UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES - ENGENHARIA ELÉTRICA
Prof. José Roberto Marques
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Exp. 1 (Simulação)
LABORATÓRIO DE SIMULAÇÂO DE FONTES CHAVEADAS
O objetivo deste laboratório é simular fontes chaveadas Buck (abaixadora de
potencial) e Boost( elevadora de potência) utilizando o aplicativo PSIM (Power
Simulator).
Procedimento:
Faça o download e instale a versão gratuita do PSIM a partir do site
www.powersimtech.com.
CONVERSOR BUCK
1- Instale o software e edite o diagrama relativo a fone Buck mostrado
abaixo.
2- Clique no gerador de onda triangular e programe-o para 5Vpp, DCoffset = 0 e frequência =100Hz.
3- Fixe a tensão da fonte CC em 100V, o indutor em 0,5H e o resistor de
saída em 10 Ohms.
4- Fixe o horizonte de simulação (relógio superior a esquerda) em 0.25 s
que é o tempo de simulação desejado. Quanto maior este tempo maior o
tempo de processamento de simulação.
5- Clique o ícone de simulação.
6- Após a simulação clique no ícone do osciloscópio e escolha a variável
que você quer observar.
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7- Fixe a tensão de referência de acordo com a tabela abaixo e verifique o
valor médio da tensão de saída relacionando-o com a relação entre a
tensão de pico da onda triangular modulada e a tensão de referência
modulante do sistema. Relacione esta razão com a tensão média de
saída em relação a tensão de alimentação.
8Vref
0,0
Vsaida
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
9- Aumente a indutância do indutor para 1H e repita o procedimento para
Vref=2,5V. Verifique se o sistema ficou mais lento, ou seja diminuiu sua
dinâmica.
10- Diminua a indutância para 0,1H mantendo a tensão de referência. O
regulador ficou mais rápido, mas houve um aumento do ripple da
corrente (tensão).
11- Aumente a frequência do modulador triangular para 1000Hz, mantendo
o indutor com 0,1H. Houve melhora na resposta dinâmica? E no ripple?
12- Coloque um pequeno capacitor de 50uF em paralelo com a carga.
Melhorou o ripple da tensão de saída?
13- Modifique o circuito incluindo uma carga extra em paralelo com a carga
original do conversor de modo que ela entre em operação, acionada
pelo gerador de degrau, no instante 0,1s. O esquema é mostrado na
figura abaixo.
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14- Verifique o comportamento da tensão de saída em função da adição
brusca de uma nova carga. Qual foi a resposta do sistema a adição
repentina de uma nova carga, dobrando a corrente de saída?
Fechamento de uma malha de controle:
15- Vamos fixar uma tensão de realimentação baseada na tensão de pico da
onda triangular modulada. Assim a tensão máxima de retorno deve ser
, onde o valor 100 é a tensão máxima de saída do
conversor Buck. Os valores de R1 e R2 são arbitrários, o que importa é
a relação entre eles. Assim se definirmos R2=1000Ω,
1 2=19 Ω.
16- Simulação a ser montada:
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17- Preencha a tabela abaixo para as condições de ganho especificadas
com Vref=2,5V.
k
1
5
10
20
50
100
Vsaida
18- Troque o controlador proporcional k por um controlador PI, ajuste o
ganho proporcional em k=10 e verifique o comportamento com relação
ao parâmetro ki seguindo a tabela:
τs
1
Vsaida
0.1
0.01
0.001
0.0001
CONVERSOR BOOST
Repita o procedimento acima para o conversor Boost conforme o esquema
abaixo, fixando a fonte de tensão triangular em 5Vpp, 1000Hz e DCoff-set=0 e
horizonte de simulação = 0,5s
1- Verifique a relação de transferência entre a tensão de referencia e a
tensão de pico da onda triangular e a tensão média de saída e a tensão
de alimentação, preenchendo a tabela abaixo. Observe que não ocorre
linearidade neste caso. Observe também que a tensão de saída (sem
capacitor) está relacionada com a expressão
2Vref
0,5
Vsaida
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
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3- Observe que o ripple da tensão na carga è descontínuo, ou seja a
tensão de saída é pulsada. Resolva este problema colocando um
capacitor de 100uF em paralelo com a carga de 120 Ohms.
4- A inserção do capacitor melhora bastante a tensão contínua de saída,
mas deve-se observar que que os efeitos da energia limitada inserida
pelo circuito de entrada na saída torna-se mais evidente se quisermos
repetir o procedimento da tabela acima. Coloque um resistor de 20
Ohms em série com a carga com uma chave em paralelo com o mesmo
de modo a curtocircuitá-lo no instante 0,3s, conforme mostra a figura
abaixo. Verifique o efeito da variação da carga sobre a forma de onda da
tensão de saída.
Se você considerar que o ripple de tensão da carga está muito alto,
aumente o valor do capacitor para 220uF.
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Fechando a malha de controle
5- Modifique o circuito de acordo com o circuito abaixo, aumente o
horizonte de simulação para 1s e ative a perturbação da carga em 0,5s.
O diagrama abaixo esta ajustado para gerar 120V na saída. Verifique
outros valores maiores e menores. O que a lei da conservação da
energia diz para você em casos de insucessos?
Faça um relatório sobre este exercício de simulação, apontando os virtudes e
os defeitos que encontrou no mesmo.
Se você considerou o exercício útil para seu aprendizado sobre o tema
comente e se tiver sugestões para experiências futuras, faça-as. O professor
aceitará democraticamente elogios e críticas da mesma forma.
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