Meu TCC, primeiras idéias e pesquisas.

[MatheusLPS]

Bom, faltando pouco tempo para formar... decidi começar meu TCC, Trabalho de Conclusão de Curso. Em alguns lugarem chamam de TFC, Trabalho Final de Curso.

Procurei um professor na área de microcontroladores para que o mesmo me desse uma ideia.

Depois de dois dias ele decidiu me orientar e me disse para faezr o trabalho em conjunto com outro professor co-orientando na área de acionamentos elétricos.

Dessa forma, saiu o projeto que venho comentar com vocês.

Segue umas fotos que tirei com o celular mesmo do esboço do projeto. Se ficar muito ruim de ver, posso scanear depois.

Essa aqui é uma visao geral do projeto. Terei que fazer um Inversor trifásico para alimentar um motor de induçao trifásico de 0.5CV. A ideia seria colocar esse motor numa bicicleta para fazer dessas motorizadas.

Dessa forma, se a pessoa pedala, pede mais força ao motor. Ai o pwm varia. Algo assim.

Só nao entendi muito bem como a bataria seria recarregada. Se vai ser na hora da frenagem... e tal......

Tem o problema do peso da bateria também, mas isso fica pra depois.

A alimentaçao será por uma bateria. Uns 96V eu acho.

Zoom no circuito de pesquisa:

O uC será o cérebro do sistema. Chaveando os Tiristores/IGBts/Fets. Não foi decidido ainda. Isso faz parte da pesquisa. E ainda o uC fará a leitura das variáveis externas importantes.

Malha de controle:

"Gerador" PWM por dente-de-serra:

A princípio não iremos medir a velocidade do motor, mas estimar elas através de uma modelagem matemática:

http://img.photobucket.com/albums/v222/ahhh/TCC/programa_observador_velocidade_motor.jpg

Por enquanto é isso. Amanhã irei scanear para ficar mais fácil de ver.

Comecei minha pesquisa sobre o assunto e encontrei alguns AN (Aplications Notes) no site da microchip.

Não li nenhum ainda mas já estou passando só para que vocês possam acompanhar. Espero que esses arquivos sejam úteis:

Speed Control of 3-Phase Induction Motor Using PIC18 Microcontrollers

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012011

VF Control of 3-Phase Induction Motors Using PIC16F7X7 Microcontrollers

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012129

Motor Control Sensor Feedback Circuits

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012139

Controlling 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en020394

VF Control of 3-Phase Induction Motor Using Space Vector Modulation

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en022555

CE019 - Proportional Integral Derivative (PID) controllers & closed-loop control

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/CE019_PID.zip

CE155 - Real-Time Data Monitoring (RTDM) Example

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/CE155_RTDM_Example_120309.zip

Pelo visto terei muito material para ser lido e entendido durante o fim de semana.

Mãos à obra.

Falou

[edu.]

Eu vi no esboço uns bipolares. Utilize MOSFETs. Possuem baixa resistência série (dissipam menos potência). Comutam mais rápido (menos perda de energia nas trócas de níveis). Alta impedância de entrada (corrente para comandar na ordem de µA e nA).

[Zin]

Eu te sugiro um DSPIC, pode usar o DSPIC30F2010 que já vem com 6 canais PWM e custa uns 14 reais

Você pretende colocar o motor diretamente na roda traseira? É que neste caso poderia usá-lo como freio, carregando a bateira.

[alexandrefdem]

Matheus, como já comentado acima, você deveria usar mosfets pra esse chaveamento. Mas, algo que dificilmente vejo são pessoas usando os IGBT, que supostamente são superiores ao mosfet em chaveamentos nas frequências de pilotagem de motores (5khz... por ai). Seria legal se você tivesse eles como opção no seu projeto.

Tanto que, numa rápida pesquisa ao google, encontrei essa página.

http://www.gta.ufrj.br/grad/01_1/igtb/Pagina_IGBT.htm

Observe o tópico III, e veja as similaridades

[MatheusLPS]

Esquema com resoluçao melhor:

Então, o desenho é só um esboço. Não está decidido qual chave vamos usar. Isso faz parted a pesquisa descobri.

Vou ver o link postado pelo colega alexandrefdem.

Vou pra faculdade agora para um reuniao de outro projeto.

Falou

[Felipe Electronic]

Modelagem matemática? Isso me interessa...Vais utilizar algum tipo de compensador?

Gostei da ideia!

Abs.

[MatheusLPS]

Sim felipe, vamos usar um modelo matémático onde podemos estimar com um erro de uns 2 a 3% a velocidade do motor.

Essa modelagem já usamos nas disciplinas de máquians elétricas.

O código é feito para matlab.

O negócio da pesquisa é ver se o PIC vai dar conta de faezr os cálculos e ainda atualizar os PWM numa frequencia de uns 1.25Khz.

Vou lá na faculdade agora oficializar mina inscriçao nessa disciplina.

Falou

[Felipe Electronic]

O negócio da pesquisa é ver se o PIC vai dar conta de faezr os cálculos e ainda atualizar os PWM numa frequencia de uns 1.25Khz.

Veja que a velocidade do PWM é baixa, e o conversor A/D da conta tranquilamente, em assembly (eeee velhos tempos) daria pra fazer tranquilamente a brincadeira em um PIC18F usando a biblioteca de ponto flutuante da microchip.

Outra coisa é interessante sincronizar a amostragem do seu conversor A/D juntamente com oPWM isso ja vai dar uma ajuda em caso de overshoot.

Recomendo você dar uma pincelada no ASM pois esse será muito útil na hora de otimizar os calculos(visto que o CCS mesmo vai devagaaaaar).

Sim felipe, vamos usar um modelo matémático onde podemos estimar com um erro de uns 2 a 3% a velocidade do motor.

Esse erro ja é com controlador PI? ou somente o proporcional, detalhe dependendo de como ficar seus sistema um controle do tipo avanço de fase pode ser mais interessante que o PI por ser mais fácil de modelar e implementar.

Quero ver a função de transferencia do sistema hein, rs

Abs.

[MatheusLPS]

Assim que estiver com o projeto mais engatilhado, postarei aqui todas as funções pertinentes.

A princípio irei me basear nessa Aplication Note:

Controlling 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431

Vou ler sobre o tal do Power PWM.

Falou

[Felipe Electronic]

Achou uma referencia e tanto, o documento da microchip ja da a ideia de como modelar todo o sistema, inclusive usa o PID bem padrão que usamos em um microcontrolador.

A brincadeira fica legal agora:

Hardware: Interface de potência, bem dimensionada para não fritar, bom condicionamento dos sinais dos sensores, filtros butterworth aqui são as melhores escolhas.

Firmware: Sem dúvida acho que a parte mais legal de fazer e testar será o PID e a geração da senoide via tabela de senos, fora os ajustes de KP,KI e KD(se precisar), para te dar uma resposta satisfatória, ja comece a pesquisar metodo ziegler-nichols para tunar controles PID, vai te ser muito útil quando você perder a cabeça com oMATLAB.

Por enquanto é isso, no aguardo da continuação do projeto.

[Zin]

Ainda acho que ficaria mais fácil com DSPic, tem os canais PWM prontos. Além da capacidade de multiplicar em hardware, o que te possibilita usar fitros IIR e FIR

[MatheusLPS]

Sobre o PWM.

Consegui fazer os 6 canais que preciso.

São 3 PWm e 3 PWM complementares. Usei o Módulo POWER PWM que o 18F4431 tem.

Consegui também colocar o dead-time ou tempo morto entre eles para nao fechar curto durante o chaveamento.

Estou em dúvida se devo usar o PWm mesmo ou gerar uma senoide com o PIC.

O problema da senoide usando uma tabela é que naos sei o que fazer com ela depois de gerada.

Falou

[MatheusLPS]

Desculpem a demora na atualização.

Comecei do básico.

Usando esse circuito:

Consegui essas formas de onda na saída:

Um inversor monofásico simples.

Agora vou tentar simular com componentes reais no Proteus e eliminar a comparação da onda triangular com a senóide e usar o PWM do PIC direto.

O problema é que o proteus é muito bugado e não simula do jeito que eu quero.. ohhhh raiva...

Edit:

O resistor de carga no circuito NÃO é de 16 ohms e sim de 8 OHMS......

Tirei print errado!

Falou

[jorgeletronico]

Isso ai é pra aquelas bicicletas eletricas?

[MatheusLPS]

Colega Jorge!!

Exatamente isso!!!

A ideia do professor orientador e do co-orientador é exatamente isso. Fazer uma bicicleta elétrica.

Mais eles querem fazer trifásico.... O problema é a bateria q teria que ser enorme.

Nunca vi motor trifásico de 10V......

Mas faz parte da pesquisa pesar todos os problemas e soluções possíveis...

Falou

[jorgeletronico]

Poderia adotar um circuito estrela triangulo na partida nao?Vi no you tube e o cara usou esse sistema ,ficou interessante.

[MatheusLPS]

Sim, mas o caso de usar estrela-triângulo seria para diminuir a corrente de partida do motor.

A princípio, esse não seria o caso.

Falou

[Felipe Electronic]

Mais uma sugestão, no lugar de MOSFETs, utilize IGBTs mesmo (aqueles que pareciam bipolares no primeiro desenho) são mais robustos para aplicações em inversores com frequencia de portadora até 20KHz.

Abs.

[MatheusLPS]

Obrigado pela dica Felipe.

Vou fazer uns testes aqui.

Falou

[MatheusLPS]

Alguns testes com componentes reais.

Ainda não segui a ideia do colega Felipe para o uso dos IGBts pois ainda não estudei eles. Fui de mosfets mesmo. Até porque tenho alguns sobrando (não são o do circuito).

Tenho também uns IR2184.....

A simulação é apenas um guia mesmo.

Falta descobrir como simular uma carga trifásica. Veja que a corrente de saída mesmo defasada ainda não tem componente negativa.

E tem um bug que não sei porq o sinal que chega no 1º mosfet é de 24V de pico sendo que todos os outros são de 12V. Estranho.

Foto:

Vou continuar com os estudos.

EDIT:

Putz, acabei de encontrar uns valores estranhos que não deveriam estar no gráfico. Terei que rever....

EDIT 2:

Vacilo meu. As ondas estão corretas. É que no sinal de controle, plotei as ondas de 10ms até 10.5ms. As ondas de corrente plotei de 20ms até 20.5ms.

Tava cansado ontem e nem reparei.

Falou

[ogaittiago]

Então Matheus em minhas viajadas na net a procura me material para o tcc tinha visto algo que poderá lhe ajudar e fazer como seu professor quer .

Você poderia usar um motor de indução qualquer trifásico e refazer o bobinamento para 24v.

Só que você vai ter de contar as espiras originais em cada bobina, a nova devera ter +/- 20% da original e o fio deverá ser mais grosso para que preencha o mesmo espaço da anterior.

Vou ver se lembro onde o vi.

Espero que te ajude.

Tiago Souza!!

[MatheusLPS]

Opa Tiago, não tinha pensado na possibilidade de rebobinar um motor.

Excelente ideia.

Verei isso sim.

EDIT 2:

Vacilo meu. As ondas estão corretas. É que no sinal de controle, plotei as ondas de 10ms até 10.5ms. As ondas de corrente plotei de 20ms até 20.5ms.

Tava cansado ontem e nem reparei.

Falou

[angelodn]

Como está o projeto Matheus?

Também sou um estudioso na área.

Gostaria muito de montar um tareco eletrico, um dia monto um.

Estive pesquisando motores trifásicos de baixa tensão e a meu ver só restou uma saída de baixo custo, pega um alternador de carro retira os diodos internos e voi-lá, você tem um belo motor trifásico que pode render meio cv, talvez suporte 24v, só não sei o regime de rotação suportado.

Não esqueça de alimentar as bobinas de campo internas com 12v.

Existe uns mods que mudam as bobinas de campo pra neodinio, pode ser tentado também.

Pensei também em construir um gerador trifasico com 2x cd4017, cada um setado pra div a onda de entrada por 3, um 4017 pra excitação da linha positiva e outro pra linha negativa, mas esbarrei na onda quadrada gerada por eles, não ia soar bem no alternador/motor.

Boa Sorte e manda novidades do seu projeto.

[PatrickTrivilin]

A princípio não iremos medir a velocidade do motor, mas estimar elas através de uma modelagem matemática:

http://img.photobucket.com/albums/v222/ahhh/TCC/programa_observador_velocidade_motor.jpg

Por enquanto é isso. Amanhã irei scanear para ficar mais fácil de ver.

Comecei minha pesquisa sobre o assunto e encontrei alguns AN (Aplications Notes) no site da microchip.

Não li nenhum ainda mas já estou passando só para que vocês possam acompanhar. Espero que esses arquivos sejam úteis:

Speed Control of 3-Phase Induction Motor Using PIC18 Microcontrollers

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012011

VF Control of 3-Phase Induction Motors Using PIC16F7X7 Microcontrollers

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012129

Motor Control Sensor Feedback Circuits

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en012139

Controlling 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en020394

VF Control of 3-Phase Induction Motor Using Space Vector Modulation

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en022555

CE019 - Proportional Integral Derivative (PID) controllers & closed-loop control

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/CE019_PID.zip

CE155 - Real-Time Data Mon

Matheus, que artifício matemático você fez para estimar a velocidade do motor?

 

Att, Patrick.

[albert_emule]

Mais uma sugestão, no lugar de MOSFETs, utilize IGBTs mesmo (aqueles que pareciam bipolares no primeiro desenho) são mais robustos para aplicações em inversores com frequencia de portadora até 20KHz.

Abs.

 

O IGBT terá o mesmo rendimento que o transistor bipolar em 12V hehehe

Quando totalmente saturado, dá uma queda de tensão de 1,65V que desperdiça potência em forma de calor em tensões assim.

 

O melhor para baixas tensões ainda são os mosfets.

Recomendo o IRF3206, veja:

 

http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp3206pbf.pdf

@MatheusLPS

 

Será que seu professor não quis referir-se a motores brushless DC???

São motores realmente trifásicos. Os da bicicletas comerciais são estes.

 

Mas um detalhe é que eles não são de indução, e justamente por isso não necessitam de ondas senoidais. Trabalham com ondas retangulares.

 

Estes são para aeromodelos, mas os que as bicicletas reais usam são de uns 1000 watts, contudo são os mesmos motores, mesmas formas de funcionamento e controle. Por isso a explicação do vídeo serve:

https://www.youtube.com/watch?v=1oCBfY2kh30

 

 

Na verdade os de maior potência tem sensores HALL internamente para determinar a posição do imãs para o circuito de controle.