Control de voltaje de un generador sincrónico, por medio de un convertidor tipo BUCK.
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CONTROL DE VOLTAJE DE UN GENERADOR SINCRONICO, POR MEDIO DE UN CONVERTIDOR TIPO BUCK. David Alejandro Sánchez. e-mail: integrante1@institución (quitar hipervínculo)
Francisco Nicolás Gutiérrez Valencia.
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Daniel Barrios Castilla. e-mail: integrante1@institución (quitar hipervínculo)
que la red deje de ser exigida, el voltaje subirá a cantidades que los aparatos conectados a la red posiblemente no aguanten y se quemaran.
RESUMEN: En el presente artículo se diseñara un sistema control en cascada para un generador sincrónico, en la primera etapa de control se busca regular el voltaje salida del convertidor, y en la segunda etapa de control se pretende controlar voltaje en bornes del generador. El voltaje voltaje de salida del generador cambia en el tiempo debido a variaciones de la carga que soporta el generador. El diseño se basara en un convertidor tipo BUCK, y para un correcto diseño se debe realizar adecuadamente el modelado matemático de cada uno de las las etapas del sistema de control. Para hallar los parámetros del convertidor y del lazo de control se recurrirá a herramientas como son: MATLAB y el toolbox SISOTOOL, Software Psim para las simulaciones.
2 PUNTO DE OPERACIÓN GENERADOR SINCRONICO. Para el modelado y control del generador es necesa rio definir un punto de trabajo, este será definido sin ningún el cual se expone a continuación:
3 MODELADO BUCK.
DEL
CONVERTIDOR
Para el modelado del convertidor tipo BUCK, se procedió a modela lar fuente de entrada como un equivalente Thevenin y posteriormente la carga como un equivalente de Norton.
PALABRAS CLAVE: convertidor tipo BUCK, generador sincrónico, control en cascada, frecuencia de conmutación.
1 INTRODUCCIÓN El generador síncrono es un tipo de máquina eléctrica rotativa capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica, está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator. El rotor gira recibiendo un empuje externo desde una turbina. Dispone de dos circuitos eléctricos situados sobre el estator y el rotor de la máquina, los cuales se relacionan a través del circuito magnético, siendo su característica principal que el devanado del inducido se encuentra alojado en la ranura del estator y el cual es alimentado por una corriente continua. Los generadores síncronos son llamados así, porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. A continuación se presenta el modelamiento de una fase de un generador síncrono. Si no se controlara el voltaje, los sistemas electrónicos, maquinaria o demás componentes alimentados por el generador sincrónico podrían sufrir graves daños. Por ejemplo si se habla de una urbanización alimentada por la red del generador, el control se podría hacer manualmente, pero a horas pico cuando se le exija demasiado al generador, sin duda el voltaje va a caer pudiendo causar daños, o si en caso se controla manualmente al momento de máxima exigencia del generador, se podrá mantenerlo funcionando correctamente solo durante ese tiempo pico, al momento
Figura 1. Circuito Modelo del convertidor tipo BUCK, con la fuente de entra y la carga. Con base al esquema de la figura 1 se hará el modelado matemático para el diseño del control.
1
Control de voltaje de un generador sincrónico, por medio de un convertidor tipo BUCK.
. BALANCE VOLT-SEGUNDO Estado 1.
Estado 2.
De este balance se saca la función 1, teniendo en cuenta que dicha función debe estar expresada en función de los estados o la s entradas
Rizado para Co: este rizado es de segundo orden por lo tanto se recurre a la siguiente expresión para hallarlo.
Antes de proceder a utilizar las herramientas de simulación se deben hallar las matrices A, B, C, D, en base a las funciones F (1), F (2), F (3).
Analizando F (1) en estado estable se puede hallar la expresión para d “ciclo de dureza”
[ ] ] [
Expresión para el rizado en la bobina:
Dónde:
BALANCE DE CARGA PARA Ci
( ) ( ) Estado 1.
Estado 2.
Rizado para Ci
Dónde:
Ahora se procederá a mostrar la función de transferencia de cada entrada: 1. 2.
BALANCE DE CARGA PARA Co
Estado 2.
Estado 1.
3.
2
Función de transferencia del voltaje de salida (Vf) con respecto a ciclo de dureza (D). Función de transferencia del voltaje de salida(Vf) con respecto al voltaje alimentación(Vg) Función de transferencia del voltaje de salida(Vf) con respecto a cambios en la carga(Io)
Control de voltaje de un generador sincrónico, por medio de un convertidor tipo BUCK.
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4 LAZO DE CONTROL.
Figura 2. Lazo de control.
Vi: Voltaje de entrada al convertidor. Vf: Voltaje de salida del convertidor. Vg: Voltaje del generador sincrónico. Gvfvi: Relación de la ganancia entre los voltajes Vi y Vf. Gvgvf: Relación de la ganancia entre los voltajes Vg y Vf. Gcc: Gvci:
5 SIMULACIONES. 6 CONCLUSIONES.
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Control de voltaje de un generador sincrónico, por medio de un convertidor tipo BUCK.
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7 REFERENCIAS [1] G. Obregón-Pulido, B. Castillo-Toledo and A. Loukianov, “A globally convergent estimator for n frequencies ” , IEEE Trans. On Aut. Control. Vol. 47. No 5. pp 857-863. May 2002. [2] H. Khalil, ”Nonlinear Systems” , 2nd. ed., Prentice Hall, NJ, pp. 50-56, 1996. [3] Francis. B. A. and W. M. Wonham, “The internal model principle of control theory” , Automatica. Vol. 12. pp. 457465. 1976. [4] E. H. Miller, “A note on reflector arrays” , IEEE Trans. Antennas Propagat., Aceptado para su publicación. [5] Control Toolbox (6.0), User´s Guide, The Math Works, 2001, pp. 2-10-2-35. [6] J. Jones. (2007, Febrero 6). Networks (2nd ed.) [En línea]. Disponible en: http://www.atm.com.
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