Reporte Practica #5 Electronica de potencia

ELECTRONICA DE POTENCIA

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VICTORIA

Universidad Politécnica de Victoria

Materia: Electrónica de Potencia

Unidad 2 Convertidores Convertidores CD-CD Reporte de práctica #5 “Convertidores Convertidores CD-CD”

Integrantes de equipo “Mantes”: Luis Humberto Alanis Ortega Jesus Alberto Perez Rincón Jorge Manuel Torres Reyes

Dr. Rodolfo A. Echavarría Solís

Cd. Victoria Tamps.

Fecha: 29/09/2014

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Contenido I.

Introducción .......................................................................................................................... 3

II Desarrollo ................................................................................................................................... 4 Convertidor Buck ....................................................................................................................... 4 Funcionamiento básico del convertidor buck. ...................................................................... 5 Modo de conducción continua (MCC) .................................................................................. 5 Modo de conducción discontinua (MCD) .............................................................................. 5 Generación del PWM ............................................................................................................ 6 Convertidor Boost ..................................................................................................................... 7 Funcionamiento básico del convertidor Boost ..................................................................... 8 Modo de conducción continua (MCC) .................................................................................. 8 Modo de conducción discontinua ......................................................................................... 9 Convertidor Buck-Boost. ......................................................................................................... 10 Funcionamiento de convertidor Buck-Boost ...................................................................... 10 III.

Resultados Experimentales. ........................................................................................ 11

IV.

Resultados de simulación. ........................................................................................... 12

V.

Conclusiones.................................................................................................................... 15

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I.


Introducción

En la electrónica de potencia ocupan una importante posición el estudio y desarrollo de los convertidores conmutados. Los convertidores conmutados de continua – continua se dividen en diferentes topologías: Reductora o modelo Buck, Elevadora o modelo Boost y por último un convertidor boost-buck. El funcionamiento básico de los convertidores conmutados consiste en el almacenamiento temporal de energía y la sesión de e sta en un periodo de tiempo. Este periodo de tiempo determinará la cantidad cedida a la carga. Los convertidores de DC / DC se pueden dividir en tres bloques:   

Conmutación Elemento de acumulación de energía Filtrado de la señal

El bloque de la conmutación se encarga de trocear la señal de entrada según la frecuencia y el ciclo de trabajo que se le quiera dar al elemento conmutador. La acumulación de la energía se rige al primer bloque, ya que este determinará cuando será liberada hacia la carga del sistema. Y el último bloque, filtra la señal conmutada. Ahora veremos las ventajas y desventajas respecto las fuentes de alimentación lineales. Referente a las ventajas destacaremos dos:

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I. II.


Su rendimiento tiene unos márgenes entre el 60% y el 90% contra el 14% de las fuentes de alimentación lineales. Pequeñas dimensiones

Y las desventajas más importantes de los convertidores conmutados son: I. II.

Generación de EMI (emisión electromagnética), tanto conducida como radiada. Aumento de las pérdidas cuando la frecuencia crece.

II Desarrollo A continuación se muestra la practica realizada, se darán los detalles de cada uno de los tres circuitos proporcionados por el profesor de la materia.

Convertidor Buck Su principio básico se centra, en la reducción de la tensión de entrada en la salida, mediante una frecuencia de conmutación en el elemento conmutador, y un ciclo de trabajo que nos determinará el porcentaje de señal de entrada que representamos a la salida. En la figura 1.2 podemos observar la representación del circuito.

Fig. 1.2 Convertidor Buck.

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Funcionamiento básico del convertidor buck.

La topología reductora se puede definir con la ecuación 2.1 en la cual se puede ver su dependencia absoluta con el ciclo de trabajo < Vo>= c.t.*Vi

(E. 2.1)

Siendo c.t. el ciclo de trabajo, que viene dado por el tiempo en el que el conmutador está cerrado en estado On entre el periodo total de tiempo. c.t. = ton/T

(E. 2.2)

ton = tiempo de conducción. T = Periodo de conmutación. De esta forma el ciclo de trabajo solamente puede estar comprendido entre cero y la unidad.

Modo de conducción continua (MCC)

En la figura 1.3 represen ta la ‘On’, donde tenemos cerrado el interruptor y la corriente circula directamente hacia la carga.

Fig. 1.3 Interruptor Cerrado (On).

Modo de conducción discontinua (MCD)

Y en la figura 1.4 se observa el segundo es tado posible en esta ‘Off’, el interruptor está abierto y la corriente fluye del ele mento de almacenaje.

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Fig. 1.4 Interruptor abierto (Off).

Para garantizar una regulación de tensión de salida se añade una etapa de control, que modificará el valor del ciclo de trabajo, dependiendo del error en la tensión de salida.

Generación del PWM

La señal modulada en la anchura de pulsos, que controla la apertura del interruptor, se crea a partir de una señal de rampa y el valor del ciclo de trabajo. Ver figura 1 .5.

Fig. 1.5 Etapas de la fuente conmutada.

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Fig. 1.6 Generación del pulso.

En la etapa de Resultados experimentales se muestra el circuito armado en protoboard.

Convertidor Boost

El convertidor Boost, es un tipo de convertidor conmutado DC-DC también conocido por el nombre de convertidor elevador (Step-Up) o chopper paralelo. La función de este convertidor es mantener una tensión de salida regulada frente a variaciones de la tensión de entrada o de la carga. Su principal aplicación se halla en la fuente de alimentación conmutada (F.A.C.S) y en el frenado regenerativo de los motores DC. En la figura 1.7, se muestra el esquema del convertidor Boost. En el modelo del convertidor utilizado en este proyecto se han incluido tanto la resistencia serie de la bobina, como la resistencia serie del condensador.

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Fig.1.7EsquemadelcircuitoconvertidorBoost.

Este tipo de convertidor también es de segundo orden, ya que en él se pueden apreciar dos elementos almacenadores de energía. Se muestra el circuito del convertidor en lazo abierto para realizar un estudio detallado de su funcionamiento y definición de las variables de estados. Funcionamiento básico del convertidor Boost

En un regulador elevador, el voltaje promedio de salida V, es mayor que el voltaje de entrada V in, de ahí la palabra “ elevador”. Se distingue al igual que en el Buck, dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule durante el periodo de operación T: MCC y MCD. En este convertidor, la energía que procede de la entrada Vin es conducida por el elemento de conmutación para ser almacenada en la bobina. Este almacenamiento de energía se efectúa durante el periodo de conducción del interruptor, no existiendo durante este intervalo ningún tipo de transferencia de energía a la carga. Cuando el conmutador se abre, la tensión que se produce en bornes de la bobina se suma a la tensión de la fuente obteniéndose una tensión de salida superior a esta última y con idéntica polaridad. Al mismo tiempo, la energía almacenada previamente por la bobina es transferida a la carga.

Modo de conducción continua (MCC)

El transistor conmuta periódicamente con una frecuencia de conmutación (f=1/T); por tanto, el circuito presentará dos topologías según el estado en que se encuentre el interruptor. En t=0 comienza a conducir el interruptor S (“ topología ON”), el circuito equivalente de esta topología está representado en la figura 1.8.

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Fig.1.8 Estado On del convertidor Boost.

Durante el “intervalo TON”, es decir 0 < t
A lo largo de este intervalo se producirá el almacenamiento de la energía en L. Por consiguiente, en bornes de la bobina resulta una diferencia de potencial constante de valor igual a la tensión de entrada Vin.

Modo de conducción discontinua

El modo de conducción discontinua presenta tres topologías. Las dos primeras son iguales a las topologías presentadas para el modo de conducción continua, y la tercera se define cuando los dos elementos conmutadores diodo de marcha libre e interruptor, están bloqueados (OFF) a la vez. La tercera topología se debe a que la bobina tiene tiempo suficiente para descargar la energía almacenada. Supondremos que la corriente se anula a partir de algún instante del intervalo TON < t < T, hasta t=T. En t=0 comienza a conducir el interruptor S, el circuito resultantees el mismo que el representado en la figura 1.9. Un tiempo δT después se desconecta el interruptor S y conduce el diodo de marcha libre En el instante t=t la corriente Li se anula, el circuito resultante de esta nueva topología está representado en la figura 1.9.

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Fig.1.9ConvertidorboostestadoOFF

Convertidor Buck-Boost. El convertidor buck-boost, es un tipo de convertidor conmutado DC-DC también conocido por el nombre de convertidor reductor elevador. La principal aplicación de este convertidor, que como su nombre lo indica puede trabajar tanto de convertidor elevador como reductor, se encuentra en aquellas fuentes conmutadas en las que se desea que la polaridad de la tensión de salida sea contraria a la existente a la entrada del convertidor. En la fig. 2.0 aparece la disposición del circuito para un convertidor buck- boost. Este tipo de convertidor se puede obtener a partir de la conexión en cascada de los dos convertidores básicos mencionados anteriormente, de tal forma que la razón de conversión del mismo vendrá configurada por el producto de las razones correspondientes a estos dos convertidores.

Fig. 2.0 Convertidor Buck-Boost

Funcionamiento de convertidor Buck-Boost

Un convertidor buck-boost suministran un voltaje de salida que puede ser menor o mayor que el voltaje de entrada, de ahí el nombre reductor elevador, la polaridad del voltaje de salida es opuesta a la del voltaje de entrada, Este regulador también se conoce como regulador inversor.

Cuando el interruptor S se cierra, la fuente de entrada Vin se conecta a la bobina, al mismo tiempo que el diodo D queda polarizado inversamente. Como consecuencia de esto, la intensidad que circula por la inductancia crece linealmente, almacenando energía. Transcurrido el Ton, el interruptor se abre, con lo que la energía almacenada previamente en la bobina se transfiere a través del diodo, al resto del circuito. Durante este intervalo Toff del convertidor la fuente no suministra ningún tipo de energía. Se 10



distingue al igual que en los convertidores anteriores, dos modos de operación, según la corriente por el inductor L se anule durante el periodo de operación T:MCC y MCD.

III.

Resultados Experimentales.

Los resultados no se llegaron a una finalización debido a que los circ uitos no funcionaban debidamente o no al 100%. A continuación se muestran los tres circuitos armados en protoboard .

Fig. 2.1 Circuito en protoboard convertidor Buck.

Fig. 2.2 Circuito en protoboard convertidor Boost..

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Fig. 2.3 Circuito en protoboard convertidor Buck/Boost.

IV.

Resultados de simulación.

Convertidor Buck.

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Fig. 2.4 Simulación de convertidor Buck en PSIM.

Fig. 2.5 Voltaje y corriente de salida.

Fig. 2.6 Voltaje y corriente de salida imagen ampliada.

Fig. 2.7 Señal aplicada al Mosfet.

Fig. 2.8 Convertidor buck a) Voltaje de Uc, b) Corriente de inductor

Convertidor Boost.

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Fig. 2.8 Resultados de la simulación del convertidor Boost.

Fig. 2.9 Convertidor Boost a) Voltaje de salida, b) Corriente del inductor

Convertidor Buck-Boost.

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Fig. 3.0 Simulación de convertidor Buck-Boost

V.

Conclusiones.

Para concluir, se entendió lo visto en clase de cómo funcionan los diferentes tipos de convertidores de c-c como lo son estos tres presentados aquí en esta práctica no se logró el objetivo el cual era ver su funcionamiento en la práctica.

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Referencias. http://deeea.urv.cat/public/PROPOSTES/pub/pdf/197pub.pdf Robert W. Erickson, Fundamentals of Power Electronics. Muhammad H. Rashid, Power Electronics Handbook.

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Reporte Practica #5 Electronica de potencia

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