DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA

CONTROL ELECTRNICO DE POTENCIA

TEMA: CONVERSOR AC/DC Y ARRANCADOR SUAVE PARA DISTINTAS CARGAS

PROFESOR: Ing. Franklin Silva

INTEGRANTES: Vernica LunaAlex SantanaCristian Hernndez

Latacunga, 12 de enero del 2015ContenidoTEMA:4OBJETIVO GENERAL:4OBJETIVOS ESPECFICOS:4RESUMEN:4ABSTRACT:4MARCO TERICO:4CONVERSORES AC/DC4CONTROL POR NGULO DE FASE5CARGA RESISTIVA5CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA6CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA-FUENTE7ARRANCADOR SUAVE7OPTOACOPLADORES8MATERIALES:9PROCEDIMIENTO:9ANLISIS DE RESULTADOS:10CONCLUSIONES:19RECOMENDACIONES:19REFERENCIAS:19

Figura 1 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva6Figura 2 Seal del Vo(t) y la I(t) del conversor AC/DC con carga resistiva7Figura 3 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva inductiva7Figura 4 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva inductiva8Figura 5 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva-inductiva-fuente8Figura 6 Implementacin del circuito10Figura 7 Conversor AC/DC de media onda controlado12Figura 8 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva simulada12Figura 912Figura 1013Figura 1113Figura 1213Figura 13 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva-inductiva simulada14Figura 1414Figura 1514Figura 1615Figura 1715Figura 18 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva-inductiva-fuente simulada15Figura 1916Figura 2016Figura 2116Figura 22 Conversor AC/DC onda completa sin diodo de conmutacin17Figura 23 Conversor AC/DC onda completa con diodo de conmutacin17Figura 24 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva simulada18Figura 2518Figura 2618Figura 27 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva simulada19Figura 2819Figura 29 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva-fuente simulada19Figura 3020

Capuma, I. O. (s.f.). Recuperado el 24 de noviembre de 2014, de http://docentes.uto.edu.bo/ocondoric/wp-content/uploads/TEMA_6.pdfCARIPITO. (1995). Recuperado el 24 de noviembre de 2014, de http://html.rincondelvago.com/motores-universales.htmlRashid, M. (1993). Electrnica de Potencia. Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Pretice Hall.Rosenberg, R. (s.f.). Recuperado el 24 de noviembre de 2014, de http://papeo5.260mb.net/ELECTRONICA%20DE%20POTENCIA%20(CIVIL)/Libros/TEMA-6%20EP%20(v1).pdf

TEMA:DISEO E IMPLEMENTACIN DE CONVERSORES AC/DC CONTROLADOS DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA PARA CONTROLAR LA POTENCIA ENTREGADA A DIFERENTES TIPOS DE CARGAS. OBJETIVO GENERAL:Disear e implementar conversores ac/dc controlados de media onda y onda completa para controlar la potencia entregada a diferentes tipos de cargas. OBJETIVOS ESPECFICOS: Investigar el funcionamiento de un Conversor AC/DC para diferentes tipos de cargas. Visualizar el comportamiento de un Conversor AC/DC ante diferentes tipos de cargas. Realizar el dimensionamiento de los semiconductores que intervienen en el circuito de un Conversor AC/DC Disear e implementar el Conversor AC/DC para el control de potencia. Analizar las formas de onda para el Conversor AC/DC de media onda y onda completa. Analizar las formas de onda de corriente y voltaje de los diferentes tipos de cargas para lo diferentes circuitos implementados. RESUMEN:En este trabajo se realiza una investigacin sobre conversores AC/DC controlado de media onda y onda completa, con el objetivo de observar y analizar las formas de onda de voltaje y corriente en los diferentes tipos de carga ya sea resistiva, resistiva-inductiva y resistiva-inductiva-fuente, adems dichos circuitos sern implementados con y sin diodo de conmutacin observando la diferencia que existe a la salida en el conversor.Cabe recalcar que pese a las diferentes cargas pueden obligar a los elementos semiconductores (SCRs) a conducir ms de lo deseado dando como resultado afectar a los requerimientos del funcionamiento necesario del conversor a nivel de industria.ABSTRACT:In this paper an investigation of AC / DC converters controlled half-wave and full-wave is performed, in order to observe and analyze the waveforms of voltage and current in the various kinds of cargo either resistive resistive-inductive and resistive -inductiva-source, such circuits will also be implemented with switching diode without observing the difference to the converter output.It should be noted that despite the different loads may force the semiconductor elements (SCR's) to drive than desired resulting affect performance requirements necessary level converter industry.MARCO TERICO:CONVERSORES AC/DCLos conversores (rectificadores) AC-DC con conmutacin natural, son circuitos que permiten obtener potencia DC a partir de una Fuente de AC. La operacin de un conversor AC-DC est basado en el encendido y apagado de los elementos rectificadores, los cuales son generalmente diodos y/o tiristores. El uso de tiristores como rectificadores a los cuales se les puede retardar en su activado, dan la posibilidad de obtener un voltaje variable DC en los terminales del conversor. La eleccin de un tipo de conversor para una determinada aplicacin depende de ciertos criterios tales como: - Naturaleza o tipo de la fuente de alimentacin. - Rizado de la corriente de carga. - Armnicos inyectados en la lnea. - Rango de voltaje de salida DC., etc. (Rashid, 1993)CONTROL POR NGULO DE FASEUno de los mtodos ms comunes para variar el valor eficaz de una tensin alterna es por medio del llamado control por ngulo de fase, donde, dado un semi-ciclo de la red, el interruptor se acciona o dispara en un determinado ngulo, haciendo que la carga est conectada a la entrada por un intervalo de tiempo menor o igual a un semi-ciclo.

Dicho de otro modo, el control por ngulo de fase, como su propio nombre indica, est basado en la regulacin del ngulo de disparo de los tiristores. Usualmente se habla de ngulo de disparo, o ngulo de fase , como el instante de tiempo (expresado en grados) a partir del paso por cero de la tensin de entrada en el que se dispara un tiristor. Para el caso de una carga resistiva, el ngulo de disparo puede valer entre 0 y 180.

Los valores de tensin, corriente y potencia en la carga dependern, no solo del ngulo de disparo, como tambin del tipo de carga alimentada, como se ver a continuacin en la figura 2. (Rashid, 1993)CARGA RESISTIVAEste circuito slo rectifica la mitad de la tensin de entrada o sea, cuando el nodo es positivo con respecto al ctodo. Podemos considerarlo como un circuito en el que la unidad rectificadora est en serie con la tensin de entrada y la carga.

Figura 1 Conversor AC/DC no controlado con carga resistivaEl funcionamiento consiste en tomar de la red una seal sinusoidal de valor medio nulo, y proporcionar a la carga, gracias al diodo, una forma de onda unidireccional, de valor medio no nulo como se aprecia en la figura 2. (Rashid, 1993)

Figura 2 Seal del Vo(t) y la I(t) del conversor AC/DC con carga resistiva

CARGA RESISTIVA-INDUCTIVAPara 0 < t < t1: Durante este intervalo el diodo conducir y el valor de la tensin en la carga ser:

y se cumplir la siguiente ecuacin,

Al resolver la diferencial obtenemos el valor de iC; la solucin puede obtenerse expresando la corriente como la suma de la respuesta forzada (if) y la respuesta natural (il). La respuesta forzada para esta aplicacin, es la corriente existente despus de que la respuesta natural haya decado a cero. En este caso es la corriente sinusoidal de rgimen permanente que existira en el circuito si el diodo no estuviera presente:

Figura 3 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva inductiva

Figura 4 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva inductivaCARGA RESISTIVA-INDUCTIVA-FUENTE

Figura 5 Conversor AC/DC no controlado con carga resistiva-inductiva-fuenteARRANCADOR SUAVELos arrancadores suaves son equipos que contribuyen a disminuir el pico de corriente de energa elctrica al momento de arrancar motores de grandes potencias y/o disminuir el par de arranque en maquinaria especializada.

Dentro de la gama de arrancadores suaves se encuentran: Arrancador Estrella-Delta: Conecta el motor en estrella al momento del arranque y luego de varios segundos hace la conmutacin a delta. Reduce el par de arranque en un 36% y la corriente inicial en un 40% del valor nominal del motor. Es la versin ms econmica de arrancadores suaves. Arrancador Electrnico: Controla por medio de microprocesadores la curva de corriente y voltaje aplicados al motor en su aceleracin de velocidad cero a velocidad nominal. El par de arranque estar dimensionado en forma proporcional a la curva de corriente que sea seleccionada. Arrancador Embobinado Partido: Similar al arrancador estrella-delta, es un sistema muy simple de energizar parte de las bobinas del motor, reduciendo la potencia, el par y la corriente inicial en forma directa a la fraccin de bobina energizada. Luego de cierto tiempo ajustable, se energiza toda la bobina entregando el motor el 100% del torque.Arrancador de Voltaje Reducido: Se energiza inicialmente el motor con una fraccin del voltaje nominal, por ejemplo el 70%Vn, lo cual, disminuye el par y la corriente inicial del equipo permitiendo arranque suave de grandes inercias.

Las ventajas de utilizar stos equipos son: Menor cobro por parte de las empresas de distribucin de energa elctrica al registrar una demanda inferior a la necesaria sin arrancador suave. Mayor duracin mecnica de ejes y acoples de motores de gran potencia. Menor desgaste por friccin en impeler de sistemas de bombeo. Menor dimetro de conductores elctricos que alimentan a los motores de gran potencia. En maquinaria especializada, menor destruccin de componentes y producto al iniciar movimiento. Menor esfuerzo en cajas reductoras de velocidad y en consecuencia, mayor vida til de engranajes, gusanos y cojinetes.OPTOACOPLADORESLa utilizacin de optoacopladores es una tcnica de aislamiento que aventaja a la basada en transformadores en el menor tamao y peso de los componentes. El principal problema de los optoacopladores reside en su falta de linealidad. Este problema podra solucionarse mediante la linealizacin por software, pero la adolecera de una ocupacin grande de memoria y lentitud de funcionamiento. Las soluciones expuestas en el aparato anterior son adecuadas en el caso de circuitos integrados, pero su realizacin mediante componentes discretos es ms problemtica.

Para operar con optoacopladores sobre seales analgicas suelen convertirse estas a digitales, normalmente mediante un conversor tensin frecuencia. Una vez la informacin analgica est en la frecuencia o anchura de los pulsos de una seal cuadrada, puede transmitirse mediante el optoacoplador, recuperando si es necesaria la seal analgica original mediante la correspondiente demodulacin. En esta situacin hay que hacer hincapi en la necesidad de disponer de una fuente de alimentacin aislada d la salida de cadena de medida para poder polarizar los elementos previos al optoacoplador.

Los principales inconvenientes de los optoacopladores para seales digitales residen en que las resistencias que presentan en los estados de ON y OFF distan mucho de ser las ideales; en la limitacin de corriente en estado ON; y en su baja eficiencia de transmisin. Las ventajas se resumen en: su pequeo tamao, lo que hace tiles para montar en tarjetas de circuito impreso: la posibilidad de tener ganancia de corriente dependiendo del tipo de fotoreceptor utilizado; poder soportar tensiones de aislamiento bastantes altas (4kV); la capacidad de rechazar ruido en la entrada, y presentar un consumo de energa bastante reducido.

Caractersticas de los optoacopladoresEl fotoacoplador permite conseguir un buen aislamiento elctrico entre el circuito de control y el de potencia.Este tipo de aislamiento ofrece como inconveniente la posibilidad de disparos en las conmutaciones del interruptor de potencia, debido a la capacidad parsita entre el LED y el fototransistor.Otro problema se debe a la diferencia de potencial entre las tierras del fotodiodo y del fototransistor que no debe superar la tensin de ruptura.MATERIALES:DOS PIC 16F877A. OSCILADORES DE 20 Hz. UN PUENTE DE DIODOS. RESISTENCIAS 3 POTENCIMETROS LCD 4 SCR TIC1064 OPTOTRIAC MOC 3020UN FOCO UN MOTOR DCUN TRANSFORMADOR DE 110/12VAC. PROCEDIMIENTO:Implementar la parte de control del conversor AC/DC utilizando todas las especificaciones para su correcto funcionamiento como se muestra en la figura 6.

Figura 6 Implementacin del circuito

Datos que se debe tomar en cuenta para la parte de control en el conversor de media Onda con DC

Datos que se debe tomar en cuenta para la parte de control en el conversor de onda completa

ANLISIS DE RESULTADOS:En cada circuito se realizara cambios en los dispositivos como diodos, ubicacin de los Scr como es el caso en el circuito del conversor AC/DC.A continuacin se muestra la forma de ondas de voltaje y corriente en los diferentes tipos de carga.Conversor AC/DC de media onda controlado

Figura 7 Conversor AC/DC de media onda controlado

Carga ResistivaControl de fase directo con carga resistiva (foco) de manera simulada.

Figura 8 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva simulada

Figura 9

Figura 10

Figura 11

Figura 12En la figura 8 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color verde), mismas seales son simuladas.En las figuras 9, 10,11 y 12 se muestran las formas de onda de voltaje en la fuente (seal verde) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo las seales varian.

Carga Resistiva-Inductiva

Figura 13 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva-inductiva simulada

Figura 14

Figura 15 Figura 16 Figura 17En la figura 13 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color verde), mismas seales son simuladas.En las figuras 14,15,16 y 17 se muestran las formas de onda de voltaje en la fuente (seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo las seales varian.Carga Resistiva-Inductiva-Fuente

Figura 18 Formas de onda del conversor AC/DC de media onda con carga resistiva-inductiva-fuente simulada

Figura 19

Figura 20

Figura 21En la figura 13 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla) y la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color verde), mismas seales son simuladas.En las figuras 14,15,16 y 17 se muestran las formas de onda de voltaje en la fuente (seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo las seales varian.

Conversor AC/DC de onda completa controlado sin diodo de conmutacin

Figura 22 Conversor AC/DC onda completa sin diodo de conmutacinConversor AC/DC de onda completa controlado con diodo de conmutacin

Figura 23 Conversor AC/DC onda completa con diodo de conmutacin

Carga Resistiva

Figura 24 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva simulada

Figura 25 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva 0(totalmente encendido)

En la figura 24 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla), la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color roja) y la forma de onda de voltaje en la carga (seal de color azul), mismas seales son simuladas.En las figuras 25 se muestran las formas de onda de voltaje en la carga (seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el oscilocopio, mismas que se encuentran con un ngulo; por tal motivo las seales varian.Carga Resistiva-Inductiva

Figura 27 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva simulada

Figura 28 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva 0(totalmente encendido)En la figura 27 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla), la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color roja) y la forma de onda de voltaje en la carga (seal de color azul), mismas seales son simuladas.En las figura 28 se muestran las formas de onda de voltaje en la carga (seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el osciloscopio.Carga Resistiva-Inductiva-Fuente

Figura 29 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva-fuente simulada

Figura 30 Formas de onda del conversor AC/DC de onda completa con carga resistiva-inductiva-fuente 0(totalmente encendido)En la figura 29 se puede mostrar la forma de onda de voltaje en la fuente (seal de color amarilla), la forma de onda de la corriente en la carga (seal de color roja) y la forma de onda de voltaje en la carga (seal de color azul), mismas seales son simuladas.En las figura 30 se muestran las formas de onda de voltaje en la carga (seal celeste) y la forma de onda de corriente (seal amarilla) de manera real observadas en el osciloscopio.CONCLUSIONES: En el circuito de potencia el diodo de conmutacin evita la existencia de voltajes negativos. En la variacin del ngulo de disparo al momento de disminuir dicho valor se logra obtener el aumento del voltaje aplicado a la carga. La manera de funcionamiento y obtencin de la respuesta a la salida vara dependiendo del tipo de carga, observando que en la carga inductiva se almacena corriente donde el SCR conduce en el semiciclo inverso a la polarizacin. Para observar la forma de onda de corriente se coloca una resistencia de baja potencia en serie con la carga.RECOMENDACIONES: No usar Triacs para el control del ngulo de disparo ya que puede existir falsas corrientes que activen el disparo del semiconductor. Al usar optoacopladores dimensionar correctamente la corriente para que funcione la gate de los SCRs Se debe desacoplar los equipos que se use para realizar las mediciones de las formas de onda.REFERENCIAS:[1]Electrnica de Potencia - Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones. Muhammad H. Rashid,Prentice Hall Hispanoamericana, S.A., 1993. [2]Power Electronics. Converters, Applications, and Design (2 edicin). N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Editorial: John Wiley & Sons, 199[3]http://docentes.uto.edu.bo/ocondoric/wp-content/uploads/TEMA_6.pdf[4]http://papeo5.260mb.net/ELECTRONICA%20DE%20POTENCIA%20(CIVIL)/Libros/TEMA-6%20EP%20(v1).pdf[5] ODISA. Arrancadores Suaves. Disponible en http://www.uhu.es/geyer/Congresos_nac/congresos%20nacionales/CN_2.pdf

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