Informe Inversor 12vdc a 120vac-60hz

7/23/2019 Informe Inversor 12vdc a 120vac-60hz

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Departamento de Elctrica y Electrnica

Carrera de Ingeniera Mecatrnica

Electrnica De Potencia

Informe de Laboratorio

Tema:

INVERSOR DE 12 VDC A 12 VAC Y 6 HZ

Autor:

Cristian A. Garca Ojeda

Bruno Almeida

Sangolqu,5deAgostode2014


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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAESPELABORATORIO DE ELETRNICA DE POTENCIA

1. TEMA:

Inversor de 12 VDC a 120 VAC y 60 Hz

2. OBJETIVOS:2.1. General

Disear un inversor de 12 VDC a 120 VAC y 60 Hz

2.2. Especficos Dimensionar cada uno de los elementos del circuito del inversor para que

esta funcione correctamente.

Armar el circuito del inversor sobre el protoboard y medir los valores decorriente y voltaje a la salida del inversor en vaco y con carga (Focoahorrador de 20W).

Analizar e interpretar los resultados obtenidos de los valores de corriente yvoltaje a la salida del inversor.

Aprender las diferentes maneras de convertir corriente DC a AC, con susrespectivas ventajas y desventajas.

3. MARCO TERICO:

Convertidores DCAC (Inversores)Un inversor es un dispositivo elctrico que convierte la corriente directa (DC) acorriente alterna (AC), la AC puede ser convertida en cualquier voltaje y frecuenciacon el uso de transformadores adecuados, conmutacin y control de circuitos.Los inversores se utilizan comnmente para la fuente de alimentacin de CA confuentes de corriente, tales como paneles solares o bateras.El inversor realiza la funcin opuesta de un rectificador.En los inversores, las formas de onda del voltaje de salida deberan ser senoidales.

Sin embargo, en los inversores reales no son senoidales y contienen ciertasarmnicas. Para aplicaciones de baja y mediana potencia, se pueden aceptar losvoltajes de onda cuadrada o casi cuadrada; para aplicaciones de alta potencia, sonnecesarias las formas de onda de baja distorsin. Dada la disponibilidad de losdispositivos semiconductores de potencia de alta velocidad, es posible reducirsignificativamente el contenido armnico del voltaje de salida mediante diversastcnicas de conmutacin.

ClasificacinSe clasifican segn el nmero de fases:

Monofsicos Trifsicos

Figura 1. Smbolos para la Representacin de Convertidores CC/CA (Inversormonofsico izquierda e inversor trifsico derecha)


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Aplicaciones:

Actuadores para motores de corriente alterna.Permite variar la tensin y lafrecuencia de estos motores.

Fuentes de alimentacin ininterrumpida (UPS).Genera una tensin senoidala partir de una batera con el fin de sustituir a la red cuando se ha producidoun corte en el suministro elctrico.

Generacin fotovoltaica.Genera la tensin senoidal de 50Hz a partir de unatensin continua producida por una serie de paneles fotovoltaicos.

El temporizador NE555

El NE555, es un dispositivo altamente estable, para generar retardos exactos de

tiempo corto o generador de oscilacin. Se proporciona un terminal adicional, para la

activacin o reposicin (reset) si se desea. En el modo de operacin de retardo de

tiempo, el tiempo es controlado con precisin, por una resistencia y condensadorexternos.

Figura 2. Circuito integrado NE555

Para la operacin astable, como un oscilador, la frecuencia de funcionamiento libre y

ciclo de trabajo, se controlan con precisin, con dos resistencias externas y un

condensador. El circuito se pueden activar y restablecer las formas de salida de onda,y el circuito de salida puede ser fuente o drenador de hasta 200 mA o circuitos de

accionamiento TTL.

Figura 3. Pines del circuito integrado NE555

Modo astable.

En el modo astable, la salida del temporizador 555, es una forma de onda de pulso

continuo, de una frecuencia especfica que depende de los valores de las dos


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resistencias (R1R2) y el condensador (C1) utilizados en el circuito de la figura que

sigue, de acuerdo con la siguiente ecuacin:

Frecuencia de oscilacin = 1 / T

Figura 4. Configuracin en modo astable de un circuito integrado NE555

El tiempo de carga (salida alta) viene dado por: t1 = 0.7 (R1 + R2) C1

Y el tiempo de descarga (salida baja) por: t2 = 0.7 (R2) C1

As, el perodo total es: T = t1 + t2 = 0.7 (R1 +2R2) C1

La frecuencia de oscilacin es: f = 1/T=1.44 / (R1 +2R2) * C1

CIRCUITO CMOS 4013

El circuito integrado 4013 o sus equivalentes en diferentes marcas CD4013, TC4013,

MC14013 o HEF4013, contiene 2 flip-flops del tipo D, tiene entradas independientes

de puesta a 1 PRE, puesta a 0 CLR y CLK. La salida del flip -flop la tenemos

negada y sin negar. El funcionamiento es simple, el dato o nivel que tenemos en la

entrada D es transferido a la salida Q durante la transicin positiva de la seal de

reloj CLK.


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Figura 5. Pines del circuito integrado 4013

Las patillas de alimentacin son el pin 14 VDD, que admite un rango de

funcionamiento de 3V a 15V, y el pin 7 VSS o GND.

El tiempo de propagacin tpico es de 200 ns alimentado a 5V.

Figura 6. Tabla de verdad de un FF tipo D.

4. PROCEDIMIENTO: Arme en el protoboard el circuito que se muestra en la figura de abajo.

Figura 7. Diagrama del circuito del inversor


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Conecte el foco a la salida del inversor y alimente el circuito con 12 VDC.

Mida los valores de corriente y voltaje a la salida del inversor y tabule.

Retire el foco y mida el voltaje en vaco a la salida del circuito.

4.1. Materiales:o

1 resistencia de 100k a 1/2Wo 1 resistencia de 10K a1/2Wo 2 resistencias de 220o 4 capacitores cermicos de 100nF (104)o 1 NE555o 1 CD4013BEo 1 LM7805o 2 IRF540No 1 transformador de 12x12 voltioso Focoo Protoboardo Cables de conexin

4.2. Equipo:o Voltmetroo Ampermetroo Fuente de voltajeo Osciloscopio.

4.3. Circuito armado

Prctico

Figura 8. Circuito del inversor del inversor montado en el protoboard.

Recoleccin de datos:

Parmetro Inversor con carga Inversor sin carga

Voltaje [VAC] 96.1 135

Corriente [mA] 78.4 -

Tabla 1. Datos medidos


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Fotografas

Voltaje

Figura 9. Voltaje a la salida del inversor con carga

Figura 10. Voltaje a la salida del inversor sin carga


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Corriente

Figura 11. Corriente a la salida del inversor con carga (foco)

5. ANALISIS:5.1. Clculos

Frecuencia del oscilador (NE555):

Para calcular la frecuencia se utilizaran los siguientes valore para los elementos:

1 = 100 2 = 10 1 = 100

= 1.44( 1 + 2 2) 1

= 1.44(100000 + 2 (10000 )) (100)

= 120 Considere que el oscilador NE555 va a ser utilizado nicamente como seal de reloj

para el FF tipo D del integrado 4013. Considere adems que los flip-flops son

conocidos como divisores de frecuencia y que la frecuencia de su seal ser la mitad

de la seal de reloj que ingrese a este, es decir que la frecuencia de oscilacin para

la apertura y cierre de los Mosfet ser de 60Hz.


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Figura 11. Seales de salida del NE555 (superior) a 120 Hz y del FF tipo D(inferior) a 60Hz

En la figura se puede ver que la seal del oscilador NE555 (superior) solo es usada

para la transicin de pendiente negativa del FF, para hacer que este cambie de

estado Q, de alto a bajo y de bajo a alto.

El voltaje rms de salida

V = V2 =122 = 6V

El voltaje de salida calculado para un inversor de medio puente es de 6V con voltaje

de entrada de 12V, para poder obtener una seal de 120VAC se requiere conectar

el voltaje de salida a un transformador de 12V a 120V y conectar en el TAP central

un voltaje de 12VDC para ayudar a subir el voltaje salida. Con esto se asegura a la

salida un voltaje de 120 VAC o ms.

El voltaje rms de salida a la frecuencia fundamental

Vo= 2V2=2(12)

2 = 5,4018 V

El voltaje rms armnico Vh es

Vh =Vo Vo=6 5,4018= 2,611 V

Distorsin armnica total THD

THD =0,2176 Vs0,45Vs =0,2176 12

0,4512 = 0,4835

THD = 0,4835100 = 48.35%


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Fuente de alimentacin:

= 12 []= 0.95 []

= 11.4 []

Carga:

Calculado

:20,120,200

=

=120

20 = 720

Medido

= 101.03 []= 169 []

= 17.1 []

= 108.3212.410= 597.81

Relacin del transformador:

=

=13512 = 11.25

Eficiencia:

=

=17.120 = 0.85


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5.2. Anlisis de graficas

Figura 12. Seal de salida del inversor sin amplificar 12 VAC a 52.5 Hz

Anlisis:Se puede observar que la grfica es semejante a una seal sinusoidal devoltaje AC. Adems se puede decir que la grfica no resulta ser exactamentesinusoide debido que el mtodo de modulacin de medio puente utilizado norealiza una modulacin precisa, esto provoca un mal funcionamiento paratrabajar con potencias altas pero si es suficiente para trabajar con potenciasmedianas y pequeas.Tambin concluimos que la frecuencia obtenida es de 52.5 Hz que no sonlos 60 Hz ideales, pero si es lo suficiente aceptable para trabajar condispositivos AC.

5.3. Comparaciones Medido, calculado

Parmetro Calculado Medido

Voltaje [V] 120 101.03

Corriente[A] 0.200 0.169

Resistencia [ohm] 720 597,81

Potencia [W] 20 17.1

Eficiencia 0.85

Tabla 2. Comparacin entre valores medidos y calculados

5.4. ErroresErrores de medicin con respecto al valor calculado:

=


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Error en la medicin de corriente:

=

=...

= .%Error en la medicin de voltaje:

=

= .

= .%Error en la medicin de resistencia:

=

= .

= .%Error en la medicin de voltaje:

=

= .

= .%5.5. Justificacin de errores (Soluciones)

Estos errores se presentan debido a que los materiales utilizados en laimplementacin del circuito no son especficamente para funcionar aaltas potencias.

En cuanto a la eficiencia del circuito mediante el clculo da como

resultado 85.5% de la misma y posterior a eso calculado los erroresrelativos de cada una de las medidas obtenidas estn en un rango entre15% a 17% con esto se concluye que el circuito tiene perdidas presentes


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en los dispositivos utilizados, presentndose esta prdida en forma decalor.

6. CONCLUSIONES: La construccin de inversores se realiza debido a que muchos de los

aparatos que se encuentran industrialmente funcionan con corriente AC, apartir de una fuente DC ya que esta ltima resulta fcil de almacenar alcontrario de una corriente AC que no se puede almacenar pero resulta msbarata.

Los inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desdepequeas fuentes de alimentacin para computadoras, hasta aplicacionesindustriales para manejar alta potencia.

Adems se puede decir que la grfica no resulta ser exactamente sinusoidedebido que el mtodo de modulacin de medio puente utilizado no realizauna modulacin precisa, esto provoca un mal funcionamiento para trabajarcon potencias altas pero si es suficiente para trabajar con potenciasmedianas y pequeas.

Concluimos que la frecuencia obtenida se acerca a los 60 Hz, pero si es losuficiente aceptable para trabajar con dispositivos AC. Esto se debe a que eloscilador funciona a base de dos resistencias y un capacitor que pueden serafectados por las alternaciones ambientales haciendo que la reactancia ycapacitancia vare y por ende que la frecuencia no sea la deseada.

En cuanto a la eficiencia del circuito mediante el clculo da como resultado85.5% de la misma y posterior a eso calculado los errores relativos de cadauna de las medidas obtenidas estn en un rango entre 15% a 17% con estose concluye que el circuito tiene perdidas presentes en los dispositivosutilizados, presentndose esta prdida en forma de calor.

Adems se justifican tambin estos errores en la presencia de unospequeos picos de armnicos obtenidos en la grfica, que hacen que las

medidas varen un poco considerable. Se utiliz un FF como oscilador para obtener las conmutaciones de los

MOSFET ya que el LM555 no permita la conmutacin lo que provocaba quemucha potencia caiga en un solo MOSFET causando su calentamiento y suposible dao a futuro.

7. RECOMENDACIONES: Para la implementacin de un inversor de corriente es recomendable la

utilizacin de dispositivos de potencia debido a que mientras el circuito esteen pleno funcionamiento se suministrara toda la corriente que pueda entregary que sea exigida por la carga y que en ocasiones resultan ser altas y esto

hace que se produzcan avera o defectos en los dispositivos quecorresponden al circuito.

A pesar que el diagrama del circuito no lo tenga, es recomendable siempreusar un fusible, as en caso de un accidente, como un corto circuito, no sedae el circuito principal o en el peor de los casos alguna persona seelectrocute, claro est que si toma el cable directamente a la red el fusibleser intil.

Se recomienda utilizar cable de conexin del calibre apropiado para lacantidad de potencia requerida. Si este no es el caso se pueden producircalentamiento excesivos provocara que la lnea se queme quedando elmismo sin proteccin.

Procurar no hacer las pruebas slo, recuerden que se estar trabajando con

alta potencia y se corren ciertos riesgos. Un acompaante podra socorrerloen caso de un percance.


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8. BIBLIOGRAFA:8.1. CIRCUITO CMOS 4013, Electrnica teora y prctica. Extrado de web el 3 de

agosto de 2014 desde: http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/

8.2. El 555. El circuito ms utilizado en 50 aos. Electrnica prctica. Extrada deweb el 25 de julio de 2014 desde:

http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50

8.3. CD4013BC Dual D Flip-Flop, National semiconductors. Febrero de 1998.Extrado de web el 4 de agosto de 2014 desde:http://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4013.pdf

9. ANEXOS:
http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50http://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4013.pdfhttp://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4013.pdfhttp://www.cedmagic.com/tech-info/data/cd4013.pdfhttp://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50http://www.diarioelectronicohoy.com/blog/el-555-el-circuito-mas-versatil-desde-los-50http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/http://electronica-teoriaypractica.com/circuito-cmos-4013/

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