Guia de Simulaçao(Aula05) (1)

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Guia de Simulação (Aula 05) – Chopper Buck
	 (
Identificação do aluno 
Nome: 
Alexsander.sacramento2
Matrícula:
 
202320914
)Prof. Sílvia Costa Ferreira, Departamento de Automática, Universidade Federal de Lavras (UFLA)
GAT 107- Eletrôncia Industrial 
Universidade Federal De Lavras
	1. O que vamos simular?
O objetivo desta simulaçãoé validar os conceitos de projeto de conversores CC-CC do tipo buck ou abaixador. Esses conversores podem ser projetados para controle de motores CC, controle de temperatura, regulação de tensão entre outras aplicações. 
	2. Chopper Buck
Utilizando o programa PSIM® simule um conversor Buck em cascata com um retificador, conforme:
Configurações importantes:
· O componente utilizado para acionamento do IGBT chama-se on-off controller; 
· O IGBT utilizado é ideal. Ou seja, as perdas não foram consideradas nesta simulação;
· O circuito de acionamento com comparador é o mesmo da aula 04, copie e cole e penas ajuste os valores para a simulação atual;
· No retificador, lembre-se de ajustar para 0 os valores de resistência e indutância serie da fonte Vs e se não funcionar acione o professor;
· Coloque o valor inicial da tensão capacitor do retificador em 170V.
2.1. Projeto
Projete um circuito composto por um conversor CA-CC (monofásico) e um conversor CC-CC, para alimentar uma carga CC (resistiva) de potência de 2kW em 64V (em CC). Considere as seguintes características de projeto:
1) O retificador será alimentado por uma tensão CA de 127V, e a tensão de saída () deve oscilar no máximo 2%.
2) O chopper precisa garantir uma tensão CC na carga com oscilação máxima de 0.5%.
Para tanto você precisa dos seguintes cálculos/definições preliminares: 
(a) Definir a topologia completa dos conversores no PSIM, escolher a frequência de chaveamento e a oscilação máxima permitida para corrente do chopper (Justifique critério adotado). 
(b) Para o chopper, especifique o diodo, a chave semicondutora e os componentes passivos (indutor e capacitor). Compare os seus resultados com os do aplicativo. 
(c) Para o retificador especifique o capacitor e os diodos. 
2.2. Apresentação dos Resultados
Configure a simulação com os componentes passivos apresentados anteriormente,APRESENTE e EXPLIQUE as formas de onda: 
1. Tensão e corrente de saída ()*
As oscilações de tensão e corrente apresentadas referem-se aos sinais resultantes dos processos de retificação e conversão. As medições realizadas demonstram conformidade com a margem de tolerância de 0,5% prevista nas diretrizes do projeto.
2. Tensão e corrente de entrada ()
Margem esperada de variação de 0,5%.
ΔV0,max=0,005×64=0,32V 
ΔV0,medido=0,417V 
3. Corrente no indutor ()**
As formas de onda evidenciam o comportamento dos sinais de tensão e corrente após a etapa de retificação. Nota-se uma pequena ondulação na tensão de saída, atribuída às quedas momentâneas entre os ciclos de recarga do capacitor. A corrente exibe pulsos estreitos, característicos do regime de operação do circuito. A tensão média registrada foi de 174 V, permanecendo dentro da margem de erro de 2% definida nas especificações do projeto.
4. Tensão e corrente do diodo () 
A corrente observada no indutor apresentou um comportamento compatível com o perfil da corrente do chopper, conforme o esperado. Os valores obtidos estão dispostos na tabela a seguir. Ressalta-se que a oscilação da corrente permaneceu abaixo do limite de 40% estipulado como parâmetro de referência no projeto.
5. Tensão e corrente no IGBT ()***
As formas de onda também demonstram claramente o funcionamento de chaveamento do IGBT. A tensão no componente varia entre 0 V e 170 V, evidenciando sua atuação como um interruptor de alta frequência. Nos intervalos em que o dispositivo permanece aberto, a corrente no circuito é nula; ao ser acionado, permite a condução de corrente, caracterizando o modo de operação típico de um conversor chaveado.
Observações: 
* Mostre que o critério de 2% de oscilação da tensão foi atendido. Meça diretamente na forma de onda e COMENTE o resultado. Use o recurso do PSIM:
V0_ret = 3,32e+00
** Mostre que o critério de 40% de oscilação da correntedo INDUTOR foi atendido. Marque na forma de onda e comente o resultado. 
***A corrente que passa pelo IGBT é a própria corrente de entrada do chopper ().
Por fim, compare os valores teóricos aos valores médios obtidos em simulação das seguintes variáveis:
	Variável
	Valor médio Teórico
	Valor médio Simulado
	
	31,01A
	32,01
	
	64
	63,82
	
	2000
	2049,9
	
	11,15
	11,70
	
	14,85
	12,04
	
	31,01
	32,46
Apresente os cálculos teóricos que ainda não foram apresentados anteriormente na sessão de projetos.
a) Cálculo de R e C
A partir da equação da potência:
P = V² / R
⇒ R = V² / P = 2,048 Ω
A potência de saída também pode ser expressa como:
Pout = Vo² / R
⇒ Req = Vo² / Po = 16,13 Ω
A variação de tensão admissível no capacitor é:
ΔVo = 0,02 × 179 = 3,58 V
A capacitância necessária pode ser obtida por:
C = Vo / (2 × f × R × ΔVo)
C = 179 / (2 × 60 × 16,13 × 3,58)
C ≈ 26 mF
b) Cálculo de ΔI, L, ΔVo e C
ΔImin = 64 × (1 - 0,36) = 0,062 A
A variação de corrente no indutor:
ΔI = Vo × (1 - D) / (8 × L × C)
Tensão média no ciclo ativo:
D × Vo = 0,9 × 64 = 3,2 V
Com: D = 0,36
O valor da indutância é:
L = (1,25 × 0,0104) / 0,062 ≈ 13,5 μH
Cálculo alternativo da variação de tensão:
ΔVo = Vo × (1 - D) / (8 × L × C × f²)
Isolando C:
C = Vo × (1 - D) / (8 × L × ΔVo × f²)
C ≈ 3,4 × 10⁻¹ F
c) Potência e Corrente
Potência de saída considerando valor eficaz da tensão:
Po = [(179 × √2)²] / 16,02 ≈ 2000 W
Corrente média na saída:
Im = 31,25 × 0,36 = 11,25 A
Corrente de saída:
Io = Po / Vo = 31,25 A
Corrente no diodo:
ID = 31,25 × (1 - 0,36) = 20 A
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