Informe subir dc-dc-reductor

CONTROL ELECTRONICO DE POTENCIA

Ing. Franklin Silva

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE ING. EN ELECTRÓNICA E

INSTRUMENTACIÓN

Control Electrónico de Potencia

Tema: Informe Conversor DC/DC

reductor

Integrantes:

Mauricio Naranjo

Fernando Zapata

CONTROL ELECTRONICO DE POTENCIA Ing. Franklin Silva

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

EXTENSIÓN LATACUNGA

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

GUÍA DE PRACTICA DE LABORATORIO

CARRERA CÓDIGO DE ASIGNATURA NOMBRE DE LA ASIGNATURA

Electrónica e

Instrumentación

3352 Control Electrónico de Potencia

PRACTICA N° LABORATORIO: Laboratorio de Electrónica DURACIÓN

(HORAS)

1 TEMA: Conversor DC/DC reductor para

variar la potencia suministrada a

una carga y el análisis del circuito

2

1 OBJETIVOS

GENERAL

Diseñar e implementar un circuito conversor DC/DC reductor

ESPECIFICOS

Investigar todo lo relacionado del conversor reductor dc/dc

Estudiar un circuito que trabaja como conversor dc/dc reductor para los diferentes tipos de carga.

Implementar el conversor DC/DC para controlar la potencia a las diferentes cargas

Realizar pruebas necesarias del circuito expuesto con la finalidad de la determinación de

conclusiones acorde a lo aprendido en clases


2 RESUMEN

En este trabajo se presenta definición, características, funcionamiento y esquemas de los convertidores CD/CD

que son circuitos electrónicos de potencia, que obtienen una tensión continua en otro nivel de tensión

continua y, normalmente, proporcionan una salida regulada; lo que nos permitirá variar la potencia

suministrada a una carga y así controlar variables como la velocidad de un motor. Los circuitos descritos en

este trabajo se clasifican como convertidores CD/CD en modo conmutado o convertidores CC-CC conmutados.

Una de las principales aplicaciones es el diseño de fuentes de alimentación de continua. Además, se indica las

formas de onda de voltaje y corriente en la carga y en la fuente de cada conversor, finalmente se muestra

análisis, conclusiones y recomendaciones enfocados en los resultados obtenidos en la práctica en relación con

los resultados esperados basados en la teoría

3 ABSTRACT

In this work present the definition, characteristics, operation and diagrams of DC / DC converters are power

electronic circuits, they get a DC voltage into another DC level and typically provide a regulated output occurs;

allowing us to vary the power supplied to a load and thus control variables such as engine speed. The circuit

described in this paper are classified as converters DC / DC switched mode or switched DC-DC converters.

One of the main applications is the design of power supplies continuously. In addition, the waveforms of voltage

and current in the load and the source of each converter is shown, finally analysis, conclusions and

recommendations aimed shown in the results in practice in relation to the expected results based on theory

4 INSTRUCCIONES

EQUIPO Y MATERIALES

1 potenciómetro de 10KΩ

1 resistencia de 10Ω

1 Bobina de 10mH

1 Capacitor de 10uf

1 Diodo

Osciloscopio

Voltímetro

Fuente de poder DC.

Arduino 1

Un transformador 110 VAC/12 VAC

1 Potenciómetro 100 Kohm

1 Protoboard

2 Pulsadores

1 opto transistor 4N25

1 Capacitor 220[μF]

Cables

Foco incandescente


Motor DC

A. TRABAJO PREPARATORIO MARCO TEÓRICO

CONVERSORES DC/DC (INTRODUCCIÓN)

El objetivo de los conversores DC/DC es variar el voltaje, similar a un transformador en alterna y se utiliza en máquinas de DC.

Topologías básicas con un solo interruptor de convertidores conmutados:

• Convertidor reductor (Buck). • Convertidor elevador (Boost). • Convertidor reductor-elevador (Buck-Boost).

1.1 CONVERTIDOR REDUCTOR

Como implica su nombre, un convertidor reductor produce un voltaje medio de salida más bajo que el

voltaje cc de entrada Vs. Su aplicación principal es en fuentes de energía de cc regulada y el control de

velocidad de motores de cc.

En lo conceptual, el circuito básico de la figura 1a constituye un convertidor reductor para una carga puramente resistiva. Si se supone un interruptor ideal, un voltaje de entrada instantáneo constante Vs

y una carga puramente resistiva, la forma de onda de voltaje de salida instantáneo se muestra en la figura 1b como función de la posición del interruptor. El voltaje medio de salida se calcula en términos de la relación de trabajo del interruptor:

Figura 1


Al variar la relación de trabajo del interruptor, se controla V . Otra observación

importante es que el voltaje medio de salida V0 varía linealmente con el voltaje de control, como es el

caso en amplificadores lineales. En las aplicaciones reales, el circuito antecedente tiene dos

desventajas:

1) En la práctica, la carga sería inductiva. Incluso con una carga resistiva, siempre habría cierta

inductancia de dispersión. Esto significa que el interruptor tendría que absorber (o disipar) la energía

inductiva y por lo mismo podría quedar destruido.

2) El voltaje de salida fluctúa entre cero y Vs , lo que no es aceptable en la mayoría de las aplicaciones.

El problema de la energía inductiva almacenada se supera mediante un diodo, como se muestra en la

figura 2a. Las fluctuaciones del voltaje de salida disminuyen mucho cuando se usa un filtro pasa bajas,

que consiste en un inductor y un condensador. La figura 2b muestra la forma de onda de la entrada

v0ifiltro pasa bajas, que consiste en un componente de cc V0, así como los armónicos en la frecuencia

de conmutación fs y sus múltiplos, como se ve en la figura 2b. Las características del filtro pasa bajas,

donde la amortiguación la proporciona el reóstato de carga R, se muestra en la figura 2c. La frecuencia

de ángulo fc de este filtro posa bajas se selecciona de modo que sea mucho más baja que la frecuencia

de conmutación, para eliminar esencialmente la ondulación o rizo de la frecuencia de conmutación en

el voltaje de salida.

Durante el intervalo en que el interruptor está encendido, el diodo en la figura 2a se vuelve de

polarización inversa, y la entrada proporciona energía tanto hacia la carga como hacia el inductor.

Durante el intervalo en que el interruptor está apagado, la corriente del inductor fluye a través del diodo,

y transfiere una parte de su energía almacenada a la carga.

En el análisis del estado permanente se supone que el condensador de filtrado en la salida es muy

grande, como suele suceder en aplicaciones que requieren un voltaje de salida instantánea v0(t) ≈ V0

casi constante.

En la figura 2a se observa que en un convertidor reductor la corriente media del inductor es

igual a la corriente media de salida I0, pues la corriente media del condensador en estado permanente

es cero.

Figura 2

1.1 CONVERTIDOR REDUCTOR – ELEVADOR

Otro convertidor básico en modo conmutado es el convertidor reductor-elevador, que se muestra en la figura 7. La salida del convertidor reductor-elevador puede ser mayor o menor que la tensión de entrada.


Figura 3

1.1.1 RELACIONES ENTRE LA TENSIÓN Y LA CORRIENTE Se realizan las siguientes suposiciones acerca del modo de operación del convertidor: • El circuito opera en régimen permanente • La corriente en la bobina es permanente • El condensador es lo suficiente grande como para suponer una tensión de salida constante. • El interruptor está cerrado en un tiempo DT y está abierto el resto del tiempo (1-D)T • Los componentes son ideales.


5 ACTIVIDADES A DESARROLLAR

CALCULOS

Implementación

1. Una vez realizados los cálculos respectivos simular el circuito de la Figura 4 para comprobar el

funcionamiento del mismo

7.48 A

5.28

A 2.64 A

5.28 A


Figura 4 2. Para implementar el circuito mostrado reemplazamos el circuito oscilador por el de la

figura 5, utilizando el Arduino Uno

Figura 5

3. Obtener las formas de onda respectivas con la ayuda del osciloscopio

4. Variar la relación de trabajo y comparar los resultados obtenidos con los de la simulación

5. También se realizó una simulación en simulink


6 RESULTADOS OBTENIDOS

Llenar la tabla con los resultados obtenidos en el laboratorio.

Los colores de cada forma de onda, en los graficos, de la derecha: fucsia=pwm, verde=tensión salida reductor, azul=corriente en la bobina. En la izquierda: amarrilla= pwm,azul=tensión de salida, verde=corriente en la bobina, fucsia=corriente en la carga RLE.

SEÑAL OBTENIDA SIMULACION POR SOFWARE SEÑAL OBTENIDA EN EL OSCILOSCOPIO

PWM a 0%

Se puede observar que no existe ningún cambio en la salida del

conversor reductor

PWM a 25%

La señal al 25% en el pwm se pudo observar un voltaje de

salida de 2v

PWM A 40 %

º Con un pwm del 40% se puede observar que el voltaje a aumentado y por ende la corriente también


PWM A 75 %

El voltaje de salida es de 8v y la corriente también a aumentado

PWM A 95 %

Se puede observar que a este nivel de pwm el voltaje a llegado casi hasta la señal de entrada pero siempre será menor al de entrada ya que es de un conversor reductor

Pwm a 25% con la señal de corriente En la bobina

Se puede observar que la señal de corriente es de forma

triangular


8 RECOMENDACIONES

Es importante evitar corrientes discontinuas, mediante el redimensionamiento del filtro o variando la frecuencia de trabajo

PWM A 75% con la señal de corriente en la bobina

El ciclo de trabajo en ancho de pulso en bajo a disminuido al 75%

7 CONCLUSIONES

En un conversor DC/DC es importante mantener un periodo constante para no variar al filtro.

• En un conversor DC/DC es importante mantener la frecuencia alta para disminuir el tamaño del filtro

• La frecuencia de trabajo de un conversor no debe ser muy alta para no superar las pérdidas dinámicas y así evitar que el elemento se destruya.

• Los conversores DC/DC se los puede implementar con diodos o transistores

• En los convertidores cd-cd se utiliza el diodo para evitar que cuando el switch se abra la bobina no lo obligue a que conduzca.

• Se debe utilizar Igbts debido que a que los transistores Mosfet no trabajan con altos voltajes

• El voltaje de salida contiene armónicas, y se necesita un filtro para solo dejar pasar la señal que nos interesa.

• Se debe tener una alta inductancia para que existe menos rizado por lo tanto la corriente tiende a ser una línea.

• Este conversor trabaja según la relación de trabajo que se requiera este producirá un voltaje de salida según lo aprendido


Observe que en el convertidor reductor-elevador, la fuente nunca se conecta directamente a la carga. La energía se almacena en la bobina cuando el interruptor está cerrado y se entrega a la carga cuando está abierto.

9 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DE LA WEB

Rashid, Muhammad. H. (1993). Electrónica de Potencia, Circuito, Dispositivos y Aplicaciones. (3a

Edición). México: PEARSON EDUCACIÓN, S.A. Págs. 172-178.

http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4367/1/M-ESPEL-0014.pdf

http://ciecfie.epn.edu.ec/Electronica_Potencia/laboratorios/ep/hojas%20guias/2013a/prac7_ep.htm

Elaborado por:

Ing. Franklin Silva

Docente de la asignatura

Desarrollado por:

Mauricio Naranjo Fernando Zapata

Jefe de Laboratorio

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Engineering

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