Eletrônica de Potência I Prof. André Fortunato rev. 1-11/2011

Transcrição

1 Nome: Realizado em: / / Nome: Entregue em: / / Nome: EXPERIÊNCIA 3 Nome: NOTA: Recorte este cabeçalho e anexe ao seu relatório. Experiência 3 Retificador de Onda Completa Objetivo Nesta experiência ver os princípios básicos de simulação e utilizar o simulador para testar um retificador de onda completa. Vamos obter as formas de onda e calcular os valores fundamentais do conversor. Procedimento Abra o software Capture na pasta OrCAD Release 9 (ou 9.1, ou 9.2). Ao abrir o programa, você será conduzido à seguinte tela. Figura 1 Tela inicial. Experiência 3 pág. 1 de 12

2 figura 2. Para criar um novo projeto, escolha no menu File New Project..., conforme mostra a Figura 2 Abrindo um novo projeto Entre as opções de novo projeto mostradas na figura 3, podemos realizar uma PCB, uma simulação, um projeto em lógica programável ou apenas um esquemático. Selecione a opção Analog or Mixed Signal Circuit Wizard para desenhar o esquema elétrico e realizar a simulação. Coloque um nome (sem espaços e/ou caracteres especiais) no campo Name e escolha a área onde o projeto será salvo no item Location. Atenção: Escolha uma área em que o grupo tenha acesso aos arquivos nas próximas aulas. Como segurança, ao final da aula também salve o projeto no seu pen-drive. Figura 3 Escolhendo o novo projeto Experiência 3 pág. 2 de 12

3 Se aparecer uma caixa de diálogo pedindo para incluir as bibliotecas de componentes, conforme mostra a figura abaixo, selecione as seguintes bibliotecas: ANALOG, SOURCE e BREAKOUT. Figura 4 Escolhendo as bibliotecas de componentes. A área de trabalho irá aparecer em seguida, assim como a árvore da hierarquia do circuito. Nós trabalharemos somente com a área de trabalho e com os ícones disponíveis nas barras horizontal e vertical. Para desenhar o circuito utilizaremos os ícones apontados pelas setas na figura 5. Figura 5 Menu vertical para trabalhar no circuito. Experiência 3 pág. 3 de 12

4 A função de cada um dos ícones apontados está descrita na tabela a seguir. Insere um novo componente na área de trabalho. Se o componente não estiver disponível nas bibliotecas já inseridas, adicione uma nova biblioteca clicando em. Escolha a biblioteca a partir da lista que será mostrada e clique Open. Faz a conexão entre um componente e outro. Para realizar uma curva de 90º, basta dar um clique no local desejado. Insere o terminal de terra. Escolha sempre a opção 0/SOURCE na caixa de diálogo que aparecer Monte o circuito mostrado a seguir na figura 6. Primeiro, insira os componentes clicando no ícone e buscando um componente de cada vez na janela de componentes mostrada na figura 7, com exceção do terra. Se for necessário rotacionar um componente, aperte a tecla R quantas vezes forem necessárias. A tecla ESC pára de inserir o componente. Você irá localizar os componentes da figura 6 nas seguintes bibliotecas: Fonte VSIN na biblioteca SOURCE. Indutor L na biblioteca EVAL ou BREAKOUT. Resistor R na biblioteca ANALOG. Diodo Dbreak na biblioteca BREAKOUT. Experiência 3 pág. 4 de 12

5 Arranje os componentes na tela, conforme mostrado na figura 6. Depois, clique no ícone para conectar corretamente os componentes, conforme a figura 6. Por fim, insira o terra clicando em. Figura 6 Circuito a ser testado. Figura 7 Inserindo novos componentes. Experiência 3 pág. 5 de 12

6 Dê um duplo-clique sobre o símbolo da fonte senoidal para configurar a sua operação. Configure os seguintes parâmetros: AC = 0 DC = 0 FREQ = 50 PHASE = 0 TD = 0 VAMPL = 100 VOFF = 0 Tensão para simulação AC (não faremos) Tensão para simulação DC (não faremos) Frequência do sinal em hertz. Fase em graus. Atraso em relação ao t = 0s Amplitude em volts. Deslocamento (offset) em volts. Para o resistor, o único parâmetro que deve ser configurado é o parâmetro VALUE = 10 (em ohms) e para o indutor, considere um valor desprezível nesse momento (10n, por exemplo). Salve todo o seu projeto clicando em File Save. Agora vamos simular o circuito. Para simular o circuito utilizaremos os ícones apontados pelas setas na figura 8. A função de cada um dos ícones apontados está descrita na tabela a seguir. Configura a simulação. Inicia a simulação. Seleciona a tensão de nó (em relação ao terra) que será mostrada no gráfico. Sempre coloque a ponteira no pino do componente. Para rotacionar a ponteira pressione a tecla R quantas vezes forem necessárias. Seleciona a corrente no ramo que será mostrada. Sempre coloque a ponteira no pino do componente. Para rotacionar a ponteira pressione a tecla R quantas vezes forem necessárias. Seleciona a diferença de tensão entre dois pontos do circuito que será mostrada no gráfico. Figura 8 Menu horizontal para simulação. Experiência 3 pág. 6 de 12

7 Clique no ícone e configure o campo Name da figura abaixo com um nome para a sua simulação (não use espaços e/ou caracteres especiais). Clique em Create. Figura 9 Nomeando uma nova simulação. A janela de configuração da simulação, semelhante à figura a seguir, irá se abrir. Configure os campos Run to Time = 200m, Start saving data after = 100ms e Maximum step size = 1u. Clique em OK. Figura 10 Configurando a simulação. Experiência 3 pág. 7 de 12

8 Escolha os pontos de medidas desejados. Use o ícone para medir a tensão na carga, conforme a figura 11. para medir a tensão na fonte e Figura 11 Circuito com os pontos de teste. Pressione o ícone. Se estiver tudo correto, a seguinte janela irá abrir e indicará que a simulação está ocorrendo (veja a seta indicando Simulation running...). Figura 12 Janela de resultado da simulação. Experiência 3 pág. 8 de 12

9 As figuras 13 e 14 mostram alguns dos recursos disponíveis na janela de simulação. Figura 13 Recursos da janela de simulação. Figura 14 Recursos da janela de simulação. Inicialmente o programa mostra todas as curvas no mesmo eixo. Para separar os gráficos, use o menu Plot Add Plot to Window. Um novo eixo será criado. Clique com o mouse sobre nome do sinal que você que colocar no novo eixo (ao clicar sobre o nome do sinal, o nome fica vermelho). Pressione Experiência 3 pág. 9 de 12

10 Ctrl-X, clique com o mouse no espaço vazio do novo eixo e pressione Ctrl-V. O sinal desejado deve aparecer no novo eixo. Use esse procedimento para separar os sinais de corrente dos sinais de tensão. O resultado final deve ser algo semelhante à figura 15. Corrente Tensão Figura 15 Resultado da simulação. Atenção: Salve novamente o seu projeto clicando em File Save. Para manter um back-up dos arquivos de simulação em seu pen-drive basta gravar os arquivos de extensão.dsn,.opj e.sim. A) Com base nos gráficos responda as seguintes questões: Apresente os gráficos da corrente na carga, tensão na carga e tensão na fonte. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor como V Don). Use os recursos do gráfico para calcular a tensão média. Preencha a tabela abaixo com esse valor e compare com o valor esperado (teórico). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor e compare com o valor esperado (teórico). Experiência 3 pág. 10 de 12

11 Carga R: Simulador Carga R: Calculado V MED I MED V MED I MED B) Deixe apenas o gráfico da tensão na carga e obtenha o espectro. Use o ícone para obter o espectro. A partir do gráfico, obtenha os valores da tabela abaixo e verifique se estes estão de acordo com a teoria. Carga R: Simulador Carga R: Calculado f fund V L1ef V L2ef V L3ef f fund V L1ef V L2ef V L3ef C) Altere o valor da indutância para 100mH. Responda as questões abaixo: Apresente os gráficos da corrente na carga, tensão na carga e tensão na fonte. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor como V Don). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor e compare com o valor esperado (teórico). Meça o valor pico a pico do ripple e apresente o seu valor eficaz (suponha que o ripple seja causado por uma oscilação puramente senoidal na frequência da primeira harmônica da tensão na carga). Preencha a tabela abaixo com o valor do ripple da corrente. Compare com a teoria. Carga RL: Simulador Carga RL: Calculado I MED I AC = I RIPPLE I MED I AC = I RIPPLE Experiência 3 pág. 11 de 12

12 D) Calcule qual deve ser a indutância para obtermos um ripple de 350mA. Responda as questões abaixo: Apresente o gráfico da corrente na carga. Apresente o espectro da corrente na carga. Use o gráfico para obter a queda de tensão no diodo durante a máxima condução (use esse valor como V Don). Use os recursos do gráfico para calcular a corrente média. Preencha a tabela abaixo com esse valor e compare com o valor esperado (teórico). Usando o espectro obtido no simulador, meça o valor eficaz do ripple da corrente de carga. (suponha que o ripple seja causado por uma oscilação puramente senoidal na frequência da primeira harmônica da tensão na carga). Compare esse valor com o valor esperado. Carga RL: Simulador Carga RL: Calculado L I MED I AC = I RIPPLE I MED I AC = I RIPPLE E) A partir dos dados do item anterior mostre que IMED IRMS. Relatório Faça um relatório apresentando as respostas de todas as questões acima e as tabelas preenchidas. Mostre os seus cálculos e justifique as suas contas. Faça uma análise comparativa entre os resultados das simulações com carga R e RL e compare com os resultados teóricos esperados quando solicitado. Apresente justificativas sobre as possíveis diferenças encontradas. Coloque no relatório TODOS as simulações (formas de onda) solicitadas. Experiência 3 pág. 12 de 12