Tabela 9: Resultados obtidos atrav ´es de simulac¸ ˜ao
Par ˆametro S´ımbolo Valor Unidade
Tens ˜ao de sa´ıda Vo 24,058 V
Ondulac¸ ˜ao da tens ˜ao de sa´ıda ∆Vo 5,523 %
Corrente de sa´ıda io 798,904 mA
Ondulac¸ ˜ao da corrente de sa´ıda ∆io 25,275 %
Pot ˆencia na carga Po 19,22 W
Corrente eficaz de entrada Iinrms 158,179 mA
Fator de pot ˆencia F P 0,999481
Taxa de distorc¸ ˜ao harm ˆonica total T HD% 3,2 %
Pot ˆencia ativa P 20,122 W
Pot ˆencia aparente S 20,132 VA
Rendimento η 95,51 %
Fonte: Autoria pr ´opria.
4.2 RESULTADOS EXPERIMENTAIS
Na Figura 35 ´e apresentada uma fotografia do prot ´otipo desenvolvido nesse trabalho, o qual ´e composto por uma placa que cont ´em a gerac¸ ˜ao do sinal PWM e o driver de acionamento da chave, em seguida o circuito de pot ˆencia, e conectado `a ele uma placa que cont ˆem a carga de LEDs sobre um dissipador t ´ermico.
Figura 35: Fotografia do prot ´otipo implementado Fonte: Autoria pr ´opria.
Tabela 10: Par ˆametros utilizados para implementac¸ ˜ao pr ´atica do driver
Par ˆametro S´ımbolo Valor Unidade
Frequ ˆencia de comutac¸ ˜ao fs 25 kHz
Raz ˜ao c´ıclica D1 0,1
Tens ˜ao de entrada VCA 127 V
Indutor do conversor Lbb 210 µH
Capacitor do conversor Cbb 1480 µF
Indutor do filtro de entrada Lin 30 mH
Capacitor do filtro de entrada Cin 66 nF
4.2 Resultados experimentais 55 O modelo completo considerado na Figura 29 foi implementado em labo- rat ´orio, e os componentes utilizados est ˜ao presentes na Tabela 10. Para as medic¸ ˜oes do prot ´otipo, foi utilizado um oscilosc ´opio Tektronix TDS2012C, e todas as medic¸ ˜oes foram realizadas com o circuito completo em funcionamento.
O circuito de acionamento da chave foi projetado para manter frequ ˆencia e raz ˜ao c´ıclica fixos, e podem ser observados na Figura 36, medidos entre gate e source do MOSFET. ´E poss´ıvel constatar que com frequ ˆencia fixa de 25 kHz e raz ˜ao c´ıclica de 10% do per´ıodo total, o per´ıodo ton da chave deve ser igual a 4 µs.
Figura 36: Raz ˜ao c´ıclica (CH 1 - 5 V/div) - Escala de tempo: 10 µs/div
Fonte: Autoria pr ´opria.
A Figura 37 apresenta a tens ˜ao sobre os terminais drain e source do MOS- FET, que resultou num valor m ´aximo de aproximadamente 240 V, e possui forma se- melhante ao resultado de simulac¸ ˜ao encontrado na Figura 33.
Para a obtenc¸ ˜ao da corrente na carga de LEDs foi utilizado um resistor em s ´erie (resistor shunt) de 1,15 Ω medidos experimentalmente, e sua forma de onda est ´a presente na Figura 38 (a). Adequando o valor eficaz apresentado pelo oscilosc ´opio pra valores reais de corrente, ou seja, dividindo o valor de tens ˜ao apresentado pelo valor da resist ˆencia shunt, obt ˆem-se o valor de 675,65 mA.
O equipamento utilizado para a medic¸ ˜ao, entretanto, considera os ru´ıdos presentes na onda pra apresentar seus valores de m ´aximo e m´ınimo, causando certa imprecis ˜ao nos valores reais de variac¸ ˜ao. Para contornar esse contratempo, a Fi- gura 38 (b) ´e gerada, e a variac¸ ˜ao de corrente sobre a carga ´e de aproximadamente 176 mV/1,15 Ω, diante os 675,65 mA eficazes.
4.2 Resultados experimentais 56
Figura 37: Tens ˜ao no MOSFET (CH 1 - 50 V/div) - Escala de tempo: 10 µs/div
Fonte: Autoria pr ´opria.
Figura 38: Corrente de sa´ıda (CH 1 - 200 mV/div) - Escala de tempo: 5 ms/div Fonte: Autoria pr ´opria.
O valor em percentual dessa variac¸ ˜ao ´e expresso na Equac¸ ˜ao (52).
∆io =
153, 0434
675, 65 × 100% = 22, 65% (52)
Segundo Almeida et al. (2015), a variac¸ ˜ao m ´axima da corrente admitida no LED ´e 50% do seu valor m ´edio. Respeitando esse limite, ´e poss´ıvel manter a integridade do LED, e n ˜ao provocar danos `a sa ´ude humana, como dores de cabec¸a e tontura. Portanto, o valor de 22,65% ´e aceit ´avel.
Dos par ˆametros de sa´ıda do driver, faz-se necess ´ario a leitura da tens ˜ao sobre a carga, e seu resultado ´e apresentado na Figura 39 (a). O valor de 23,7 V se faz condizente com o esperado de 23,42 V, e n ˜ao provocou alterac¸ ˜oes significativas
4.2 Resultados experimentais 57 no sistema como um todo.
Figura 39: Tens ˜ao de sa´ıda (CH 1 - 5 V/div) - Escala de tempo: 10 ms/div Fonte: Autoria pr ´opria.
A variac¸ ˜ao da tens ˜ao de sa´ıda foi estipulada em 5%, e a Figura 39 (b) representa essa variac¸ ˜ao no prot ´otipo implementado. Assim como foi calculado para ∆io, a Equac¸ ˜ao (53) determina o valor percentual de ∆Vo.
∆Vo =
1, 4
23, 7 × 100% = 5, 9% (53)
O valor obtido de ∆Vo difere do estipulado, e pode ser justificado pelo valor
real do capacitor n ˜ao ser equivalente ao de projeto, bem como demais n ˜ao idealidades dos componentes utilizados.
Figura 40: Corrente de entrada (CH 1 - 100 mV/div) - Es- cala de tempo: 5 ms/div Tens ˜ao de entrada (CH 2 - 50 V/- div) - Escala de tempo: 5 ms/div
4.2 Resultados experimentais 58 Sendo uma das principais formas de ondas necess ´arias para o ˆexito desse trabalho, a tens ˜ao e corrente de entrada s ˜ao apresentadas na Figura 40. A corrente de entrada foi obtida por meio de outro resistor shunt, com valor medido de 1,0 Ω disposto `a montante do filtro LC. A Figura 41 foi gerada com os pontos exportados pelo oscilosc ´opio. Vale ressaltar que como o prot ´otipo ´e alimentado pela tens ˜ao da rede el ´etrica (127 V), est ´a sujeito `as variac¸ ˜oes da mesma, visto que n ˜ao h ´a controle em malha fechada da raz ˜ao c´ıclica.
-0,015 0.01 0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 100 0 100 Tensão (V) Tempo (ms)
Tensão e Corrente de Entrada Experimentais
0,01 0,005 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,2 0 0,2 Corrente (A) Tensão de entrada Corrente de entrada
Figura 41: Formas de onda de tens ˜ao e corrente de entrada experi- mentais do driver
Fonte: Autoria pr ´opria.
´
E poss´ıvel observar pelas Figuras 40 e 41 que a forma de onda da tens ˜ao de entrada n ˜ao ´e uma senoide perfeita, e seu valor eficaz medido pelo oscilosc ´opio ´e de 125 V.
Para as demais medic¸ ˜oes foi utilizada uma rotina no MatLab desenvolvida por Bacurau (2014), a qual foi modificada para se adequar aos dados de entrada desse trabalho (vide Anexo A). O script calcula, para os vetores importados, os valores eficazes das harm ˆonicas de corrente at ´e a ordem desejada, o fator de pot ˆencia, e as pot ˆencias ativa, reativa e aparente.
Os valores eficazes das harm ˆonicas de corrente s ˜ao apresentados na Ta- bela 11, tendo como base os limites atribu´ıdos pela norma IEC 61000-3-2 Classe D (PINTO, 2012; EPSMA, 2010). Para determinar o valor m ´aximo admitido em Amp `eres, ´e utilizado o valor da pot ˆencia ativa de entrada calculado pelo script, que resulta no valor de 17,330996 W.
Observa-se pela tabela abaixo, que h ´a ultrapassagem dos valores admiti- dos para a 13a e para a 19a ordem. Essa ultrapassagem pode estar relacionada `as
4.2 Resultados experimentais 59
Tabela 11: Resultados experimentais de harm ˆonicos em relac¸ ˜ao a classe D da norma IEC61000-3-2 para equipamentos que se enquadram na classe C (625 W)
Ordem (n) M ´aximo admitido mA/W M ´aximo admitido mA Valor Obtido
1 - - 139,024 mA 3 3,4 58,925 mA 1,472 mA 5 1,9 32,929 mA 2,293 mA 7 1 17,331 mA 1,404 mA 9 0,5 8,665 mA 0,401 mA 11 0,35 6,066 mA 0,478 mA 13 0,35/13 0,467 mA 0,538 mA 15 0,35/15 0,404 mA 0,315 mA 17 0,35/17 0,357 mA 0,335 mA 19 0,35/19 0,319 mA 0,395 mA
Fonte: Autoria pr ´opria.
harm ˆonicas presentes na rede durante as medic¸ ˜oes realizadas, ou ainda, `a simplificac¸ ˜ao do filtro de entrada realizado na Sec¸ ˜ao 4.1.
Os valores obtidos na Tabela 11 s ˜ao expostos na Figura 42, onde pode-se visualizar de forma mais clara os limites impostos, e as ultrapassagens.
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 DFT do Sinal de Corrente Harmônicas
Valor admitido (mA)
Valores Experimentais IEC 61000−3−2 Classe D
Figura 42: Comparac¸ ˜ao dos resultados obtidos com os valores ad- mitidos pela norma IEC 61000-3-2 Classe D
Fonte: Autoria pr ´opria.
Como j ´a citado na Sec¸ ˜ao 2.6, o dispositivo com pot ˆencia inferior a 25 W mas que se enquadra na classe de iluminac¸ ˜ao deve atender os limites da Classe D (Tabela 11), ou respeitar o limite de corrente da terceira harm ˆonica em 86% e a corrente da quinta harm ˆonica em 61% da corrente fundamental. Para esse segundo caso o prot ´otipo atende, pois para a terceira harm ˆonica mant ´em 1,0588% e para a quinta harm ˆonica obt ˆem 1,6493% da frequ ˆencia fundamental.
4.2 Resultados experimentais 60 Os demais valores percentuais das harm ˆonicas em relac¸ ˜ao `e frequ ˆencia fundamental s ˜ao expostos na Tabela 12, onde ´e apresentado o desempenho do prot ´otipo desenvolvido referente aos limites impostos pela Classe C da norma. Para determinar o limite admitido na harm ˆonica de ordem 3, ´e utilizado o fator de pot ˆencia calculado pelo script, o qual resulta no valor de 0,997513.
Tabela 12: Resultados experimentais de harm ˆonicos em relac¸ ˜ao a classe C da norma IEC61000-3-2 (>25 W)
Ordem (n) M ´aximo valor permitido M ´odulo (A) M ´odulo (%)
1 100% 0,139024 100% 2 2% 0,002011 1,4465% 3 30 × FP ≈ 29,9253% 0,001472 1,0588% 5 10% 0,002293 1,6493% 7 7% 0,001404 1,0098% 9 5% 0,000401 0,2884% 11 6 n 6 39 (´ımpares) 3% 0,000478 0,3438%
Fonte: Adaptado de Pinto (2012).
Apesar da Tabela 11 n ˜ao expressar, os valores das harm ˆonias acima da d ´ecima primeira ordem tamb ´em se mantiveram inferiores `a norma, e podem ser ob- servados na Figura 43. 1 2 3 4 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 0 5 10 15 20 25 30 35 40 DFT do Sinal de Corrente Harmônicas % da frequência fundamental Valores Experimentais IEC 61000−3−2 Classe C
Figura 43: Comparac¸ ˜ao dos resultados obtidos com os valores admitidos pela norma IEC 61000-3-2 Classe C
Fonte: Autoria pr ´opria.
A Tabela 13 compara todos os resultados obtidos at ´e o momento, levando em considerac¸ ˜ao o projeto, a simulac¸ ˜ao e a implementac¸ ˜ao. Os valores experimentais apresentados de VCA, Iinrms, F P , P , e S foram obtidos atrav ´es do script no MatLab, e
a T HD% foi calculada com os valores eficazes das harm ˆonicas aplicadas `a Equac¸ ˜ao
4.2 Resultados experimentais 61 T HD%= q P∞ N =2INrms2 I1rms (54)
Onde INrms ´e o valor eficaz para as harm ˆonicas de 2 `a 39, e I1rms ´e o valor
eficaz da harm ˆonica de primeira ordem (60 Hz).
Tabela 13: Comparac¸ ˜ao dos resultados experimentais e de simulac¸ ˜ao
Vari ´avel Medida Projeto Simulac¸ ˜ao Implementac¸ ˜ao
VCA 127 V 127 V 124,65 V Iinrms 129 mA 158,24 mA 139,373 mA Vo 23,41 V 24,058 V 23,7 V ∆Vo 5% 5,523% 5,9% io 700 mA 798,904 mA 675,65 mA ∆io 20% 25,29% 22,65% Po 16,387 W 19,22 W 16,012 W F P 1 0,999481 0,997513 T HD% - 3,2% 2,93% P 16,387 W 20,122 W 17,33099 W S 16,387 VA 20,132 VA 17,37421 VA η 100% 95,51% 92,38%
Fonte: Autoria pr ´opria.
Para o c ´alculo do rendimento experimental do prot ´otipo, n ˜ao foi contabili- zado o consumo das fontes auxiliares utilizadas na alimentac¸ ˜ao do circuito de aciona- mento da chave semicondutora.
62 5 CONCLUS ˜AO
Nesse trabalho foi apresentado uma an ´alise comparativa do LED com as demais formas de iluminac¸ ˜ao residencial, e posteriormente foi realizado o estudo e implementac¸ ˜ao do conversor buck-boost PFC para o acionamento do conjunto de 7 LEDs de pot ˆencia, a fim de obter a pot ˆencia de 15 W na carga.
Em virtude dos dados apresentados na Sec¸ ˜ao 2.3, ´e vis´ıvel a superioridade das l ˆampadas LED em termos de custo-benef´ıcio e de efici ˆencia energ ´etica quando comparadas com as demais l ˆampadas utilizadas para os mesmos fins.
O conversor buck-boost PFC projetado no Cap´ıtulo 3 ´e simulado com o aux´ılio de simuladores computacionais, e os resultados s ˜ao apresentados na Sec¸ ˜ao 4.1. Foi observado, antes da inserc¸ ˜ao do filtro de entrada, que a tens ˜ao e a corrente de sa´ıda foram condizentes com os valores esperados para o projeto, entretanto, as caracter´ısticas de rendimento do conversor n ˜ao foram atendidas por completo.
Devido `as harm ˆonicas de alta frequ ˆencia presentes na corrente de entrada, foi utilizada a topologia LC de filtros, projetada para uma uma frequ ˆencia de corte uma d ´ecada abaixo da frequ ˆencia de comutac¸ ˜ao. A corrente de entrada passou a ser composta apenas por harm ˆonicas de baixa frequ ˆencia e garantiu o fator de pot ˆencia de 0,999481 e uma taxa de distorc¸ ˜ao harm ˆonica total de 3,2%.
Apesar de promover um aumento consider ´avel nas caracter´ısticas de ren- dimento do driver, a utilizac¸ ˜ao do filtro de entrada provocou nas simulac¸ ˜oes, um acr ´escimo nos valores m ´edios de tens ˜ao e corrente de sa´ıda. O projeto ´e mantido sobre as mesmas especificac¸ ˜oes, pois ´e de conhecimento que, na pr ´atica, demais n ˜ao idealidades e interfer ˆencias s ˜ao inseridas no sistema. E ainda, h ´a a possibilidade de se reduzir o tempo de chave fechada ton atrav ´es da diminuic¸ ˜ao do ciclo te tarefa, o
que permite reduzir a pot ˆencia entregue aos LEDs.
Os resultados obtidos na pr ´atica com o prot ´otipo foram condizentes com o projeto, e n ˜ao houve a necessidade de alterar a raz ˜ao c´ıclica. Como o conversor opera em malha aberta, variac¸ ˜oes no sinal de entrada provocam alterac¸ ˜oes nas vari ´aveis de sa´ıda do driver. Como sugest ˜ao para trabalhos futuros, pode-se implementar uma t ´ecnica de controle em malha fechada, a fim de controlar a raz ˜ao c´ıclica da chave, e
5 Conclus ˜ao 63 diminuir as oscilac¸ ˜oes de baixa frequ ˆencia na carga.
As caracter´ısticas de rendimento do driver quanto `a fator de pot ˆencia e taxa de distorc¸ ˜ao harm ˆonica foram atendidos, inclusive quanto `a norma IEC 61000-3-2 Classe C. Vale ressaltar, que a norma ´e atendida mesmo para a tens ˜ao de alimentac¸ ˜ao ser inferior a 220 V.
A pot ˆencia de sa´ıda estipulada de 15 W tamb ´em ´e alcanc¸ada, apesar da tens ˜ao da rede estar inferior `a nominal de projeto (127 V) no momento das medic¸ ˜oes.
64
REFER ˆENCIAS
ALMEIDA, Pedro Santos. Conversor Integrado Sepic Buck-Boost Aplicado Ao Aciona- mento De Leds De Pot ˆencia Em Iluminac¸ ˜ao P ´ublica. p. 158, 2012.
ALMEIDA, Pedro S; CAMPONOGARA, Douglas; BRAGA, Henrique A C; COSTA, Marco A Dalla; ALONSO, J Marcos. Matching LED and Driver Life Spans. IEEE In- dustrial Electronics Magazine, v. 9, n. 2, 2015.
ALONSO, J. M.; GACIO, D.; GARC´IA, J.; RICO-SECADES, M.; Dalla Costa, M. A. Analysis and design of the integrated double buck-boost converter operating in full DCM for LED lighting applications.IECON Proceedings (Industrial Electronics Con- ference), p. 2889–2894, 2011. ISSN 1553-572X.
ALUMBRA.L ˆampadas fluorescentes compactas. 2015.
AMOROSO, M.M; GUEDES, Dami ˜ao; MARCELINO, Roderval; BETTIOL, Arlan; CAR- NIATO, Antonio; J ´UNIOR, Jorge; ANSELMO, Samuel; MAFRA, Maur´ıcio. PROJETO E DESENVOLVIMENTO DE LUMIN ´ARIA LED EFICIENTE E FLEX´IVEL. v. 1, p. 241– 247, 2011. ISSN 2175-5302. Dispon´ıvel em: <https://periodicos.ifsc.edu.br/index.php- /rtc/article/view/698/469>.
ANANWATTANAPORN, Santipoint; NGAOPITAKKUL, Atthapol.Power Quality Analy- sis in Light Emitting Diode Lamps. Bangkok, Thailand, 2016.
BACURAU, Rodrigo Moreira.Medidor de energia inteligente para discriminac¸ ˜ao de consumo por aparelho atrav ´es de assinatura de cargas. 2014.
BARBI, Ivo.Eletr ˆonica de Pot ˆencia. Florian ´opolis: UFSC, 1986. 360 p.
BARBI, Ivo. Eletr ˆonica de pot ˆencia: projetos de fontes chaveadas. Ed. do aut. Florian ´opolis: Ivo Barbi, 2001. 334 p.
BARBI, Ivo.Eletronica de potencia. 2006. 327 p.
BARBI, Ivo.Correc¸ ˜ao Ativa do Fator de Pot ˆencia. 2015. 155 p.
BARBI, Ivo; FONT, Carlos Henrique Illa; ALVES, Ricardo Luiz. Projeto F´ısico de In- dutores e Transformadores. Florian ´opolis: Universidade Federal de Santa Catarina, 2002. 10 p.
BENDER, Vitor Cristiano. Metodologia de Projeto Eletrot ´ermico de LEDs Aplicada ao Desenvolvimento de Sistemas de Iluminac¸ ˜ao P ´ublica. 2012.
BOYLESTAD, Robert L; NASHELSKY, Louis. Dispositivos Eletr ˆonicos e Teoria de Circuitos. 11. ed. [S.l.: s.n.], 2013.
Refer ˆencias 65 CAMPONOGARA, Douglas. Desenvolvimento de Topologias com Reduc¸ ˜ao do Processamento Redundante de Energia para Acionamento de LEDs. Tese (Dou- torado) — Universidade Federal de Santa Maria, 2015.
CAMPONOGARA, Douglas; VARGAS, Diogo Ribeiro; Dalla Costa, Marco Antonio; ALONSO, J. Marcos; GARCIA, Jorge; MARCHESAN, Tiago. Capacitance reduction with an optimized converter connection applied to LED Drivers.IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 62, n. 1, p. 184–192, 2015. ISSN 02780046.
COSETIN, Marcelo Rafael. Circuitos de acionamento para iluminac¸ ˜ao semicon- dutora empregando topologias integradas com capacitores de longa vida ´util. Dissertac¸ ˜ao (Mestrado) — Universidade Federal de Santa Maria, 2013.
DIAS, Marcelo Paschoal. Avaliac¸ ˜ao do Emprego de um Pr ´e-regulador Boost de Baixa Frequ ˆencia no Acionamento de LEDs de Iluminac¸ ˜ao. Dissertac¸ ˜ao (Mes- trado) — Universidade Federal de Juiz de Fora, 2012.
EPSMA.Harmonic Current Emissions - Guidelines to the standard EN 61000-3-2. [S.l.], 2010.
FUTURLEC. 3W White High Power LED Technical Datasheet. FUTURLEC, 2016. Dispon´ıvel em: <http://www.futurlec.com/LED/LUXEON\ 3W\ WHITE>.
HART, Daniel W.Eletr ˆonica de Pot ˆencia: an ´alise e projetos de circuitos. [S.l.: s.n.], 2012.
IEA.Energy Efficiency Market Report 2015. Paris, Franc¸a, 2015. IEA.Energy Efficiency Market Report 2016. 2016.
INSTRUMENTS, Texas. SG2524, SG3524 Regulating Pulse-Width Modulators. 2003.
INSTRUMENTS, Texas.Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits. 2017. 1–48 p.
JUNIOR, Edilson Mineiro S ´a.Estudo de estruturas de Reatores Eletr ˆonicos para LEDs de Iluminac¸ ˜ao. Tese (Doutorado) — Universidade Federal de Santa Catarina, 2010.
KHANH, Tran Quoc.LEDs: Tecnologia para Qualidade da Iluminalc¸ ˜ao e Efici ˆencia Energ ´etica. 2010.
KIRSTEN, Andr ´e Lu´ıs. Reator eletr ˆonico para l ˆampadas de descarga em alta press ˜ao baseado no conversor biflyback inversor. 2011.
KUMAR, Mondepalli; PARSA, Leila. Lighting Up with a Dual-Purpose Driver. IEEE Industry Applications Magazine, n. December 2016, p. 51–61, 2017. ISSN 1077- 2618.
LI, Sinan; TAN, Siew-Chong; LEE, Chi Kwan; WAFFENSCHMIDT, Eberhard; HUI, S Y (Ron); TSE, Chi K. A Survey, Classification, and Critical Review of Light-Emitting Diode Drivers.IEEE Transactions on Power Electronics, v. 31, n. 2, 2016.
Refer ˆencias 66 MARTINS, Denizar Cruz; BARBI, Ivo. Eletr ˆonica de pot ˆencia: conversores CC-CC b ´asicos n ˜ao isolados. 2. ed. Florian ´opolis: [s.n.], 2006. 377 p.
MOHAN, Ned; UNDELAND, Tore M; ROBBINS, William P.Power Electronics: con- verters, applications, and design. 3. ed. [S.l.: s.n.], 2003.
MOTOROLA.SWITCHMODE Power Rectifiers. [S.l.], 1996. 1–6 p. OSRAM.Manual Luminot ´ecnico Pr ´atico. Brasil, 2015.
PHILIPS.L ˆampadas LED Philips. 2014.
PINTO, Rafael Adaime.Projeto e Implementac¸ ˜ao de L ˆampadas para Iluminac¸ ˜ao de Interiores Empregando Diodos Emissores de Luz (LEDs). Dissertac¸ ˜ao (Mestrado) — Universidade Federal de Santa Maria, 2008.
PINTO, Rafael Adaime. Sistemas eletr ˆonicos para iluminac¸ ˜ao de exteriores em- pregando diodos emissores de luz (LEDs) alimentados pela rede el ´etrica e por baterias. Tese (Doutorado) — Universidade Federal de Santa Maria, 2012.
PINTO, Rafael A.; COSETIN, Marcelo R.; BOLZAN, Tha´ıs E.; MARCHESAN, Tiago B.; CAMPOS, Alexandre; ALONSO, J. Marcos; Dalla Costa, Marco A.; Do Prado, Ri- cardo N. A bidirectional buck-boost converter to supply LEDs from batteries during Peak load time.IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference), v. 30, p. 2848–2853, 2011. ISSN 1553-572X.
POMILIO, Jos ´e Antenor.Eletr ˆonica de Pot ˆencia. 2014. POMILIO, Jos ´e Antenor. Fontes Chaveadas. 2014.
POMILIO, Jos ´e Antenor.Pr ´e-reguladores de Fator de Pot ˆencia. 2016.
REDDY, Udumula Ramanjaneya; NARASIMHARAJU, Beeramangalla Lakshminara- saiah. Single-stage electrolytic capacitor less non-inverting buck-boost PFC based AC DC ripple free LED driver.IET Power Electronics, v. 10, n. 1, 2017.
SANTOS, Tal´ıa Sim ˜oes dos; BATISTA, Mar´ılia Carone; POZZA, Simone Andr ´ea; ROSSI, Luciana Savol. An ´alise da efici ˆencia energ ´etica, ambiental e econiomica entre l ˆampadas de LED e convencionais. Campinas, Brasil, 2015.
SEMICONDUCTORS, Philips.PowerMOS transistor Avalanche energy rated. [S.l.], 1999.
SINGH, Bhim; SHRIVASTAVA, Ashish; CHANDRA, Ambrish; AL-HADDAD, Kamal. A Single Stage Optocoupler-Less Buck-Boost PFC Driver for LED Lamp at Universal AC Mains.IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2013.
THORNTON, Eletr ˆonica Ltda. CAT ´ALOGO DE FERRITE. THORNTON, 2016. Dis- pon´ıvel em: <http://thornton.com.br/pdf/CATALOGO THORNTON.pdf>.
TOP LAB.Relat ´orio de Ensaios de Tipo em L ˆampadas LED referentes `a Efici ˆencia Energ ´etica. Rio de Janeiro, Brasil., 2016.
Refer ˆencias 67 TORRES, I S M; SOUSA, F P F; FERREIRA, T V; LUCIANO, B A.L ˆampadas Fluores- centes e Distorc¸ ˜oes Harm ˆonicas: Efici ˆencia Energ ´etica e Qualidade de Energia El ´etrica. Blumenau, Brasil, 2009.
68
ANEXO A
1 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Determinac¸ ˜ao de Grandezas E l ´e t r i c a s %%%%%%%%%%%%%%%%%% 2 % Este s c r i p t f o i adaptado da D i s s e r t a c¸ ˜a o de Mestrado que tem por t ´ı t u l o % 3 % Medidor De E n e r g i a I n t e l i g e n t e Para D i s c r i m i c¸ ˜a o De Consumo Por Aparelho % 4 % A t r a v ´e s De A s s i n a t u r a s De cargas % 5 % A u t o r : Rodrigo M o r e i r a Bacurau % 6 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 7
8 %% Limpar dados do Matlab
9 c l o s e a l l ; 10 c l e a r a l l ; 11 c l c; 12 f o r m a t shortEng ; 13 f o r m a t compact ; 14 15 %% I m p o r t a dados Psim 16 i m p o r t b a s e ( ’ In −Vin . t x t ’) ; % i m p o r t a a r q u i v o ’ . t x t ’ gerado 17 Vin = t r a n s p o s e ( Vin ) ; % c o l u n a s para l i n h a s , t r a n s p o s t a 18 I n = t r a n s p o s e ( I n ) ; % c o l u n a s para l i n h a s , t r a n s p o s t a 19 Time = t r a n s p o s e ( Time ) ; % c o l u n a s para l i n h a s , t r a n s p o s t a 20 % Frequencia da Rede : 60 Hz
21 FR = 6 0 ;
22 % Tempo de amostragem (em segundos )
23 T = 1 ;
24 % Numero de amostras por c i c l o
25 N = round( ( 1 / FR) / ( Time ( 2 ) − Time ( 1 ) ) ) ; % n ´umero de pontos por p e r´ıo d o
26 % Frequencia de Amostragem
27 FA = N∗FR ;
28 % M ´axima harm ˆonica medida
29 MH = 3 9 ;
30 % Numero de c i c l o s na amostra
31 NC = T∗FR ;
32 % Tipo de a n ´a l i s e : 0 = Estado E s t a c i o n ´a r i o , 1 = T r a n s i e n t e .
33 TA = 0 ;
34
35 %% C ´a l c u l o dos par ˆametros desejados 36 % I n i c i a r to das as v a r i ´a v e i s com z er os 37 Vrms = z er os( 1 ,NC) ;
Anexo A 69 38 Irms = z er os( 1 ,NC) ; 39 P = z er os( 1 ,NC) ; 40 S = z er os( 1 ,NC) ; 41 Q = ze ro s( 1 ,NC) ; 42 FP = ze ro s( 1 ,NC) ; 43 IrmsR = ze ro s( 1 ,NC,MH) ; 44 I r m s I = ze ro s( 1 ,NC,MH) ; 45 IrmsH = ze ro s( 1 ,NC,MH) ; 46 IrmsHN = z er os( 1 ,NC,MH) ; 47 Vrms1 = z er os( 1 ,NC) ; 48 Vrms1R = z er os( 1 ,NC) ; 49 Vrms1I = ze ro s( 1 ,NC) ; 50
51 %% Este l a c¸ o p e r c o r r e um c i c l o de cada vez (NC = n ´umero de c i c l o s ) 52 f o r contNC = 1 :NC
53 % L e i t u r a das amostras de c o r r e n t e e tens ˜ao
54 IA = I n ;
55 VA = Vin ;
56 % Contador que p e r c o r r e um c i c l o de rede 57 f o r contN = 1 :N
58 P ( contNC ) = P ( contNC ) + VA( contN ) ∗ IA ( contN ) ; 59 Vrms ( contNC ) = Vrms ( contNC ) + VA( contN ) ˆ 2 ; 60 Irms ( contNC ) = Irms ( contNC ) + IA ( contN ) ˆ 2 ;
61 % C ´a l c u l o das p a r t e s r e a l e i m ´a g i n ´a r i a da p r i m e i r a harm ˆonica do
s i n a l de tens ˜ao
62 Vrms1R ( contNC ) = Vrms1R ( contNC ) + (VA( contN ) ∗ cos( 2 ∗p i∗ ( 1 / N) ∗ ( contN −1) ) ) ;
63 Vrms1I ( contNC ) = Vrms1I ( contNC ) + (VA( contN ) ∗ s i n( 2 ∗p i∗ ( 1 / N) ∗ ( contN −1) ) ) ;
64 % C ´a l c u l o das p a r t e s r e a l e i m ´a g i n ´a r i a das componentes
harm ˆonicas do s i n a l de c o r r e n t e
65 f o r contN2 = 1 :MH
66 IrmsR ( 1 , contNC , contN2 ) = IrmsR ( 1 , contNC , contN2 ) + ( IA ( contN ) ∗ cos( 2 ∗p i∗ ( contN2 ∗ 1 /N) ∗ ( contN −1) ) ) ;
67 I r m s I ( 1 , contNC , contN2 ) = I r m s I ( 1 , contNC , contN2 ) + ( IA ( contN
) ∗ s i n( 2 ∗p i∗ ( contN2 ∗ 1 /N) ∗ ( contN −1) ) ) ;
68 end
69 end
70 % C ´a l c u l o dos par ˆametros medidos
71 Vrms ( contNC ) = s q r t( Vrms ( contNC ) / N) ; 72 Irms ( contNC ) = s q r t( Irms ( contNC ) / N) ;
73 P ( contNC ) = P ( contNC ) / N ;
Anexo A 70 75 Q( contNC ) = s q r t( S ( contNC ) ˆ2−P ( contNC ) ˆ 2 ) ;
76 FP ( contNC ) = P ( contNC ) / S ( contNC ) ; 77
78 % C ´a l c u l o dos m ´odulos da p r i m e i r a harm ˆonica do s i n a l de tens ˜ao 79 Vrms1 ( contNC ) = s q r t( ( Vrms1R ( contNC ) ˆ 2 + Vrms1I ( contNC ) ˆ 2 )
∗ 2 ) / N ;
80 % C ´a l c u l o dos m ´odulos das componentes harm ˆonicas do s i n a l de
c o r r e n t e
81 f o r contMH = 1 :MH 82 % M ´odulo
83 IrmsH ( 1 , contNC , contMH ) = s q r t ( ( IrmsR ( 1 , contNC , contMH ) ˆ 2 + I r m s I ( 1 , contNC , contMH ) ˆ 2 ) ∗ 2 ) / N ;
84 % M ´odulo n o r m a l i z a d o
85 IrmsHN ( 1 , contNC , contMH ) = IrmsH ( 1 , contNC , contMH ) / IrmsH ( 1 , contNC , 1 ) ; 86 87 end 88 89 90 end 91
92 %% c a l c u l o dos v a l o r e s m ´edios e e r r o s padr ˜oes de cada um dos par ˆametros 93 [ M Vrms , D Vrms , E Vrms ] = s t a t ( Vrms ) ;
94 [ M Irms , D Irms , E Irms ] = s t a t ( Irms ) ; 95 [ M P , D P , E P ] = s t a t ( P ) ; 96 [ M Q , D Q , E Q ] = s t a t (Q) ; 97 [ M S , D S , E S ] = s t a t ( S ) ; 98 [ M FP , D FP , E FP ] = s t a t ( FP ) ; 99 [ M Vrms1 , D Vrms1 , E Vrms1 ] = s t a t ( Vrms1 ) ; 100 [ M Vrms1R , D Vrms1R , E Vrms1R ] = s t a t ( Vrms1R ) ; 101 [ M Vrms1I , D Vrms1I , E Vrms1I ] = s t a t ( Vrms1I ) ; 102 103 M IrmsH = ze ro s( 1 ,MH) ; 104 D IrmsH = z er os( 1 ,MH) ; 105 E IrmsH = z er os( 1 ,MH) ; 106 M IrmsR = ze ro s( 1 ,MH) ; 107 E IrmsR = z er os( 1 ,MH) ; 108 D IrmsR = z er os( 1 ,MH) ; 109 M I r m s I = z er os( 1 ,MH) ; 110 D I r m s I = ze ro s( 1 ,MH) ; 111 E I r m s I = ze ro s( 1 ,MH) ; 112 M IrmsHN = ze ro s( 1 ,MH) ; 113 D IrmsHN = ze ro s( 1 ,MH) ;
Anexo A 71 114 E IrmsHN = z er os( 1 ,MH) ;
115 f o r contMH = 1 :MH
116 [ M IrmsH ( contMH ) , D IrmsH ( contMH ) , E IrmsH ( contMH ) ] = s t a t ( IrmsH ( 1 , 1 :NC , contMH ) ) ;
117 [ M IrmsR ( contMH ) , D IrmsR ( contMH ) , E IrmsR ( contMH ) ] = s t a t ( IrmsR ( 1 , 1 :NC , contMH ) ) ;
118 [ M I r m s I ( contMH ) , D I r m s I ( contMH ) , E I r m s I ( contMH ) ] = s t a t ( I r m s I ( 1 , 1 :NC , contMH ) ) ;
119 [ M IrmsHN ( contMH ) , D IrmsHN ( contMH ) , E IrmsHN ( contMH ) ] = s t a t ( IrmsHN ( 1 , 1 :NC, contMH ) ) ;
120 end 121
122 %% G r ´a f i c o s dos s i n a i s a n a l i s a d o s 123
124 % Se TA == 0 : A n ´a l i s e em estado e s t a c i o n ´a r i o 125 i f ( TA == 0 )
126 d i s p(s p r i n t f( ’ \n\nVrms : %f +− %f ’, M Vrms , D Vrms ) ) ;
127 d i s p(s p r i n t f( ’ Irms : %f +− %f ’, M Irms , D Irms ) ) ;
128 d i s p(s p r i n t f( ’ P o t ˆe n c i a A t i v a : %f +− %f ’, M P , D P ) ) ; 129 d i s p(s p r i n t f( ’ P o t ˆe n c i a R e a t i v a : %f +− %f ’, M Q , D Q ) ) ; 130 d i s p(s p r i n t f( ’ P o t ˆe n c i a Aparente : %f +− %f ’, M S , D S ) ) ; 131 i f ( FP>0) 132 d i s p(s p r i n t f( ’ F a t o r de P o t ˆe n c i a : %f +− %f I n d u t i v o ’, abs( M FP ) , D FP ) ) ; 133 e l s e 134 d i s p(s p r i n t f( ’ F a t o r de P o t ˆe n c i a : %f +− %f C a p a c i t i v o ’, abs( M FP ) , D FP ) ) ; 135 end
136 d i s p(s p r i n t f( ’ V a l o r RMS das Harm ˆonicas da C o r r e n t e : ’) ) ;
137
138 f o r contMH = 1 :MH
139 d i s p(s p r i n t f( ’%d Harm ˆonica : %f +− %f ’, contMH , M IrmsH ( contMH ) ,
D IrmsH ( contMH ) ) ) ; 140 end 141 142 d i s p(s p r i n t f( ’ \n ’) ) ; 143 144 f o r contMH = 2 : 2 :MH−1
145 d i s p(s p r i n t f( ’%f +− %f ’, M IrmsHN ( contMH ) , D IrmsHN ( contMH ) ) ) ;
146 end
147 148
Anexo A 72
150 s u b p l o t( 3 , 2 , 1 ) ; p l o t( VA , ’ b ’) ;
151 t i t l e( ’ Amostra do S i n a l de Tens ˜ao ( 1 c i c l o de rede ) ’) ;
152 x l a b e l( ’ Amostras ’) ; y l a b e l(’ Tens ˜ao ( V ) ’) ;
153 154 s u b p l o t( 3 , 2 , 2 ) ; p l o t( IA , ’ r ’) ; 155 t i t l e( ’ Amostra do S i n a l de C o r r e n t e ( 1 c i c l o de rede ) ’) ; 156 x l a b e l( ’ Amostras ’) ; y l a b e l(’ C o r r e n t e ( A ) ’) ; 157 158 I d f t = IrmsHN ( 1 , 1 , 1 : 3 9 ) ; 159 I d f t = I d f t ( : ) ; 160 I d f t D b = 20∗lo g10( I d f t ) ; 161 V d f t = (abs( f f t(VA) ) ∗s q r t( 2 ) / N) / M Vrms1 ; 162 V d f t = V d f t ( 2 : 2 6 ) ; 163 VdftDb = 20∗lo g10( V d f t ) ; 164 165 166 s u b p l o t( 3 , 2 , 3 ) ; stem( V d f t , ’ b ’) ; 167 t i t l e( ’DFT do S i n a l de Tens ˜ao ( n o r m a l i z a d o ) ’) ;
168 x l a b e l( ’ Harm ˆonicas ’) ; y l a b e l( ’ Tens ˜ao ’) ;
169 a x i s( [ 0 25 0 1 . 1 ] ) ; 170 171 s u b p l o t( 3 , 2 , 4 ) ; stem( I d f t , ’ r ’) ; 172 t i t l e( ’DFT do S i n a l de C o r r e n t e ’) ; 173 x l a b e l( ’ Harm ˆonicas ’) ; y l a b e l( ’ C o r r e n t e ’) ; 174 a x i s( [ 0 40 0 1 . 1 ] ) ; 175 176 s u b p l o t( 3 , 2 , 5 ) ; stem( VdftDb , ’ b ’) ; 177 t i t l e( ’DFT do S i n a l de Tens ˜ao ( n o r m a l i z a d a ) ’) ;
178 x l a b e l( ’ Harm ˆonicas ’) ; y l a b e l( ’ Tens ˜ao ( dB ) ’) ;
179 a x i s( [ 0 25 −100 1 0 ] ) ; 180 181 s u b p l o t( 3 , 2 , 6 ) ; stem( I d f t D b , ’ r ’) ; 182 t i t l e( ’DFT do S i n a l de C o r r e n t e ( n o r m a l i z a d a ) ’) ; 183 x l a b e l( ’ Harm ˆonicas ’) ; y l a b e l( ’ C o r r e n t e ( dB ) ’) ; 184 a x i s( [ 0 25 −100 1 0 ] ) ; 185 % Se TA == 1 : A n ´a l i s e em t r a n s i e n t e 186 e l s e 187 s u b p l o t( 3 , 2 , 1 ) ; stem( P , ’m ’) ; 188 t i t l e( ’ P o t e n c i a A t i v a ’) ; 189 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’W’) ; 190 191 s u b p l o t( 3 , 2 , 2 ) ; stem(Q, ’m ’) ; 192 t i t l e( ’ P o t e n c i a R e a t i v a ’) ;
Anexo A 73 193 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’ Var ’) ; 194 195 s u b p l o t( 3 , 2 , 3 ) ; stem( S , ’m ’) ; 196 t i t l e( ’ P o t e n c i a Aparente ’) ; 197 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’VA ’) ; 198 199 s u b p l o t( 3 , 2 , 4 ) ; stem( Vrms , ’ b ’) ; 200 t i t l e( ’ Tens ˜ao RMS ’) ; 201 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’ V ( rms ) ’) ; 202 203 s u b p l o t( 3 , 2 , 5 ) ; stem( Irms , ’ r ’) ; 204 t i t l e( ’ C o r r e n t e RMS ’) ; 205 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’ A ( rms ) ’) ; 206 207 s u b p l o t( 3 , 2 , 6 ) ; stem(abs( FP ) ,’ k ’) ; 208 t i t l e( ’ F a t o r de P o t ˆe n c i a ’) ; 209 x l a b e l( ’ C i c l o s de Rede ’) ; y l a b e l( ’ ’) 210 end