TCC

TCC - Sistema de Controle de Motor Trifásico com ESP32

Este repositório contém o projeto de TCC (Trabalho de Conclusão de Curso) que implementa um sistema de controle de motor trifásico utilizando ESP32 com modulação SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation).

📋 Sobre o Projeto

O sistema desenvolvido é um inversor trifásico baseado no microcontrolador ESP32-S3, capaz de gerar sinais SPWM para acionamento de motores AC trifásicos. O projeto inclui monitoramento em tempo real de corrente e tensão, além de sistemas de proteção e segurança.

Características Principais

• Controle SPWM: Modulação senoidal PWM trifásica com frequência configurável
• Monitoramento em Tempo Real: Leitura contínua de tensão e corrente RMS
• Sistema de Proteção: Detecção de sobrecorrente, sobretensão e falhas do sistema
• Interface Serial: Controle e monitoramento via comandos seriais
• Hardware Personalizado: PCB desenvolvida especificamente para o projeto

📁 Estrutura do Projeto

TCC/
├── 📄 Esquemáticos KiCad
│   ├── TCC.kicad_sch           # Esquemático principal
│   ├── filtro.kicad_sch        # Circuito de filtros
│   ├── fonte.kicad_sch         # Sistema de alimentação
│   ├── mcu.kicad_sch           # Microcontrolador ESP32
│   ├── sdf.kicad_sch           # Sistema de detecção de falhas
│   └── smp.kicad_sch           # Sistema de medição de potência
│
├── 🔧 Hardware
│   ├── TCC.kicad_pcb           # Layout da PCB
│   ├── TCC.kicad_pro           # Projeto KiCad
│   └── Componentes_Custom/     # Componentes personalizados
│       ├── ESP32/              # Footprint ESP32-S3
│       ├── FSBB30CH60/         # Módulo de potência
│       └── PJ320A/             # Conector de áudio
│
├── 💻 Firmware
│   └── Firmware.ino            # Código principal do ESP32
│
├── 📚 Documentação
│   ├── TCC.pdf                 # Documentação completa
│   ├── TCC-Fonte.pdf           # Esquemático da fonte
│   ├── TCC-MCU.pdf             # Esquemático do MCU

🔧 Hardware

Componentes Principais

Especificações Técnicas

• Tensão de Entrada: Barramento DC variável
• Frequência de Saída: 50 Hz (configurável)
• Frequência PWM: 10 kHz
• Corrente Máxima: 5A por fase (com proteção)
• Tempo Morto: 2μs entre chaves complementares
• Taxa de Amostragem ADC: 20 kHz

Pinagem do ESP32-S3

Sinais PWM

Fase U: GPIO 18 (Alto), GPIO 35 (Baixo)
Fase V: GPIO 13 (Alto), GPIO 21 (Baixo)
Fase W: GPIO 14 (Alto), GPIO 17 (Baixo)

Sensores de Corrente (ADC1)

U_IN:  GPIO 1  (ADC1_CH0)    U_OUT: GPIO 2  (ADC1_CH1)
V_IN:  GPIO 3  (ADC1_CH2)    V_OUT: GPIO 4  (ADC1_CH3)
W_IN:  GPIO 5  (ADC1_CH4)    W_OUT: GPIO 6  (ADC1_CH5)

Sensores de Tensão (ADC1)

Tensão U: GPIO 7  (ADC1_CH6)
Tensão V: GPIO 8  (ADC1_CH7)
Tensão W: GPIO 9  (ADC1_CH8)
Vbus:     GPIO 10 (ADC1_CH9)

Segurança

VFO (Status): GPIO 36 (INPUT_PULLUP)

💻 Firmware

Funcionalidades Implementadas

🌊 Geração SPWM

• Modulação senoidal PWM trifásica
• Defasagem de 120° entre fases
• Índice de modulação configurável (0.1 - 1.0)
• Atualização a 1 kHz para suavidade do sinal

📊 Monitoramento em Tempo Real

• ADC Contínuo com DMA: 20 kHz de amostragem
• Cálculo RMS: Janela deslizante de 400 amostras (20ms)
• Buffer Circular: Armazenamento eficiente de dados
• Multitarefa: Processamento paralelo com FreeRTOS

🛡️ Sistema de Proteção

• Sobrecorrente: Trip em >5A por fase
• Sobretensão: Monitoramento do barramento DC
• Status VFO: Verificação do módulo de potência
• Parada de Emergência: Desabilitação imediata em falhas

📡 Interface Serial

Comandos disponíveis:

start              - Iniciar o inversor
stop               - Parar o inversor
status             - Mostrar status do sistema
sensors            - Mostrar leituras dos sensores
reset              - Limpar falhas do sistema
set_mod <valor>    - Definir índice de modulação (0.1-1.0)
help               - Mostrar ajuda

Principais Funções do Código

🚀 Como Usar

Pré-requisitos

Software

• Arduino IDE 2.0+
• KiCad 7.0+ (para visualizar esquemáticos)
• Bibliotecas ESP32 (esp32 by Espressif Systems)

Hardware

• ESP32-S3 Development Board
• Módulo FSBB30CH60C
• Sensores SCT013 e ZMPT
• Fonte de alimentação adequada

Instalação e Configuração

1. Clone o repositório:

   git clone https://github.com/usuario/TCC.git
   cd TCC

2. Configure o Arduino IDE:

   • Instale o pacote ESP32
   • Selecione "ESP32S3 Dev Module"
   • Configure a porta serial correta

3. Compile e envie o firmware:

   • Abra Firmware/Firmware.ino
   • Compile (Ctrl+R)
   • Envie para o ESP32 (Ctrl+U)

Operação do Sistema

1. Inicialização:

   Sistema inicializado - Pronto para operação
   Comandos: start, stop, status, sensors, reset, set_mod <0.1-1.0>
   AVISO: Verifique todos os sistemas de segurança antes de iniciar!

2. Verificar sensores:

   sensors

3. Iniciar o inversor:

   start

4. Monitorar operação:

   status

Exemplo de Uso

# Monitor serial a 115200 baud
sensors          # Verificar leituras
set_mod 0.5      # Configurar índice de modulação para 50%
start            # Iniciar operação
status           # Verificar status
stop             # Parar operação

📊 Monitoramento

Dados Disponíveis

O sistema monitora continuamente:

• Correntes RMS: 6 canais (entrada e saída por fase)
• Tensões RMS: 3 fases + barramento DC
• Status de Segurança: VFO, sobrecorrente, sobretensão
• Parâmetros SPWM: Ângulo atual, índice de modulação

Exemplo de Saída do Monitor

=== LEITURAS DOS SENSORES ===
Correntes (A):
  U_IN: 2.34  U_OUT: 2.31
  V_IN: 2.35  V_OUT: 2.33
  W_IN: 2.36  W_OUT: 2.34
Tensões (V):
  U: 230.1  V: 229.8  W: 230.3
Tensão Vbus: 325.4 V
Status VFO: OK
Índice de Modulação: 0.800
=============================

🛡️ Segurança

Sistemas de Proteção Implementados

1. Sobrecorrente: Monitoramento contínuo com trip em 5A
2. Sobretensão: Proteção do barramento DC
3. VFO: Monitoramento do status do módulo de potência
4. Tempo Morto: Prevenção de curto-circuito entre chaves

⚠️ Avisos de Segurança

• ALTA TENSÃO: Este projeto trabalha com tensões perigosas
• Sempre desligue a alimentação antes de fazer conexões
• Verifique todas as conexões antes de energizar
• Use EPIs adequados durante testes
• Tenha um sistema de parada de emergência sempre acessível

🔄 Desenvolvimento

Estrutura do Código

// Configurações principais
#define PWM_FREQUENCY 10000        // 10 kHz
#define MODULATION_FREQUENCY 50    // 50 Hz
#define ADC_SAMPLE_FREQ_HZ 20000   // 20 kHz
#define MAX_CURRENT_AMPS 5.0       // 5A máximo

// Loop principal
void loop() {
    update_spwm();              // Atualiza SPWM (1 kHz)
    update_sensors();           // Lê sensores (100 Hz)
    check_safety_conditions();  // Verifica segurança
    process_serial_commands();  // Processa comandos
}

Tecnologias Utilizadas

• ESP-IDF: Framework nativo do ESP32
• FreeRTOS: Sistema operacional em tempo real
• MCPWM: Módulo PWM dedicado do ESP32
• ADC Contínuo: Amostragem de alta velocidade com DMA
• KiCad: Design de circuitos e PCB

📈 Melhorias Futuras

• Controle de velocidade com feedback
• Interface web para controle remoto
• Controle de torque
• Algoritmos de controle avançados (FOC)
• Análise de espectro harmônico
• Comunicação CAN/Modbus
• Sistema de logs em cartão SD

📄 Documentação

Arquivos de Documentação

• TCC.pdf: Documentação completa do projeto
• TCC-Fonte.pdf: Detalhes do sistema de alimentação
• TCC-MCU.pdf: Circuito do microcontrolador
• TCC-SMP.pdf: Sistema de medição de potência

Referências Técnicas

• ESP32-S3 Technical Reference Manual
• FSBB30CH60C Datasheet
• Normas de segurança para inversores de frequência

👨‍💻 Autor

José Fonseca

• Projeto de TCC - Engenharia Eletrônica

📝 Licença

Este projeto foi desenvolvido como Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) e está disponível para fins educacionais e de pesquisa.

🆘 Suporte

Para dúvidas ou problemas:

1. Verifique a documentação técnica incluída
2. Consulte os comentários no código fonte
3. Revise as configurações de hardware
4. Verifique as conexões elétricas

⚠️ LEMBRE-SE: Segurança sempre em primeiro lugar ao trabalhar com sistemas de potência!