Chopper Simulaciones
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1 Convertidores de Corriente Contínua (Convertidores cd-cd) Christian Eduardo Romero Haro Abstract —En la siguiente práctica se tratará el tema de los convertidores de corriente continua desde una perspectiva teórica mediante simulaciones en NI-Multisim y Matlab que presentarán diferentes comportamientos de estos dipositivos. Los chopper que se realizarán son el reductor y el elevador. I. I NTRODUCCIÓN: UN convertidor cd-cd convierte en forma directa de cd a cd y se llama simplemente convertidor cd. Un convertidor cd es equivalente en cd de un transformador ca, con una relación de vueltas que varia en forma continua. Al igual que un transformador, se puede usar para subir o bajar el voltaje de una fuente. Los convertidores cd se usan mucho para el control de motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías, grúas marinas, montacargas y elevadores de mina. Proporciona un control uniforme de aceleración, gran eficiencia y rápida respuesta dinámica. Se puede usar en el frenado regenerativo de motores de cd para regresar la energía a la fuente. Los convertidores cd se usan en los reguladores de voltaje de cd, y también se usan en conjunto con un inductor para generar una corriente de cd. Los controladores DC - DC tienen como finalidad suminis- trar tensión y corriente continua variable a partir de una fuente de corriente continua. En la literatura a estos convertidores estáticos se les conoce como: "Chopper" o "Trocesadores". Su pri nci pio de fun cio namien to se basa en una ope rac ión periódica, en donde se suministra tensión de la fuente a la carga durante un tiempo (ton) y posteriormente se aplica un cortoc irc uit o sob re est a, el resto del per íod o (T). Pa ra la construcción de un chopper, se requieren componentes con control de encendido y apagado. En muchas oportunidades se han utilizado tiristores con circuitos auxiliares de apagado. I I. OBJETIVOS II-A. General: Simular el comportamiento de los Chopper basicos anal- izados en la teoría. II-B. Especificos: Diseñar correctamente los circuitos. Colocar los instrumentos adecuadamente para realizar la medición. I II. MATERIALES Y E QUIPOS En la realizacion de la practica se ha requerido de: 1. Software de simul ación electronica (NI-Multisim). 2. Comp utador. IV . MEDICIONES Y R ESULTADOS IV- A. Chopper Reductor El circuito para la simulacion del chopper reductor es el de la figura 1 que se presenta a continuacion y su funcion es la de disminuir un voltaje de 12V a 3.5V con un valor delta de 0.5 y suministrando un corriente de 25mA a la carga: Figu ra 1. Chop per redu ctor De los instrumentos colocados en el circuito obtenemos las siguientes capturas del osciloscopio y multimetros: Figu ra 2. V olta je y corri ente de la car ga Como se puede observar en la figura 2 podemos ver que los valores de coltaje y corriente de la carga son muy cercanos a los indicados, en la figura 3 se muestra el comportamiento del voltaje y en la figura el de la corriente, en el cual podremos visualizar las formas de onda:
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Convertidores de Corriente Contínua (Convertidorescd-cd)
Christian Eduardo Romero Haro
Abstract—En la siguiente práctica se tratará el tema de losconvertidores de corriente continua desde una perspectiva teóricamediante simulaciones en NI-Multisim y Matlab que presentarándiferentes comportamientos de estos dipositivos. Los chopper quese realizarán son el reductor y el elevador.
I. INTRODUCCIÓN:
UN convertidor cd-cd convierte en forma directa de cd acd y se llama simplemente convertidor cd. Un convertidorcd es equivalente en cd de un transformador ca, con unarelación de vueltas que varia en forma continua. Al igual que
un transformador, se puede usar para subir o bajar el voltaje deuna fuente. Los convertidores cd se usan mucho para el controlde motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías,grúas marinas, montacargas y elevadores de mina. Proporcionaun control uniforme de aceleración, gran eficiencia y rápidarespuesta dinámica. Se puede usar en el frenado regenerativode motores de cd para regresar la energía a la fuente. Losconvertidores cd se usan en los reguladores de voltaje de cd,y también se usan en conjunto con un inductor para generaruna corriente de cd.
Los controladores DC - DC tienen como finalidad suminis-trar tensión y corriente continua variable a partir de una fuentede corriente continua. En la literatura a estos convertidores
estáticos se les conoce como: "Chopper" o "Trocesadores".Su principio de funcionamiento se basa en una operaciónperiódica, en donde se suministra tensión de la fuente a lacarga durante un tiempo (ton) y posteriormente se aplica uncortocircuito sobre esta, el resto del período (T). Para laconstrucción de un chopper, se requieren componentes concontrol de encendido y apagado. En muchas oportunidades sehan utilizado tiristores con circuitos auxiliares de apagado.
II. OBJETIVOS
II-A. General:
Simular el comportamiento de los Chopper basicos anal-
izados en la teoría.
II-B. Especificos:
Diseñar correctamente los circuitos.Colocar los instrumentos adecuadamente para realizar lamedición.
III. MATERIALES Y EQUIPOS
En la realizacion de la practica se ha requerido de:1. Software de simulación electronica (NI-Multisim).2. Computador.
I V. MEDICIONES Y RESULTADOS
IV-A. Chopper Reductor
El circuito para la simulacion del chopper reductor es el dla figura 1 que se presenta a continuacion y su funcion es lade disminuir un voltaje de 12V a 3.5V con un valor delta de0.5 y suministrando un corriente de 25mA a la carga:
Figura 1. Chopper reductor
De los instrumentos colocados en el circuito obtenemos lasiguientes capturas del osciloscopio y multimetros:
Figura 2. Voltaje y corriente de la carga
Como se puede observar en la figura 2 podemos ver que lovalores de coltaje y corriente de la carga son muy cercanos alos indicados, en la figura 3 se muestra el comportamiento devoltaje y en la figura el de la corriente, en el cual podremosvisualizar las formas de onda:
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Figura 3. forma de onda del Voltaje de la carga
En cuanto al voltaje de la carga podemos ver que tiene laforma vista en la teoria o muy similar a esta.
Figura 4. Forma de onda de la Corriente
La corriente se comporta de una manera similar a la quehemos analizado en la teoria, por lo que podremos decir queel chopper reductor ha funcionado de acuerdo a la teoria. Peronos resta ver como se comporta el voltaje en el mosfet y seda en la figura 5.
Figura 5. Voltaje en el Switch
IV-B. Chopper Elevador
El circuito para la simulacion del chopper reductor es el d
la figura 6 que se presenta a continuacion y su funcion es lade elevar un voltaje de 5V a 12V con un valor delta de 0.5 ysuministrando un corriente de 25mA a la carga:
Figura 6. Chopper Elevador
De los instrumentos colocados en el circuito obtenemos lasiguientes capturas de los multimetros y del osciloscopio:
Figura 7. Voltaje y corriente en la carga
Ahora al observar los valores de salida que se muestran enla figura 7 no son los adecuados, al final analizaré el porqu
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de esto. a continuacion se presenta la forma de onda de salidadel voltaje en la carga en la figura 8.
Figura 8. Forma de onda del Voltaje en la Carga
Al observar la forma de onda del voltaje de salida podemosver que no coincide en la teoría, por lo que debemos esperarpara observar el comportamiento de la corriente en la figura9.
Figura 9. Forma de onda de la Corriente en la Carga
La corriente no es oscilatoria, no se puede ver la cargay descarga del inductor, sino mas bien una corriente casicontinuada. La forma de onda del voltaje en el switch espresentada en la figura 10.
Figura 10. Voltaje en el Mosfet
El comportamiento en el elemento de switcheo es incorrecto, esto lo dice su forma de onda. Ahora bien el motivopor el cual no se dan los valores deseados se debe a la
condiciones iniciales del circuito, que solamente al inicio lfuerza contraelectromotriz debe ser mayor al inicio y no todoel tiempo, por lo que al inicio se tiene un comportamientocorrecto (en el primer pulso) y luego empieza a tener uncomportamiento demasiado oscilante el voltaje tanto en lcarga como en el elemento de switcheo y la corriente semantiene continua.
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al simular el comportamiento de los convertidores dcorriente directa más b;asicos, me he podido dar cuenta de qusiempre depende de las condiciones iniciales para su correctofuncionamiento, como fue el caso del chopper elevador que nocumplio su funcion por las condiciones iniciales que debianrequerir solo al principio una fuerza contraelectromotriz mayoa la de la fuente de corriente continua. En el caso dechopper reductor no se tuvo mucho inconveniente, ya que lacondiciones iniciales para este circuito pueden ser cero. Otrofactor importante es que los elementos son ideales y no sepuede simular un comportamiento practico de los elementocomo los inductores o transisitores.
Se debe recomendar que al instante de medir ciertos valoresse tenga en consideracion la escala adecuada ademas de tomabien los puntos de referencia de las mediciones.
