Sensor de corrente

O sensor de corrente foi tamb´em desenvolvido recorrendo a componentes discretos nesta disserta¸c˜ao e o objetivo deste ´e medir a corrente que o gerador fornece `a carga em cada 100 ms esperando correntes entre -500 mA e 500 mA.

efeito de Hall, apresentando `a sa´ıda um determinado valor de tens˜ao. Este circuito foi ent˜ao descartado porque apresentava uma gama de corrente de -5 A a 5 A disponibilizando `a sa´ıda uma tens˜ao entre 1 V e 3.3 V, e como os valores de corrente medidos n˜ao excedem a gama de -500 mA a 500 mA, a gama de tens˜ao dispon´ıveis pelo circuito integrado era demasiado reduzida o que n˜ao permitia medir diferen¸cas na ordem dos mA, havendo ent˜ao a necessidade de desenvolver um sensor de corrente.

HEDS-9000

O HEDS-9000 ´e um encoder ´otico incremental que quando usado com um disco ranhurado que deteta a posi¸c˜ao angular e a converte em dois canais de sa´ıda [11].

Atrav´es de um d´ıodo emissor de luz (LED) que serve de fonte de luz, a luz que este emite ´e recolhida por um circuito detetor integrado.

O disco gira entre o emissor de luz e o detetor, bloqueando ou deixando passar a luz entre ambos. Desta forma, o sensor gera duas ondas quadradas de tens˜ao, em quadratura, em fun¸c˜ao da passagem das ranhuras do disco. Estes dois sinais podem, depois, ser utilizados para contar o n´umero de ranhuras, por unidade de tempo, no PIC. Para tal, liga-se um dos sinais a uma linha de interrup¸c˜ao externa do PIC que, quando atendida, verifica o estado do outro sinal, determinando assim o sentido de rota¸c˜ao. Atrav´es de uma vari´avel interna no PIC, e de um temporizador (timer) interno, determina-se, assim, a velocidade de rota¸c˜ao do grupo motor-gerador

O HEDS-9000 ´e bastante usado em equipamentos de automa¸c˜ao industrial pois apresenta um baixo custo e boa fiabilidade.

Na figura 3.3 podemos observar o encoder ´otico incremental HEDS-900.

Actua¸c˜ao do sistema

O utilizador pode, a qualquer momento, executar um comando no MATLAB para aplicar uma tens˜ao no motor ou ler dados do gerador.

Usando o aplica¸c˜ao MATLAB e executando o comando setVoltage(x), sendo x o valor de tens˜ao a aplicar ao motor, o utilizador poder´a analisar o comportamento do motor com a devida tens˜ao por ele selecionada. Assim que o utilizador decide aplicar uma tens˜ao no motor, uma sinal PWM ´e gerado. A rela¸c˜ao deste sinal com a tens˜ao a aplicar ao motor ´e

Figura 3.3: HEDS-9000 [11].

dada pelo duty-cycle que ´e imposto no sinal PWM. Se o utilizador pretende aplicar 10V ao motor ent˜ao o duty-cycle do sinal PWM ´e de 100%, caso seja de 0V ent˜ao o valor ´e de 50% e caso seja de -10 V ent˜ao o duty-cycle ser´a de 0%, permitindo assim que o grupo motor- gerador rode nos dois sentidos. Posteriormente este sinal passa por um filtro passa-baixo e ´e amplificada a potˆencia do mesmo, de forma a servir o motor com uma tens˜ao e corrente capaz de o fazer mover.

O utilizador tem dispon´ıvel um interruptor para que lhe seja poss´ıvel escolher a carga que quer aplicar ao sistema. Estas cargas tˆem o valor de 10, 22 e 50 W e ´e tamb´em dada a possibilidade de impor uma carga infinita ao gerador.

Cap´ıtulo 4

Projeto dos circuitos el´etricos

A PCB desenvolvida tem como objetivo alimentar todo o sistema, control´a-lo e recolher todos os dados. Uma placa extra foi concebida de maneira a nela serem contidas as interfaces com o utilizador, nomeadamente o LCD e um bot˜ao, para que, de uma forma f´acil, a posi¸c˜ao dos mesmos possa ser ajustada.

4.1

Fonte de Alimenta¸c˜ao

A fonte de alimenta¸c˜ao tem como objetivo fornecer uma tens˜ao adequada `a alimenta¸c˜ao de todo o sistema. Este ´e o bloco respons´avel em transformar os 220 V/AC disponibilizados pela rede em ±15 V/DC. Foi escolhido uma alimenta¸c˜ao de ±15 V/DC pelo facto de os amplificadores operacionais (OPAMP), selecionados para este sistema, serem alimentados no m´aximo com tens˜oes de aproximadamente ±18 V/DC e com o intuito de fornecer no m´aximo este valor de tens˜ao aos motores.

Na figura 4.1 apresenta-se o circuito da fonte de alimenta¸c˜ao. Esta inclui um transformador 230 V/AC para 18 V/AC, dois d´ıodos retificadores e ainda dois condensadores eletrol´ıticos de 10mF de 63 V. Este condensador foi obtido atav´es da seguinte equa¸c˜ao:

4V = Imax∗ T

C (4.1)

Seja 4V o valor do ripple m´aximo que se obt´em por um d´ecimo do valor nominal da tens˜ao que se pretende (18 V), vem que 4V =1.8 V, Imax o valor m´aximo de corrente para alimentar

do condensador a calcular. Resolvendo em ordem a C, C=5.6mF. De maneira a garantir confortavelmente o ripple m´aximo desejado usou-se um condensador de valor superior.

Sendo o transformador um componente dispendioso, foi aproveitado a existˆencia de um em laborat´orio para a proje¸c˜ao da fonte de alimenta¸c˜ao.

Figura 4.1: Esquem´atico da fonte de alimenta¸c˜ao

O CTFCS150-18 foi o transformador utilizado para a convers˜ao 230 V/AC para 18 V/AC, trata-se de um transformador especificado para fornecer ao sistema tens˜oes de -18 e +18 V (valor eficaz) e correntes at´e 8 A. Este transformador disponibiliza duas sa´ıdas (quatro termi- nais). Ao conetar-se os dois terminais interm´edios obteve-se o ponto de tens˜ao de referˆencia (massa), gerando as duas ondas de tens˜ao, em oposi¸c˜ao de fase, nos outros dois terminais. Apesar de o datasheet do transformador n˜ao especificar o n´umero de espiras no enrolamento prim´ario e secund´ario ´e poss´ıvel calcular o r´acio entre o n´umero de espiras atrav´es da rela¸c˜ao entre as tens˜oes nos respetivos enrolamentos

Vp Vs = Np Ns = 230 18 = 12.78 (4.2)

A tens˜ao de pico do enrolamento secund´ario (de agora em diante referido apenas como secund´ario) ´e dada por:

Vsp = Vsrms∗

√

em que Vsrms ´e a tens˜ao eficaz do secund´ario. No caso desta disserta¸c˜ao Vsp = 18 ∗

√ 2 = 25.46V .

A figura 4.2 apresenta o transformador utilizado no projeto da fonte de tens˜ao.

Figura 4.2: Transformador CTFCS150-18 [12].

Ap´os a tens˜ao ser retificada pelos d´ıodos, utilizou-se um filtro capacitivo de modo a obter uma tens˜ao aproximadamente constante.

Este filtro baseia se num condensador de valor elevado que carrega no ciclo positivo da tens˜ao de entrada e descarrega lentamente durante o ciclo negativo. Assim se obt´em um sinal praticamente DC `a sa´ıda do retificador de meia onda com filtro capacitivo (figura 4.3).

Figura 4.3: Formas de onda do retificador de meia-onda sem e com filtro capacitivo, respeti- vamente .

A implementa¸c˜ao na placa em nada difere do simulado, os componentes foram exatamente os previstos na simula¸c˜ao e o comportamento do retificador foi o esperado.