Presentacin de PowerPoint

Etapa de disparo de mosfet del Puente H.

Conversor CD/CA: Inversor En Puente Completo.

41IntroduccinPlanteamiento del ProblemaLas lmparas HID MH son eficientes tienen una larga vida til proveen una luz de buena calidad y son de tamao reducido a pesar de eso, este tipo de lmparas se han venido manejando con balastros electromagnticos que presentan algunas desventajas; gran peso y tamao, baja eficiencia, parpadeo en la luz.Sin embargo el desarrollo de balastros electrnicos para las lmparas de alta descarga se han visto limitados por el fenmeno de resonancia acstica. Las mismas se deben por varias razones; como geometra del tubo de descarga, presin del gas de llenado, dispersin de la manufactura, potencia de la lmpara, temperatura de operacin, frecuencia de operacin y modos propios de resonancia acstica de la Cavidad. Dichas modulaciones provocan la aparicin de ondas de presin estacionarias dentro del gas de relleno esto da lugar a un crecimiento exagerado en la longitud del arco provocando un sobre voltaje en el balastro y una posible extincin del mismo, que visualmente se manifiestan como un parpadeo en la luz generada por la lmpara.f4Alcance del ProyectoDebido al comportamiento no lineal y a su dificultad de definir un comportamiento dinmico del conjunto balastro lmpara, se pretende disear e implementar un controlador Fuzzy, esto bajo la premisa de proveer una corriente constante, siendo la variable a manipular la corriente de la lmpara, con lo cual se busca obtener un control indirecto sobre el voltaje de la misma. Al mantener la corriente de la lmpara constante se pretende eliminar la resonancia acstica, as como el mejoramiento de las especificaciones de la lmpara como son: el tiempo de vida, intensidad luminosa, eliminacin del parpadeo o flicker y reduccin de su peso y tamaof5Objetivos del ProyectoGeneralDisear e implementar un controlador Fuzzy para una lmpara HID-MH de 250W.

EspecficosImplementar el balastro electrnico para controlar la potencia elctrica de la lmpara.Establecer las reglas para la lgica Fuzzy, para facilitar el posterior anlisis del sistema.Determinar las funciones de pertenencia, tanto para las entradas como para la salida.Controlar el comportamiento dinmico de la lmpara a travs del diseo e implementacin de un controlador Fuzzy, con el fin de evitar la resonancia acstica.Comparar los resultados obtenidos experimentalmente por medio de simulaciones con los del modelo obtenido.Marco Terico

LMPARAS DE ALTA INTENSIDAD DE DESCARGA (HID)

10Balastro

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12EL FENMENO DE LA RESONANCIA ACSTICALas lmparas HID MH son eficientes tienen una larga vida til proveen una luz de buena calidad y son de tamao reducido sin embargo tienen la desventajas de ser susceptibles al fenmeno de las resonancias acsticas.

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ConvertidoresConversor CA/CDInversor CD/CALos convertidores ca/cd, denominados tambin rectificadores, son aquellos equipos o sistemas electrnicos dedicados a convertir una tensin alterna sinusoidal de frecuencia y amplitud constante en una tensin continua de salida.

Se entiende por convertidor cc/ca o inversor a que el circuito que es capaz de transformar una corriente continua en alterna

Conversor CD/CDUn convertidor cd/cd se pueden dividir en tres grupos: los que disminuyen la tensin a su salida (reductor), los que aumentan su tensin a su salida (elevador), y los que son capaces de realizar ambas funciones.15Lgica Fuzzy16Conjuntos difusosUn conjunto difuso permite valores intermedios de pertenenciaPermiten formalizar expresiones lingsticas que tpicamente contienen algn grado de ambigedad, es decir, proveen un mtodo para expresar matemticamente conceptos tales como "alto", "fro", "rpidoLos conjuntos difusos permiten manejar la imprecisinLa traduccin de pensamiento humano a operaciones de computadores digitales, en otras palabras, transferir al computador el sentido comn.Funciones de pertenencia

Funciones de Pertenencia

Control DifusoControl DifusoSistemas DifusosSistema difuso: MandamiFuzzificador :Este elemento transforma las variables de entrada del modelo (y) en variables difusas. Para esta interfaz se deben tener definidos los rangos de variacin de las variables de entrada y los conjuntos difusos asociados con sus respectivas funciones de pertenenciaMecanismo de inferencia difusa : Realiza la tarea de calcular las variables de salida a partir de las variables de entrada, mediante las reglas del controlador y la inferencia difusa, entregando conjuntos difusos de salidaDefusificacin. Este elemento provee salidas discretas y determinsticas a partir de los conjuntos difusos C' obtenidos como resultado de la inferencia.

Sistema difuso: Mandami

Sistema difuso: Mandami

Sistema difuso: Takagi-Sugeno

Fuzzificador :MamdaniMecanismo de inferencia difusa : Mamdani Base de Reglas Difusas: Las reglas de la base de conocimiento de un sistema Sugeno no es una etiqueta lingstica sino que es unafuncin de la entradaque tenga el sistema en un momento dado

Sistema difuso: Takagi-Sugeno

Implementacin Del Balastro ElectrnicoBalastro Electrnico

Conversor CA/CD

Conversor CD/CDConversor CD/CARectificador en puente CompletoBuck-BoostInversor en Puente CompletoDefinicin Buck-BoostUn convertidor Buck Boost es una combinacin en cascada con Buck seguido de un Boost, donde solo se utiliza un inductor. El sistema permite entregar a su salida una tensin mayor o menor a la suministrada, la polaridad de salida del convertidor puede ser negativa o positiva segn su configuracin, para este caso se trabaja con la configuracin no invertida.

33Calculo de la bobina34Calculo de la bobina3536Seleccin del Ncleo ToroidalSmboloMS-226060ProductorArnoldLongitud16mmDimetro interior26mmDimetro exterior58mmMaterial del ncleoSendust (85 % hierro ,9% silicio, 6 % aluminio)Coeficiente de inductividad138 nHFrecuencia mxima500 kHz

Numero de Espiras.38Calculo del Capacitor39Diseo e Implementacin de control 4445Seleccin de Entrada y salida.46Seleccin de Entrada y salida.47Esquema del control FUZZY

49Variables Lingsticas5051Establecer los bordes de las funciones de Pertenencia.

TablaFuncin matemtica para cada funcin de pertenencia.

5354ErrorGNPNZPPGPDutyGPPPZPNGN55565758Simulacin del control Fuzzy.

Fuente de alimentacin 160 [v].Inductor 1 [mh].Capacitor 47[uf]Resistencia que representa la lampara HID-MH 250 [ohm].

Como resultado se tienes una especie de respuesta subamortiguada cclica ante un valor constante de duty generando una corriente fluctuante.60La corriente se mantiene estable con un tiempo de establecimiento aproximado a los 40 ms y un sobre pico del 23 %.

61Anlisis de ResultadosBuck BoostEl convertidor se ha alimentado con distintos voltaje, los valores van desde 20[V] hasta los 60 [V]. En pasos de 10 voltios no son tan elevados debido a que se busca evitar daos en los elementos. As como los valores de ciclo de trabajo son del 40 %, 50 % y 60 %. Con los cuales se pondr en funcin de reductor y elevador el Buck-Boost.

Buck BoostFuenteSalidaDuttyCon CargaSin CargaEficienciaGanancia VGanancia IEficienciaGanancia VGanancia IVinIinPinVoutIoutPout%Vout/VinIout/IinIout/IinVout/VinIout/IinIout/Iin20.000.071.4012.000.070.8440.000.600.601.000.481.440.330.153.0018.200.112.0050.000.670.910.730.611.840.330.336.6027.500.174.6860.000.711.380.520.682.220.3130.000.113.3018.800.122.2640.000.680.631.090.731.450.50.236.9028.030.174.7750.000.690.930.740.71.820.380.5015.0042.100.2610.9560.000.731.400.520.732.190.3340.000.156.0025.430.164.0740.000.680.641.070.661.460.450.3112.4037.770.249.0650.000.730.940.770.681.810.380.6726.8056.500.3519.7860.000.741.410.520.752.170.3550.000.199.5032.230.206.4540.000.680.641.050.671.450.460.3919.5047.700.3014.3150.000.730.950.770.721.790.40.8542.5071.200.4532.0460.000.751.420.530.772.140.3660.000.2213.2038.900.259.7340.000.740.651.140.771.440.530.4728.2057.500.3620.7050.000.730.960.770.771.770.431.0261.2085.600.5446.2260.000.761.430.530.752.070.36

Puente HPara el anlisis del Puente H se vio en la necesidad de trabajar con el conjunto balastro-lmpara, debido a que es necesario determinar la potencia neta en la lmpara, as como el de obtener el valor de la resistencia que se colocara en serie con la lmpara la misma que facilitar su encendido.Frecuencia [kHz]Ciclo de Trabajo [%]Resistencia de 30 [Ohm]Resistencia de 20 [Ohm]Potencia[W]Potencia Lmpara [W]Potencia [W]Potencia Lmpara [W]117.0052.00134.67114.57134.67121.27117.0052.40148.92127.02148.92134.32117.0052.80159.39136.29159.39143.99117.0053.20170.10145.80170.10153.90117.0053.60181.05155.55181.05164.05117.0054.00190.08163.68190.08172.48117.0054.40197.10170.10197.10179.10117.0054.80204.24176.64204.24185.84117.0055.20209.71181.51209.71190.91117.0055.60219.80190.70219.80200.40117.0056.00232.70202.40232.70212.50117.0056.40238.58207.97238.58218.18117.0056.80246.38215.17246.38225.58117.0057.20251.90220.39251.90230.90117.0057.60259.90227.80259.90238.50Puente HOndas del BalastroSalida del Balasto

En la seal de salida se nota como la accin proporcional de controlador Fuzzy hace que presente una respuesta oscilante amortiguada. No solo en la parte positiva sino tambin en la parte negativa de la seal. Una de las caractersticas es que las oscilaciones van decreciendo en un 25% con respecto a la anterior, pero el error en estado estacionario no es cero su valor est entre el 2% y el 5% de su valor final.Ondas del BalastroConversor Buck-Boost Sin Seal de ControlNotamos que el conversor al ser sometido a perturbaciones de voltaje, la corriente tiende a seguir dichas perturbaciones, es decir, que si el voltaje de alimentacin aumenta, la corriente tambin lo hace. Esto se debe a que el valor del ciclo de trabajo es fijo y no compensa dichas perturbaciones, que para este caso elevan tanto el voltaje como la corriente de salida, permitiendo que la lmpara sufra de resonancias acsticas que se traducen en parpadeos de la misma.

Ondas del BalastroConversor Buck-Boost Con Seal de ControlEl conversor al ser sometido a una perturbacin de voltaje, est ya no se ven reflejada en la corriente de salida. Esto se debe a que el valor del ciclo de trabajo ya no es fijo sino que este busca compensar dicha perturbacin, ya sea aumentando o reduciendo su valor.

Conclusiones y RecomendacionesConclusiones:Al aplicar la seal de control al Buck-Boost se logr mantener la corriente en un valor deseado que es de 1 A. Para ello se decidi emplear un control proporcional Fuzzy ya que este disminua en gran medida que la lmpara se vea afectada por la resonancia acstica acosta de tener un ess de 2% el cual es aceptable. Las otras tcnicas de control disminuan el ess pero volvan a la lmpara muy susceptible a la resonancia acstica lo cual afectaba a la estabilidad del plasma, haciendo que la lmpara parpadee.

El controlador acta de manera totalmente predecible y adems es posible conocer el estado del sistema en cualquier momento, esto se debe a las definiciones utilizadas en las bases de conocimiento y en las funciones de pertenencia. El controlador difuso implementado ha sido una alternativa robusta y flexible de control para el conjunto balastro-lmpara ya que esta permite una fcil adaptacin a nuevos problemas, ahorrando tiempo de desarrollo del mismo.Recomendaciones:Para el caso del controlador se recomienda para futuros proyectos utilizar un DSPIC30f2020 este micro controlador es especializado para el control de conversores.

Se recomienda que al momento de disear el controlador Fuzzy se cambien los bordes de las funciones de pertenencia para ver cmo esta variacin afecta al control y como este puede mejorar o empeorar al controlador.

Al momento de energizar el circuito de control y el circuito de potencia se deben utilizar fuentes independientes al no hacerlo la etapa de potencia induce ruido hacia la de control dificultando el funcionamiento del balastro.

Para pruebas y experimentacin se deben utilizar capacitores mayores o iguales a 400 voltios para evitar destruccin de los mismos, esto se aplic al momento de realizar variaciones en la alimentacin para probar el controlador.