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Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia Elétrica - 2012 CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3KVA, TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO

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Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes


CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3 KVA, TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes Orientador: Prof. Dr. Carlos H. G. Treviso Co-Orientador: Prof. M.Sc André L. B. Ferreira

Londrina, 06 de Novembro de 2012


Estrutura do trabalho Vis達o Geral e Objetivos Arquitetura do sistema Controle com DSC Resultados Conclus達o


1. Visão Geral • Ambiental: Energias alternativas


• Panorama energÊtico


• Qualidade de Energia Elétrica (QEE)


1.2. Objetivos • Pesquisar e implementar um circuito de controle com o DSC56F8006 da FreescaleTM; • Controlar, sincronizar e integrar o funcionamento dos blocos constituintes do sistema UPS de 3kVA, do tipo Passive Standby, de modo que tal sistema efetue uma comutação rápida com a rede elétrica (IEC 62040-3), mantendo a carga alimentada, na ocorrência de eventuais distúrbios na qualidade de energia elétrica da concessionária.


1.2. Objetivos • Monitorar o carregamento do banco de baterias pela rede elétrica ou via painéis fotovoltaicos; • Disponibilizar dados do sistema ao usuário por meio de uma IHM por display LCD e por comunicação serial padrão RS-232. • Reduzir a dependência dos usuários do sistema da rede elétrica, do custo para a manutenção do banco de baterias.


2. Arquitetura do sistema Sistemas Ininterruptos de Energia

Blocos Constituintes do Sistema

Descrição de Funcionamento


2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS) CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999) •

Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby


2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS) CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999) •

Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby, VFD SX VFD: Voltage and Frequency Dependent, quando a tensão na saída do UPS depende das variações da tensão e frequência na entrada do equipamento. Para forma de onda de saída (modo rede/modo bateria): S: para formas de onda senoidais; X: para formas de onda como sendo não senoidal, do tipo quase quadrada,


2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS) CLASSIFICAÇÃO DO UPS (IEC 62040-3/1999) •

Topologia do UPS (IEC 62040-3): tipo Passive Standby, VFD SX 333

Tempo de comutação: dos modo de operação/cargas lineares/ cargas não-lineares


2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA (UPS) JUSTIFICATIVA PARA UTILIZAÇÃO DA TOPOLOGIA PASSIVE STANDBY

• Projeto simplificado dos circuitos retificador, inversor e controle

• Dimensão reduzida do equipamento;

• Baixo custo de fabricação se comparado com outras topologias.


2.2. BLOCOS CONSTITUINTES DO SISTEMA


2.3. DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO • O sistema UPS opera em histerese: banco de baterias trabalhando com dois níveis de energia • Circuito de controle -> Monitoramento do sinal da rede - Na ocorrência de interrupção ou outro distúrbio: aciona comutador e sistema opera no modo bateria (até 70%). - Atingindo 70% e rede reestabelecida -> aciona comutador e sistema opera no modo rede - Se não, o UPS irá suprir a carga no modo bateria (até atingir 10% ) -> Shutdown • Nível de energia do banco > 70% -> Sistema como gerador (Modo bateria); • Nível de energia do banco < 70% -> Modo rede e recarga das baterias do sistema;


2.3. DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO

• O sistema permite a integração de painéis fotovoltaicos; - Recarga do banco durante o dia (LDR) -> Painéis (menor dependência da rede) - Recarga do banco período noturno-> Rede; • -

Circuito de controle do sistema conta ainda com: Alerta visual do estado de funcionamento; Display LCD contendo informações relevantes do sistema; Porta serial RS-232; Bornes de expansão (I/O), para implementação de outras funcionalidades desejadas;


3. Controle com DSC Digital Signal Controler (DSC) CaracterĂ­sticas do 56F8006 Circuito de controle Fluxograma de controle


3.1. DIGITAL SIGNAL CONTROLER

• Associam num único chip as funcionalidades específicas para o processamento de códigos e operações matriciais focados para DSP, como também unidades funcionais de aplicações de controle, facilidade de programação, código compacto, as quais são características notáveis em microcontroladores de propósito geral


3.2. CARACTERÍSTICAS DO 56F8006

• O MC56F8006 inclui vários periféricos que são especialmente úteis em aplicações, incluindo: controle industrial; aparelhos domésticos; sensores inteligentes; fonte de alimentação chaveada e gerenciamento de energia; medição de energia; controle de motores; ferramentas elétricas portáteis; entre outros


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE ALIMENTAÇÃO E REGULAÇÃO DOS NÍVEIS DE TENSÃO


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE AMOSTRAGEM DA REDE


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE AMOSTRAGEM DO BANCO DE BATERIAS

CIRCUITO DE DETECÇÃO DE LUMINOSIDADE


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DE SINAIS PARA O AD


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE CONDICIONAMENTO DOS SINAIS DE CONTROLE


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE CIRCUITO DO SINAL TRIANGULAR


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

CIRCUITO DE ALERTA ÁUDIO VISUAL


3.3. CIRCUITO DE CONTROLE

DISPLAY LCD

COMUNICAÇÃO SERIAL RS-232


3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE MAIN


3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE MONITORAMENTO DA REDE


3.4. FLUXOGRAMA DE CONTROLE GERENCIAMENTO DE CARGA


4. Resultados Montagem do protótipo

Resultados experimentais • Pulso de sincronismo e controle inversor • Sinal triangular • Detecção da rede • Pulso de comutação • Tempo de comutação

Placa de controle


4.1. Montagem do prot贸tipo


4.2. Resultados experimentais Pulso de sincronismo e Controle inversor


4.2. Resultados experimentais Sinal Triangular


4.2. Resultados experimentais Detecção da rede


4.2. Resultados experimentais Pulso de comutação


4.2. Resultados experimentais Tempo de comutação


4.2. Resultados experimentais Display LCD


4.3. Placa de controle


4.3. Placa de controle


4.3. Placa de controle


5. CONCLUSÃO

• Firmware desenvolvido; • Para trabalhos futuros: • Carregamento do banco de baterias; • Tempo de comutação; • Família TMS da Texas Instruments®;

• Sistema supervisório.


AGRADECIMENTOS Ao Deus Todo Poderoso, pela vida, pela saúde, pelo Seu amor e por todas as bênçãos e oportunidades, incluindo este trabalho. Por sempre estar comigo concedendo força, ânimo e coragem para vencer os desafios impostos durante o curso. Momentos difíceis são inevitáveis, todavia Deus nos concede vitória para perseverarmos e continuarmos avante na labuta diária e nos desafios da vida. À minha família pelo amor, pelos sábios conselhos, pelas orações, pelo apoio incondicional, pelo heroísmo, sabedoria, carinho e bravura com que tem educado. Ao meu orientador e co-orientador, respectivamente, Prof. Dr. Carlos Henrique Gonçalves Treviso e Prof. M.Sc. André Luiz Batista Ferreira; Ao membro da banca Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior; A todos os técnicos do DEEL, pelas ricas sugestões e ideias no decorrer da graduação. Aos professores M.Sc. Maria Bernadete e Dr. José Alexandre, pelas ricas orientações em iniciação científica no LA2I. Aos demais professores do Departamento de Engenharia Elétrica e demais Departamentos da Universidade Estadual de Londrina, por tudo o que ensinaram, compartilhando o conhecimento de maneira suntuosa. Aos colegas de classe pelos momentos de estudo e descontração que vivenciamos juntos neste período de graduação. Enfim, o agradecimento se estende a todos que contribuíram de forma direta ou indiretamente para que este trabalho se tornasse realidade.

Londrina, 06 de Novembro de 2012

Controle DSC UPS Passive Standby 3kW  
Controle DSC UPS Passive Standby 3kW  

CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3KVA, TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL FOTOVOLTAICO

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