Utilizando o PWM em um Processador Digital de Sinais (DSP) Texas TMS28335

     Os DSP's são microprocessadores com características próprias que podem ser programados e operam em tempo real, com velocidades muito superiores aos microprocessadores para aplicações genéricas. A capacidade de processar grandes quantidades de números em pouco tempo é um dos principais benefícios que os Processadores Digitais de Sinais oferecem ao mundo da eletrônica.  DSP acima de tudo é um dispositivo programável, que detêm seu próprio código de instruções. Cada empresa que cria o seu processador cria também o seu ambiente de desenvolvimento (IDE) próprio para aquele tipo de chip, tornando dessa  forma a manipulação do microprocessador muito mais fácil e rápida.

    As aplicações deste equipamento variam desde implementação de Filtros, utilização de conversores A/D, Tratamento Sinais, Eletrônica de Potência, Técnicas de Controle Digital, Acionamento de Máquinas Elétricas e assim por diante.

       A modulação por largura de pulso, ou PWM (Pulse width Modulation) é uma técnica utilizada para obter uma tensão desejada na carga a partir do valor da razão cíclica em uma chave (MOSFET, IGBT, Relé e etc.)
     O principio de funcionamento da modulação por largura de pulso para cargas com corrente contína é o mesmo para as cargas com corrente alternada. Observe o vídeo a seguir a saída do PWM para uma carga de corrente contínua para diferentes níveis de tensão. Para que não haja nenhum problema de curto entre as chaves, foi desenvolvida uma técnica chamada tempo morto, que não permite que as chaves fechem ao mesmo tempo para não provocarem curtocircuito,este tempo morto muitas vezes ja vem implementado nos drivers das chaves, mas eles podem ser implementados também via programação, como vai ser visto a seguir. Observe no video 1 as diferentes razões cíclicas para tensões CC diferentes em uma carga, analise também que em um determinado momento se mudou a escala de tempo do osciloscópio  para que se analisace o tempo morto na saída do DSP estes sinais analisádos nos osciloscópios podem sair direto para os drivers das chaves e serem condicionados para o acionamento das mesmas de acordo com a razão cíclica desejada.

Vídeo 1. Análise de uma modulação para uma carga CC, para diferentes níveis de tensões.

Como ja foi dito, o PWM pode ser utilizado para cargas CA com o mesmo principio de funcionamento. observe isso no vídeo 2 a modulação de uma senoide variando com o tempo e de uma determinada amplitude.

Obs: As escalas dos canais do osciloscópio estão diferentes devido as diferentes calibrações das pontas de prova.

 

Princípio de Funcionamento da Máquina de Indução Trifásica

     As máquinas de corrente alternada, em particular as máquinas de indução foram  inventadas no século XIX por Nikola  Tesla em torno do ano 1880, onde  Tesla aplicou a sua teoria sobre os campos girantes. O seu  desenvolvimento foi financiado originalmente por George Westinghouse. A evolução foi bastante rápida e logo as máquinas de indução se tornaram o principal  tipo de conversor eletromecânico e favoreceu enormemente a proliferação dos sistemas de corrente alternada, que também possuem grande vantagem em sua utilização. 

      As grandes vantagens da utilização deste tipo de máquina é que apresentam alto rendimento, baixo custo de manutenção e baixo custo de produção, se comparados com outros tipos de máquinas. Sua vida útil gira em torno de 20 anos, mas sendo utilizada dentro das especificações podem durar ainda mais tempo.

     Este tipo de máquina é formada essencialmente por um estator e um rotor. O rotor de uma máquina de indução polifásica pode ser de dois tipos. O rotor enrolado ou bobinado é construído na forma de um enrolamento polifásico semelhando ao estator tendo o mesmo número de pólos.Os terminais do enrolamento do rotor são conectados a aneis deslizantes isolados e montados no eixo. Escovas de carvão apoiadas sobre esse aneis permitem que os terminais do rotor sejam acessados externamente a máquina. Observe a figura 1:

Figura 1: Ilustração de um rotor bobinado

O rotor de gaiola de esquilo consiste em barras condutoras encaixadas em ranhuras no ferro do rotor e curto circuitadas em cada lado por aneis condutores. A extrema simplicidade e a robustez da construção da gaiola de esquilo representam vantagens notáveis para esse tipo de máquina de indução e, de longe, fazem dele o tipo de máquina ser a mais comumente usada, desde os de pequenos portes até os de grande porte. Observe a figura 2.

Figura 2. Rotor de gaiola de esquilo.

 

Observe no  vídeo a seguir o funcionamento de um motor rudimentar, montado no laboratório de máquinas elétricas do IFPB narrado pelo Dr Artur Dias.

 

Laboratório de Máquinas Elétricas/IFPB

  O IFPB hoje disponibiliza diversos laboratório na área de engenharia elétrica. Recentemente foram inaugurados diversos tipos de laboratórios de eletrônica e telecomunicações, sem contar com os que já existem. Porém, um dos primeiros laboratórios da instituição é o laboratório de máquinas elétricas, que conta com mais de 30 anos em funcionamento.

   São disponibilizados Transformadores monofásicos e trifásicos para a realização de testes e ensaios nos mesmos.O laboratório também conta com os mais diversos tipos de máquinas elétricas: Máquinas CC's, Máquinas Síncronas, Máquinas de indução Monofásicas e Trifásicas. 

    Nas aulas de Eletrônica de Potência são utilizados Processadores Digitais de Sinais (DSP's) para estudos  de controle e acionamento de máquinas, além dos estudos da própria disciplina.

   Os professores que lecionam atualmente neste laboratório (Dr Artur Dias, Dr José Menezes, Dr Eduardo Vidal, Dr Jaime) adotam um método bem interessante de ensino, onde tudo começa com as aulas teóricas e logo depois com aplicações práticas. Isso ocorre desde aulas dos cursos técnicos e superiores. 

    Observe no vídeo abaixo uma rápida visualização do laboratório:

                                            

Transformadores: Teoria e Ensaios

       O transformador é um dispositivo com função principal de elevar ou rebaixar valores de tensões ou correntes elétricas, mas pode ser utilizado também para isolar determinados circuitos elétricos e também em alguns conversores CC-CC e CC-CA, tendo assim grandes aplicações nos sistemas de potências de transmissão e distribuição de energia elétrica.

       As bases do seu funcionamento estão nas leis de Faraday-Lenz e Àmpere. Tendo conhecimentos da Lei de Faraday-Lenz,  chega-se a conclusão que o transformador não funciona com corrente continua, a não ser em determinados conversores como o push pull, mas este não é o foco desta matéria. 

       Um transformador ideal não apresenta perdas (cobre e núcleo) e possui um fator de empacotamento unitário, sendo assim,  ele possui um rendimento de 100%. Já um real possui disperção de fluxo magnético e perdas no cobre e núcleo. 

      Observe os vídeo abaixo e analise que o formato do núcleo influencia diretamente no rendimento do transformador, devido a disperção de fluxo, consideram-se minimas as perdas no cobre e no núcleo. No caso deste vídeo, o primário e secundário possuem o mesmo número de espiras. Com isso, a tensão no secundário deveria ser a mesma, mas devido as perdas e formato do núcleo e suas perdas no ferro, estes valores não são os mesmos.

   

         Os ensaios realizados nos transformadores tem como objetivo principal o levantamento da curva CARGA x RENDIMENTO. Onde se estimam os limites do dispostivo. Os principais tipos de ensaios realizados são os ensaios em vazio e curto circuito, com objetivo de levantamento do Xeq e Req (curto-circuito) e Xm e Rc (Vazio).

       Para um melhor entendimento no que foi dito, aconselha-se que se leia o capítulo de transformadores do livro Máquinas Elétricas e Transformadores do autor Kosow, e os slides abaixo disponibilizados para download, que apresentam um breve resumo de tudo que foi dito. Realizamos uma brave apresentação de slides que pode ser no a seguir: Transformadores monofásicos

Acionamento de Máquina CC (Como Motor) Utilizando Reostato de Partida e Reostato de Campo

      A partida de várias máquinas elétricas requer diversos cuidados. A utilização dos reostatos de campo e de partida apresentam uma das soluções a esta problemática. Onde pode-se de certa forma controlar a velocidade da máquina e minimizar o pico de corrente na partida da mesma.

     Em determinado momento foi mudada a posição de um fio, este fio mudou a posição do interpolo da máquina com função de minimizar o faiscamento nos comutadores da máquina ( no caso do vídeo gravado o faiscamento aumentou, pois a máquina estava em vazio ).

Observe no vídeo abaixo: 

Agradecer ao Professor Doutor José Artur Alves Dias, por ceder os materiais e tempo no laboratório de máquinas elétricas do IFPB