Informe 2.Control Final

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES “Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto”

CONVERTIDOR BUCK-BOOST REDUCTOR-ELEVADOR

Lorena Andrea Gómez Sánchez, Luz Quintero Sanguino, Jaime Enrique Rivera Cuadros.

Presentado a: Julio Flórez

Resumen: En este informe se puede observar el análisis de la segunda etapa del proyecto a desarrollar del control de un motor dc. En esta etapa se realiza el montaje para realizar el convertidor de potencia, en este se utiliza un Pwm que controlara la modulación por anchos de pulsos. Palabras clave: convertidor, modulación, circuito integrado, ciclo de trabajo, transistor.

INTRODUCCION: El control de dispositivos como los motores, exige de una fuente de alimentación con una considerable cantidad de potencia de todo el sistema que los contiene. Es decir un controlador no puede alimentar directamente estos dispositivos, ya que sus señales no contienen la potencia necesaria para hacerlo. Así que una técnica sencilla es la modulación, en este caso se opta por una modulación digital por medo de un PWM. La característica de este PWM o comparador, convertidor se basa en la modulación de frecuencia mediante el ancho de pulsos, el cual me permite modificar o controlar de manera más precisa las características fundamentales en el control de mi motor DC en este caso la potencia. OBJETIVO:

Evidenciar como opera en realidad el convertidor PWM; para el movimiento, control de dicho motor y características como el ciclo de trabajo, frecuencia, ancho de pulso,

componente de DC, potencia del motor DC. MATERIALES

Generador de frecuencia . Resistencia ceramica de 1k (10

W). Fuente de Dc Inductancia 4.2 mH Capacitor 3.3 uF

MARCO TEORICO:

CARACTERÍSTICA PWM

La característica fundamental de

una señal PWM es el de ser una

señal digital binaria que tiene una

frecuencia fija, que no se debería

cambiar con la señal modulante; la

señal modulante solo se encarga de

cambiar el ancho del pulso de la

señal PWM, de ahí el nombre de

este tipo de modulación.

CONVERTIDOR REDUCTOR/ELEVADOR (BUCK-BOOST)

La principal aplicación de un convertidor reductor/elevador es en fuentes de energía CC reguladas, donde puede preferirse una salida de polaridad negativa respecto de la terminal común del voltaje de entrada, y donde el voltaje de salida puede ser más alto o más bajo que el voltaje de entrada. Un convertidor buck-boost se obtiene por medio de la conexión en cascada de los dos convertidores básicos: el convertidor reductor y el convertidor elevador.




En estado permanente, la relación de conversión de voltaje de salida a voltaje de entrada es el producto de las relaciones de conversión de los dos convertidores en cascada (si los interruptores en ambos convertidores tienen la misma relación de trabajo):

𝑉0

𝑉𝑑=

𝐷

1 − 𝐷

Esto permite que el voltaje de salida sea mayor o menor que el voltaje de entrada, con base en la relación de trabajo D. La conexión en cascada de los convertidores reductor y elevador se combina en el convertidor de buck-boost individual.

Figura 1. Convertidor buck-boost

Cuando el interruptor está cerrado, la entrada alimenta energía al inductor y el diodo está en polarización inversa. Cuando el interruptor está abierto, la energía acumulada en el inductor se transfiere a la salida. Durante este intervalo, el inductor no suministra energía. En el análisis de estado permanente, se supone que el condensador de salida es muy grande, lo que resulta en un voltaje de salida constante.

Figura 2. Convertidor de buck-boost (iL>

0);a) interruptor encendido; b) interruptor

apagado.

La mayoría de las aplicaciones que necesitan un convertidor buck-boost o requieren que Vo se mantenga constante, aunque Vd puede variar. Entonces:

𝐼𝐿𝑀𝐴𝑋 =𝑇𝑠 ∗ 𝑉0

2𝐿

Cálculo del condensador El rizado pico-pico en el condensador será: En régimen permanente:

Carga = Descarga En este caso resulta más fácil basarse en la descarga (área amarilla):

C

QVout




∆𝑉0

𝑉0

=𝐷

𝑅𝑓𝐶

Ondulación o rizo del voltaje de salida La ondulación o rizo en el voltaje de salida se calcula tomando en cuenta las formas de onda que se muestran en la figura 3 para un modo de operación continuo. Si todo el componente de corriente de ondulación o rizo de la corriente del diodo iD fluye a través del reóstato de carga, el área sombreada en la figura representa ΔQ de carga.

Figura 3. Ondulación de voltaje de salida

en un convertidor buck-boost..

Entonces:

∆𝑉0

𝑉0=

𝐷𝑇𝑠

𝑅𝐶

ACTIVIDADES LABORATORIO

a) Calculo de parámetros del

circuito; se utilizaron las ecuaciones establecidas para un buck-boost reductor elevador:

Parámetros establecidos:

𝑉𝑖 𝑓 %𝑟𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜

18 [𝑉] 20[𝑘𝐻𝑧] 1

Con esto:

1. Calculo ciclo de trabajo

𝑉0 = 18 ± 6

𝑉0

𝑉𝑑=

𝐷

1 − 𝐷=

18 + 6

18=

𝐷

1 − 𝐷

𝐷𝑚𝑎𝑥 = 0.5714

𝑉0

𝑉𝑑=

𝐷

1 − 𝐷=

18 − 6

18=

𝐷

1 − 𝐷

𝐷𝑚𝑖𝑛 = 0.4

2. Calculo resistencia: Se tenía el valor de la inductancia de 4.2 [𝑚𝐻] de aquí se calcula el valor de la resistencia:

𝐿 =𝑅 ∗ (1 − 𝐷)2

2 ∗ 𝑓

𝑅 = 914.544 [ Ω ]

Valor comercial = 1 [𝑘 Ω ] de 10 𝑊 de potencia

TDICC

QV outout

1




3. Calculo del condensador:

∆𝑉0 =𝐷

𝑅𝐶𝑓

𝐶 = 2.857 [𝑢𝐹]

Valor comercial = 3.3 [ 𝑢𝐹]

b) ACTIVIDADES DE LABORATORIO:

Se realizó el convertidor de potencia

por medio de un PWM proporcionado

por el generador de frecuencia e

implementando el montaje propuesto

en clase, en las fotos se puede observar

la variación del ciclo útil del mínimo al

máximo y se puede observar en el

multímetro que se logró el valor

deseado en la salida tanto para el ciclo

mínimo como el máximo.

1. Ciclo (minimo) 40%

2. ciclo 45%

3. Ciclo 50%

4. Ciclo 55%




5. Ciclo 60%

c) Se realizó el montaje establecido

,teniendo en cuenta los parámetros

seleccionados según las formulas:

d) Realización de imágenes de simulación e implementación cada 5% del ciclo útil entre Dmin y Dmax, donde se observa superposición del PWM y la salida Vo.

1. Ciclo: 0,4

𝑃𝐸𝑅𝐼𝑂𝐷𝑂 = 𝑇 =𝐶𝐼𝐶𝐿𝑂 𝐷𝐸 𝑇𝑅𝐴𝐵𝐴𝐽𝑂

𝐹𝑅𝐸𝐶𝑈𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴 = 20 u

𝑃𝑊𝑀 =𝑃𝐸𝑅𝐼𝑂𝐷𝑂

2=10u

2. Ciclo: 0,42 T=21u pwm=10,5

R1

1kL2

4.2mH

1

2V1

18V

M1

IRF540N

V2

TD = 0

TF = 1nPW = 14.5uPER = 29u

V1 = 0

TR = 1n

V2 = 20

0V

18.00V

0V

0

0V

D2

D1N4007

23.31e-21V

3.3u

C3

23.31e-21V

0V

Time

0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us 700us 800us 900us

V(R1:1) V(M1:G)

-30V

-20V

-10V

0V

8V

Time

0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10ms

V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time

0s 0.1ms 0.2ms 0.3ms 0.4ms 0.5ms 0.6ms 0.7ms 0.8ms 0.9ms 1.0ms

V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V




3. Ciclo: 0,44 T=22u pwm=11

4. Ciclo:0,46 T=23u pwm=11.5

5. Ciclo: 0,48 T=24u pwm=12

6. Ciclo: 0,5 T=25u pwm=12

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V




7. Ciclo: 0,52 T=26u pwm=13

8. Ciclo: 0,54 T=227u pwm=13,5

9. ciclo: 0,56 T=28u pwm=14

10. ciclo: 0,58 T=29u pwm=14,5

Observación: Se puede ver que todas las gráficas tienen la misma tendencia al variar el ciclo lo único que varía es el

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-40V

-20V

0V

20V

40V

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V

Time


V(R1:1) V(M1:G)

-50V

0V

50V

Time


V(R1:1)

-40V

-20V

0V

20V




valor mínimo del voltaje de salida y los anchos de pulso.

e) Gráfica de la curva de los puntos de caracterización Vo vs. D.

Tabla 1. Datos ciclo de trabajo Vs tensión de salida

Ciclo de trabajo Tensión

0,4 31,917

0,42 31,87

0,44 31,83

0,46 31,79

0,48 31,75

0,5 31,73

0,52 31,71

0,54 31,7

0,56 31,69

0,58 31,68

0,6 31,67

Observación: Se puede ver que el valor del voltaje de salida al variar el ciclo del mínimo al máximo este valor disminuye.

f) Determinación regresión lineal de la curva anterior y factor de regresión:

𝑌 = 𝑎 + 𝑏𝑋

Parámetro Resultado

a 32,3567727

b -

1,19772727

r -

0,95643811

CONCLUSIONES:

Para obtener el convertidor de potencia por medio de un buck-boost reductor-elevador, se trabajó con un pwm el cual vario el ancho de pulso que es controlado por medio del ciclo útil del circuito establecido y así lograr una fuente de alimentación con una considerable cantidad de potencia de todo el sistema que lo contiene; así cumpliendo la segunda etapa del proyecto. (Lorena Gomez).

El convertidor reductor-elevador o también conocido como buck-boost suministra un voltaje de salida que puede ser mayor o menor al de la entrada, así mismo la polaridad del voltaje de salida es inverso al voltaje de entrada. Este convertidor consiste de tres etapas una en la cual primero se carga la bobina cuando el diodo no conduce, la otra es cuando el diodo conduce y se inicia la descarga de la bobina luego se carga el capacitor con tensión contraria por este motivo tenemos una tensión inversa a las salida. (JAIME RIVERA)

31,65

31,7

31,75

31,8

31,85

31,9

31,95

0 0,2 0,4 0,6 0,8

ten

sio

n d

e sa

lida

ciclo de trabajo

tension vs ciclo de trabajo




REFERENCIAS [1]. ELECTRÓNICA DE POTENCIA:

Convertidores, aplicaciones y diseño

Tercera edición

[2].

http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j

&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&

uact=8&ved=0CCMQFjAB&url=http%3A%2

F%2Fepower.wikispaces.com%2Ffile%2Fvie

w%2FConvertidor%2BReductor-

Elevador%2B%2528Buck-

Boost%2529.pptx&ei=Av1vVKDcA4_LsATU

9YCADA&usg=AFQjCNGLmTmWqJcCNbDoP

SQKJZ9fPx-qGg

http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0CCMQFjAB&url=http%3A%2F%2Fepower.wikispaces.com%2Ffile%2Fview%2FConvertidor%2BReductor-Elevador%2B%2528Buck-Boost%2529.pptx&ei=Av1vVKDcA4_LsATU9YCADA&usg=AFQjCNGLmTmWqJcCNbDoPSQKJZ9fPx-qGg









Informe 2.Control Final

Documents

Transcript of Informe 2.Control Final