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PRODUTOS / Microcontroladores
11/01/2013 12:14:
Conversor de Frequência usando microcontrolador PIC 18F
Projeto de um conversor de frequência monofásico com utilização de microcontrolador
Arthur M. C. Freitas, Lucas R. Leal, Carlos R. B. Santos
Os conversores de frequência são equipamentos eletrônicos que fornecem controle sobre a velocidade de motores elétricos de corrente alternada através da conversão das grandezas fixas (tensão e frequência da rede) em grandezas variáveis. Apesar de o princípio de funcionamento ser o mesmo, houve grandes mudanças entre os primeiros conversores de frequência e os atuais, devido principalmente à evolução dos componentes eletrônicos com destaque para os microcontroladores.
Com isso, neste artigo, apresentaremos o projeto e montagem de um conversor de frequência podendo ser dividido em duas fases. A primeira etapa é o circuito de controle, utilizando-se um microcontrolador para a realização dos chaveamentos. Já a segunda etapa é o circuito de potência, com transistores MOSFETs em ponte H. Mesmo que os conversores trabalhem de formas diferentes, sua estrutura básica é sempre a mesma.
A figura 1 mostra um diagrama simplificado de um conversor de frequência.
A execução do projeto foi baseada em conversores de frequência monofásicos, mas a montagem para uma rede trifásica tem o mesmo princípio.
Metodologia
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O primeiro passo realizado foi a montagem do circuito eletrônico em um software de simulação; nesta matéria utilizou-se o PROTEUS. Após os testes no simulador, foram realizados testes práticos em protoboard antes de serem feitas definitivamente as placas impressas, descritas a seguir:
- Módulo de potência: circuito composto pelas chaves representadas por Q1, Q2, Q3 e Q4 como pode ser observado na figura 2, com optoacopladores 4N35 para a isolação do sinal de controle da parte de potência.
- Módulo de controle: circuito composto por um microcontrolador (Microchip PIC 18F4520) como mostrado na figura 3, que tem como função fazer os cálculos para a realização do tempo de chaveamento e enviar o comando para ativação dos MOSFETs.
O circuito de controle possui a uma chave anti-bouncing, que, inserida no pino 1, serve para resetar o PIC. Após a saída do sinal do PIC pelos pinos 33, 34, 35 e 36 eles passam por optoacopladores 4N35 representados pela sequencia U5, U6, U3 e U4, estes com finalidade da separação dos dois circuitos. Os dispositivos utilizados para o chaveamento são os MOSFETs de potência IRF540. A linguagem de programação utilizada para o microcontrolador definir as variáveis de entrada (os botões onde aumenta ou diminui a frequência) e a saída para controle das chaves foi a linguagem C, e o compilador onde o programa foi desenvolvido foi o MikroC. O código-fonte do programa está
A figura 8 mostra o conversor em funcionamento sendo colocado na saída um motor CC de 12 V, que gira nos dois sentidos, e um osciloscópio para a análise da forma de onda da saída do conversor.
O circuito no canto inferior desta figura é onde a frequência é aumentada em mais de dez vezes do valor anterior, ou diminuída de mais dez vezes do valor anterior (variando no intervalo de 0 a 100 Hz).
Materiais necessários
A tabela 1 apresenta todos os dispositivos utilizados na construção do trabalho e seus respectivos preços, não foi possível a especificação dos fabricantes e parâmetros importantes como corrente e tensão de alguns componentes comprados.
Resultados
Com o circuito conversor de frequência pronto, foi testado se realmente a frequência de chaveamento que é mostrada no visor é observada pela carga, e, para isto, foi colocado na saída do circuito um osciloscópio e, mudando-se o valor das frequências de 0 a 100 Hz, foram obtidas as ondas das figuras 9 a 13.
Como foi observado, as frequências de chaveamento foram praticamente as mesmas mostradas pelo visor do circuito do conversor. A maior tensão que pode ser aplicada ao circuito de potência é 30 VCC, devido aos optoacopladores. Os picos de tensão vistos nas figuras devem ter surgido devido ao motor CC na saída do inversor. O motor de corrente contínua foi usado para visualizar a inversão da polaridade de tensão no inversor.
Conclusão
O projeto conseguiu controlar de forma satisfatória a frequência na carga, variando-a de 0 a 100 Hz, através de um circuito de controle utilizando como dispositivo principal o microcontrolador PIC18F4520, onde, com a ajuda de push-buttons aumenta-se ou diminui-se a frequência. O hardware pode ficar com um preço ainda mais acessível ao se utilizar um microcontrolador mais simples do que o 18F4520. Mas mesmo assim, o preço deste conversor é bastante acessível, uma vez que os preços desses instrumentos no mercado atual variam de R$ 200,00 a R$1.500,00.
Pretende-se, num futuro próximo, inserir filtros para a redução de harmônicas para aproximar a forma de onda da saída do inversor a uma senoide. Outra melhoria é inserir uma conexão com o computador para que o controle seja feita na tela do PC, uma vez que uma das principais desvantagens deste projeto é o fato dele não ser tão interativo com o usuário (para mudar suas configurações necessita de um conhecimento de programação em linguagem C e do hardware PIC 18F4520), já nos inversores comerciais a mudança do dispositivo é toda feita por comandos simples parecidos com comandos de computadores, onde é só procurar a opção na tela do dispositivo e realizar as mudanças.
- Matéria originalmente pub licada na revista Sab er Eletrônica; Ano:48; N°466; dez– 2012
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