0, 0 = µ ( , subsiuindo enão as expressões de e 0 em τ* a, obém-se τ * a = a e desenolendo, enconra-se τ * a = a τ - τ min + µ ( , 0 = τ min τ + 00 µ - ( - µ min τ (4. Percebe-se na equação 4., a presença de uma expressão dependene de µ que será definida por τ aux = µ 00 - ( - µ τ min. Obsera-se que o mesmo somado a τ a gera um noo ineralo de empo τ * a que quando carregado nos conadores digiais, orna-se possíel gerar um padrão de chaeameno generalizado. Logo, em-se que τ * a = τ a + Analogamene τ aux (4. τ * b = τ b + τ * c = τ c + τ aux (4. τ aux (4.4

64 A parir, enão de um alor deerminado para µ, é possíel ser implemenado um padrão de chaeameno equialene ao abordado na écnica de modulação eorial (µ=0.5, ou ouro padrão, como mosra o exemplo dado na figura 4.9. amd amd (a (c amd (b Figura (a Sinal modulane não senoidal para µ =0.5 (b Sinal modulane não senoidal para µ =0 (c Sinal modulane não senoidal para µ= IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA EM HARDWARE Quano à implemenação do hardware, os empos programados são oriundos dos alores de τ* a, τ* b, τ* c, carregados em conadores digiais do ipo crescene/decrescene com o objeio principal de possibiliar uma inersão de padrão como pode ser iso na figura 4.. Para que isso seja possíel, uma roina de implemenação é enão proposa no sofware, como pode ser obserada no fluxograma, mosrado na figura 4.0. an, bn, cn τ a, τ b, τ c τ min, τ max µ τ * a = a τ + 00 τ µ - ( - µ min Figura 4.0 Fluxograma proposo τ a *, τ b *, τ c *

65 O sinal lógico c/d define o ipo de conagem da seguine maneira: c/d = 0 Conagem Conagem crescene decrescene Dado enão o pulso de comando para carregameno de τ a *, τ b * e τ c *, em-se o, início de geração de um padrão de chaeameno espelhado, como o proposo. Pulsos de Esado do C/d T s / T s Figura 4.- Funções de chaeameno geradas por conadores programáeis, durane um período de chaeameno. De acordo com o níel lógico especificado por c/d, os rês conadores acionados por um sinal de relógio de período T, efeuam suas respecias conagens. No início de cada período de chaeameno, quando c/d = 0, a saída do conador permanece em níel lógico durane a conagem dos empos τ* i, (i = a, b, c. Logo após o érmino dese empo, o níel lógico na saída dos conadores orna-se zero. Quando c/d =, o níel lógico de saída dos conadores permanece em zero durane a conagem de empo equialene a (Ts - τ* i. Ese ineralo de empo, quando finalizado, faz com que a saída do conador comue para aé que o período de chaeameno eseja compleo. O circuio que possibilia a execução desa operação é mosrado na figura 4.. T S D CP U4 Q _ Q UC UA S IMPUTS UA UA UE S Couner UD S couner UB UB Cl Figura 4. - Esboço do circuio básico para implemenação da conagem dos empos calculados

66 A idéia de funcionameno dese circuio é que a saída S inicie em níel lógico "" e caso não haja mudança de esado na saída do flip-flop U4, a saída S acompanha o comporameno da saída do conador S couner. O que corresponde a cada período TS um padrão repeiio. Porém o que na erdade ocorre é uma mudança periódica no esado de saída do flip-flop U4, e esa é proocada araés de pulsos de clock aplicados ao mesmo, ese pulso é inroduzido no final do período de chaeameno T s oriundo da saída do conrole ia sofware, quando se erifica enão a inersão do padrão esperado, como mosrado na figura 4., e dessa forma o padrão proposo é aplicado para o comando das chaes do inersor, araés das saídas S e Si (i =,, CONCLUSÃO É iso que, araés da manipulação de expressões algébricas de uma forma puramene escalar e parindo de alguns conceios e considerações, é possíel se deerminar um faor definido por "τ* aux "(em função de uma consane definida por "µ", que é acrescenado aos ineralos de empo de fechameno das chaes τ a, τ b e τ c, criando assim noos ineralos τ* a, τ* b e τ* c, que quando carregados no conador possibiliam a geração de um padrão qualquer. Esa escolha dependerá do alor da consane "µ" assumido. Percebe-se enão a flexibilidade de implemenar um padrão qualquer, inclusie o padrão que caraceriza a Modulação por Largura de Pulso Veorial quando " µ = 0.5". É noáel quando da implemenação desa écnica de modulação, a semelhança para com a écnica de MLP Veorial, razendo não apenas as anagens enolidas nese ipo de modulação, mas ambém, o que é muio imporane, um algorimo muio simples e esforço compuacional basane reduzido em relação ao méodo conencional desenolido por Broeck. Além dese perfil apresenado pela écnica proposa, erificase sua iabilidade quano à flexibilidade de geração de padrões diersos, o que pode colaborar para fuuras pesquisas nese ramo. i

67 5. INTERFACE PWM PARA PC 5. INTRODUÇÃO Nese capíulo é descria uma inerface digial para geração de sinais modulados por largura de pulso. O objeio de desenolimeno dese circuio foi para inerfacear um microcompuador PC com um inersor rifásico, a fim de permiir o conrole do mesmo ia microcompuador. A écnica de Modulação por Largura de Pulso(MLP foi escolhida pelas caracerísicas e anagens proporcionadas ao conrole digial. 5. DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES DA INTERFACE Para o projeo da inerface foram empregados circuios inegrados para a ransferência de dados uilizando o microcompuador. Denre eses circuios, enconrase o inegrado 855 da INTEL que é um periférico de inerface programáel, o inegrado 74LS8 que é um decodificador (rês para 8(oio, ou seja, emos 8(oio endereços diferenes a parir de (rês linhas de endereçameno além do inegrado EPM78SLC84-7 da família MAX do fabricane ALTERA que é um chip programáel. 5.. CIRCUITO INTEGRADO 855 O circuio inegrado 855 da INTEL como já ciado, é um periférico de ineface programáel, que é uilizado para conexão de disposiios exernos ao barrameno do sisema. O barrameno de dados é de 8(oio bis, e a ransmissão desses dados pode ser feia de forma uni ou bidirecional. Os pinos de conrole podem ser uilizados direamene do barrameno do microcompuador, simplificando assim o méodo de operação do 855. O inegrado possui poras: A, B e C de 8(oio bis, que podem ser programadas como enrada e saída de forma independene, exceo a C que é diidida em dois grupos de 4 bis que operam independenes enre si, chamados de pora C ala e pora C baixa, conforme figura 5. obserada logo abaixo. RD WR A A 0 RESET BARRAMENTO DE DADOS LÓGICA DE CONTRO LE GRUPO A CONTROLE GRUPO B CONTROLE Figura 5. Diagrama de blocos do 855 GRUPO A PORTA A GRUPO A PORTA C ALTO GRUPO B PORTA C BAIXO GRUPO A PORTA B I/O I/O I/O I/O

68 A seleção de uma dessas rês poras se dá araés das enradas A 0 e A, conjunamene com sinais nas enradas RD(READ e WR (WRITE para a respecia leiura ou escria de um dado de conrole ou saus do sisema. A enrada RD (READ deerá esar em níel 0(zero para que o CI eseja habiliado a leiura e (um para desabiliá-lo, enquano a enrada WR (WRITE deerá esar em 0(zero para que o inegrado eseja habiliado a escria e (um para desabiliá-lo a esa operação. Esas enradas assim como o RESET são normalmene inerligadas, respeciamene aos pinos RESET, RD (READ e WR (WRITE do barrameno ISA, sendo as duas úlimas conroladas assim pelo comando execuado pelo programa uilizado. A enrada CS ( CHIP SELECT habilia a comunicação enre o inegrado 855 e a CPU, esa enrada deerá esar em níel lógico 0(zero para que haja esa habiliação e em (um, para que o desabilie. Um resumo de operação básica do inegrado 855 é descrio na abela 5., isa a seguir. A A 0 WR CS OPERAÇÃO DE ENTRADA(READ RD PORTAA BARRAMENTO DE DADOS PORTA B BARRAMENTO DE DADOS PORTA C BARRAMENTO DE DADOS OPERAÇÃO DE SAÍDA(WRITE BARRAMENTO DE DADOS PORTA A BARRAMENTO DE DADOS PORTA B BARRAMENTO DE DADOS PORTA C 0 0 BARRAMENTO DE DADOS CONTROLE Tabela 5. Operação básica do 855 O inegrado 855 possui modos de operação: Modo 0, Modo e Modo, O modo 0, por exemplo, quando selecionado, faz com que as poras A, B e C funcionem, simplesmene como saída de dados. Mas, é imporane perceber que inicialmene é preciso eniar uma palara de comando que especifique ese modo de funcionameno assim como os ouros. A figura 5. mosra como é definida esa palara de comando.

69 PALAVRA DE CONTROLE D 7 D 6 D 5 D 4 D D D D 0 GRUPO B PORTA C(BAIXO =IMPUT PORTA B =IMPUT 0=OUTPUT SELEÇÃO DO MODO 0=MODO 0 GRUPO A PORTA C(ALTO =IMPUT 0=OUTPUT PORTA A =IMPUT 0=OUTPUT SELEÇÃO DO MODO 00=MODO 0 0=MODO MODO FLAG SETADO =ATIVO Figura 5. Definição do modo de operação 5.. O CIRCUITO INTEGRADO 74LS8 O CI 74LS8 pelo fao de ser um decodificador (rês para 8(oio, apresena rês enradas A, B e C desinadas a seleção da saída do sinal resulane em * G G + G A B =. A habiliação da saída ou não dese sinal araés das poras Y 0, Y 7 será dada pelo níel lógico aplicado ao erminal G, caso o níel seja 0(zero, o CI esará desabiliado, caso seja (um, o CI esará habiliado, como pode ser obserado no modo de operação erificado na abela 5. a seguir.

70 HABILITAÇÃO SELEÇÃO DAS DAS ENTRADAS ENTRADAS SAÍDAS * G G C B A Y 0 Y Y Y Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 X X X X 0 X X X X Tabela CIRCUITO INTEGRADO EPM78SLC84-7 DA ALTERA A família MAX do fabricane ALTERA, onde fazem pare MAX 9000, MAX 7000B, MAX 7000A, MAX 7000S, MAX 7000, MAX 5000 e MAX 000A, são inegrados que apresenam caracerísicas como processameno de ala elocidade e compacidade. Eficazes na programação de complexas arquieuras de circuios lógicos, são de grande uilidade quando se deseja resulados no que se diz respeio a ober compacidade de hardware, ornando-o mais simples. A programação do inegrado EPM78SLC84-7 é feia araés de um sofware específico chamado de MAX+PLUS II. Ese sofware possibilia a criação de circuios lógicos iruais uilizando-se de diersas poras lógicas, inclusie conadores, que serão responsáeis pela conagem dos empos resulane do cálculo proposo nese rabalho. A figura 5. erificada mais adiane, mosra o circuio esruurado com eses conadores, circuio ese desenolido com base na idéia de implemenação da proposa araés de um circuio lógico, discuida no capíulo 5. Uma descrição mais dealhada dos circuios inegrados esá acessíel em seus respecios manuais (daashes disposos nos anexos I,II e III, respeciamene, enconrados no capíulo final desa disseração.

71 5. FUNCIONAMENTO DA INTERFACE A A 0 B 4 B A 9 A 8 A 7 A 6 A 5 A 4 A A 74LS8 A 0 A RD WR D 0 D D D D 4 D 5 D 6 D 7 85 PA 0 PA PA PA PA 4 PA 5 PA 6 PA 7 PB 0 PB PB PB PB 4 PB 5 PB 6 PB 7 D 0 D D D D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D 9 D 0 D D D D 4 D 5 B 8 A 7 A A A B B G A G B G A B C Y 0 Y Y Y Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 GND VCC PC 0 PC PC PC PC 4 PC 5 CS PC 6 PC 7 VCC GND Figura 5. Esquema de ligação do 74ls8 e 855 ao barrameno ISA CARBF Conecado ao barrameno ISA como mosra a figura 6., o periférico de inerface programáel 855 é anes de udo habiliado araés do inegrado 74LS8, onde sua uilização se dá pelo fao de que o endereço uilizado pode coincidir com algum disposiio já conecado. Assim, ese inegrado possibilia o endereçameno correo dado araés do barrameno ISA do PC, eiando possíel conflio. O endereço uilizado nese projeo é, em hexadecimal, igual a 0, o que lea a seleção das ariáeis A,B e C resular em um níel lógico igual a 0(zero em Y 6, e quando o mesmo é conecado ao erminal CS ( CHIP SELECT do periférico em quesão, habilia-o, como o esperado. Habiliado, o inegrado 855, é eniada araés dos pinos A e A 0 do barrameno ISA, respeciamene aos erminais A 0 e A, do 855, uma palara binária com a finalidade de escolha da pora onde será realizada uma leiura ou escria de um dado. Inicialmene é selecionado A 0 = e A = para que seja possibiliado o enio de um dado de conrole onde será deerminado o modo de operação. Em paricular, no presene caso, será o modo 0, onde as poras A, B e C são uilizadas apenas como saída, como já comenado aneriormene. O dado de conrole, bem como a figura que ilusra a configuração resulane das poras são mosrados a seguir. D 7 A 855 C B PA 7 PC 7 D 7 D 6 D 5 D 4 D D D D PC Figura 5.4 Configuração modo 0 PB 7

72 A parir do momeno que ese dado é alocado no endereço de alor em hexadecimal, o inegrado 855 esará programado no modo de operação desejado. Ese dado de conrole é eniado araés de uma palara binária conendo 8 bis araés dos pinos A, A 9 do barrameno ISA aos erminais D 0, D 7 do inegrado.(er figura PROGRAMAÇÃO E UTILIZAÇÃO DA INTERFACE A inerface é habiliada por inermédio do decodificador 74LS8, araés do endereçameno selecionado, processo ese já discuido aneriormene. Logo após enão da habiliação da inerface paralela 855, os conadores são programados com as palaras de conagem calculadas araés do méodo proposo no capíulo 5. Uilizam-se enão os comandos execuados na linguagem C descrios na abela 6. para programar a inerface paralela 855. COMANDO FUNÇÃO md = 0x80; ouporb(ic855_bil+,md; ouporb(ic855_bil+0,0x0; ouporb(ic855_bil+,0x0; Tabela 5. Programa a inerface 855 no modo conrole para que as poras A e B auem como saída de dados. Enia a palara de dados 0H para a pora A da inerface. Enia a palara de dados 0H para a pora B da inerface. Uilizando-se desses comandos, é feia a comunicação com a inerface paralela eniando porano dados referenes aos alores dos empos calculados. Uma sequência de comandos é definida a seguir: Inicialmene, limpam-se os conadores; - Calculam-se as palaras de conagem necessárias para produzir as larguras de pulso desejadas; Carregam-se as palaras de conagem no conador; 4 solicia-se que inicie a conagem; 5 Vola-se à eapa ao érmino de um período definido, e o processo é repeido coninuamene aé que seja inerrompido pelo usuário.

73 O exemplo a seguir descree a uilização da inerface para gerar um padrão de chaeameno em um período de amosragem Ta, a parir do carregameno de ineralos de empo definidos pelo cálculo proposo nese rabalho. ouporb( IC855_BIL+,0X0; /*Enia a palara 0H para a pora C da inerface LIMPANDO OS CONTADORES */ ouporb(ic855_bil+,0x5f; /*Enia a palara 5FH para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL ALTO PULSO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE POLAR */ ouporb(ic855_bil+,0x5e;/*enia a palara 5EH para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL BAIXO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE POLAR, A POLARIDADE ENTÃO É INVERTIDA CRIANDO UM ESPELHO DO PADRÃO DE CHAVEAMENTO */ ouporb(ic855_bil+,0x4e; /*Enia a palara 4EH para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL BAIXO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE CARCONT*/ ouporb(ic855_bil+,0x5e; /*Enia a palara 5EH para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL ALTO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE CARCONT, INICIA-SE ENTÃO A CONTAGEM */ /* Cálculo dos ineralos de empo de chaeameno */

74 T smin = ; If(T smin > T smin = ; If(T smin > T smin = ; o = T s - T smax ; h = µ o *(-µt smin ; = + h ; = + h ; = + h ; = 0.5*T s *(+(V/Eq; = 0.5*T s *(+(V/Eq; = 0.5*T s *(+(V/Eq; /* Calculo das palaras de conagem dos conadores */ xb = 8.; /*consane*/ con = *xb; con = *xb; con = *xb; /*Implemenação da palara de conagem para o conador 7459*/ = T con ; = T con ; = T con ; con = (long in ; con = (long in ; con = (long in ; lsb = 0x00FF & con; /* ESCREVE O VALOR DO TEMPO NAS PORTAS A e B */ msb = (0xFF00 & con>>8; ouporb(ic855_bil+0, lsb; /*Enia o conjuno de bis menos significaio da palara que represena o alor de empo carregado no conador para a pora A da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, msb; /*Enia o conjuno de bis mais

75 que a significaio da palara represena o alor de empo carregado no conador para pora B da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, 0x5;/*Enia a palara 5H para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL ALTO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE CARBFF_*, CARREGANDO O CONTADOR COM A PALAVRA DE CONTAGEM CONT*/ lsb = 0x00FF & con;/*escreve O VALOR DO TEMPO NAS PORTAS A e B */ msb = (0xFF00 & con>>8; ouporb(ic855_bil+0, lsb;/*enia o conjuno de bis menos significaio da palara que represena o alor de empo carregado no conador para a pora A da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, msb; /*Enia o conjuno de bis mais significaio da palara que represena o alor de empo carregado no conador para a pora B da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, 0x56;/*Enia a palara 56H para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL ALTO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE CARBFF_*, CARREGANDO O CONTADOR COM A PALAVRA DE CONTAGEM CONT*/

76 lsb = 0x00FF & con;/*escreve O VALOR DO TEMPO NAS PORTAS A e B*/ msb = (0xFF00 & con>>8; ouporb(ic855_bil+0, lsb;/*enia o conjuno de bis menos significaio da palara que represena o alor de empo carregado no conador para a pora A da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, msb;/*enia o conjuno de bis mais significaio da palara que represena o alor de empo carregado no conador para a pora B da inerface*/ ouporb(ic855_bil+, 0x5E;/*Enia a palara 5EH para a pora C da inerface APLICANDO UM NÍVEL ALTO NO PINO DE CONTROLE DO PLD DENOMINADO DE CARBFF_*, CARREGANDO O CONTADOR COM A PALAVRA DE CONTAGEM CONT*/ Obsera-se que, araés dos comandos ouporb, mensagens são eniadas para a pora paralela 855 endereçadas segundo as insruções IC855_BIL+0, IC855_BIL+ e IC855_BIL+, onde as duas primeiras represenam o comando para enrada de dados pela pora A e B, respeciamene enquano a erceira insrução represena o comando de conrole (pora C da inerface IMPLEMENTAÇÃO DO CIRCUITO PROPOSTO NO PLD Um circuio conador é enão projeado no PLD para gerar o padrão proposo ao receber eses sinais ia micro. A figura 5.5 mosra sua configuração.

77 Figura 5.5 Diagrama lógico do circuio de conagem dos empos resulanes do cálculo proposo nese rabalho referene a fase A. Obsera-se, nese circuio, uma série de enradas que coordenam o funcionameno do mesmo e para melhor enendê-lo, será feio um bree comenário sobre esas. As enradas D 0 a D 5 dee receber a informação que coném o número binário que equiale ao alor do empo a ser carregado pelos conadores. No início da operação, os conadores são limpos araés da aplicação de um pulso ( 0 no pino de enrada limpacon e quano aos mesmos esarem habiliados, o pino de habiliação ( pino b dee esar em níel alo(. Assim que a palara de 6 bis é eniada às enradas D 0 a D 5, é selecionado o conador que será carregado com a informação. Esa seleção é feia araés da aplicação de um pulso ( 0 no pino de enrada carbff. Os conadores, já de posse da informação eniada a cada um deles, precisam enão ser carregados e iniciarem a conagem simulaneamene. Para isso aplica-se um pulso ( 0 no pino de enrada carcon. Inicia-se, enão, o processo de conagem. A cada período de amosragem um ouro pulso ( 0 é aplicado ao pino de enrada polar conecado ao clock do flip flop ipo D, fazendo com que, ao final do mesmo, seja proocada uma mudança de esado na saída dese flip - flop, inerendo assim o esado na saída do conador. É gerado dessa forma o padrão preendido.

78 5.4 IMPLEMENTAÇÃO DA TÉCNICA PROPOSTA COM O USO DA INTERFACE PWM PARA PC Percebe-se que o circuio da figura 5.5 ilusra apenas uma das rês saídas que deemos represenar, o mesmo foi apresenado desa forma, é claro, para melhor se enender seu funcionameno inerno e assim ober uma melhor isão do odo. Com ênfase nas rês fases e esraégia de monioração para que se enha o padrão proposo, o circuio da figura 5.5 é enão expandido para rês fases e compacado em apenas um bloco, no qual será programado no PLD para enão efeuar a implemenação que se deseja. A figura 5.6 ilusra o circuio. Figura 5.6 Diagrama lógico do circuio de conagem dos empos resulanes do cálculo proposo nese rabalho referene as fases A(S,B(S e C(S. Carregam-se os ineralos de empo, um bree esboço do padrão é desenhado na figura 5.7 mosrando com clareza o espelhameno enão esperado pela implemenação da écnica. Logo em seguida, são mosradas algumas simulações da saída do PLD, comparados mais arde com os resulados experimenais. Pulsos de Esado do C T a T c Figura 5.7 Funções de chaeameno geradas por conadores programáeis, durane um período de chaeameno.