Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda.

I. ABSTRAC

The next step for the creation of the UPS consists of a group of elements that can increase the voltage and current for certain required conditions, in this case the power necessary to keep a PC working for a certain time, and for that it is necessary to set the autonomy time for the battery to keep working while the AC supply is off, so we are going to examine the way as the current must work to generate the proper 110 output voltage through an elevator transformer with 3A current.

II. OBJETIVO GENERAL

Garantizar a nuestro potencial cliente una UPS, que tenga unos parámetros como lo son: un tiempo de autonomía de 10 Minutos, 300 Wattios de salida y una corriente de 3 Amperios. Nosotros manejaremos una UPS on-line, para garantizarle al cliente la mejor protección a sus equipos.

III. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Estudiar la forma de cómo poder sincronizar los pulsos de salida bien sea a través de SCR o de Mosfet para generar una corriente pulsante a la entrada del devanado primario del elevador.

Garantizar que la etapa de inversión permanezca en funcionamiento constante para que cumpla con las características on-line.

IV. INTRODUCCION

Durante la última fase de la elaboración de la UPS se consideraron aspectos primordiales tales como el tiempo de autonomía, la fase de inversión para garantizar una corriente pulsante a la entrada del primer devanado, garantizando de esta forma que el transformador no actúe como corto, además es imprescindible establecer un sincronismo apropiado de pulsos para el encendido de los dispositivos bien sea mosfet o scr (aspecto a consideración), para evitar el daño de los mismos por encendido simultáneo.

El propósito general nos conduce a establecer condiciones reales de salida según sean requeridas, en este caso para mantener un PC, por lo tanto enfrentamos las condiciones más extremas y mediante el uso de elementos calculados previamente eliminar al máximo cualquier probabilidad de error o de interrupción de suministro de energía.

V. MARCO TEORICO

Tiempo de transferencia cero cuando la UPS pasa a baterías, luego la energía es totalmente continua. Es la única que puede en verdad proteger sus equipos de las variaciones de tensión y frecuencia en la red.

La técnica empleada PWM, lleva a cabo los estados de conmutación necesarios, para obtener la señal AC, comparando una señal modulada Vc, (señal de salida deseada), con una onda triangular como portadora, VΔ, y en la práctica cuando la señal Vc > VΔ, el switch + está activo mientras el otro no lo está, de la misma forma cuando Vc < VΔ, el proceso se invierte.Cuando la señal modulada Vc es sinusoidal a una frecuencia fc y amplitud v’c, y la triangular Vd a una frecuencia fd, y amplitud v’d se vienen el esquema PWM de la siguiente forma:Para el índice de modulación de amplitud:

ma=v ' cv ' d

Para el índice de frecuencia de modulación:

mf =fdfc

Figura 1: Formas de ondas durante el paso por el inversor.

Los inversores de voltaje pueden ser encontrados como topologías de medio y puente completo. Aunque el

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(Noviembre 18 2009)Henry Ramírez C, Juan Camilo Sepúlveda, Alexander Olaya Sánchez. Estudiantes Ing. Electrónica

Proyecto FinalDiseño e Implementación de una UPS

Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda. rango de alimentación de cobertura es bajo, son ampliamente usados en fuentes de alimentación, y UPS de fase simple. El VSI genera una salida de AC compuesta por valores discretos, (high dv=dt), por lo tanto la carga deberías ser inductiva alas frecuencias de las armónicas con el fin de producir una onda de corriente llana, Una carga capacitiva generará hispas de corriente y dado el caso un filtro inductivo entre el lado AC y la carga del VSI debería sr usado. Por otra parte el CSI genera una corriente de salida compuesta por valores discretos (high di=dt); por lo tanto la carga debe ser capacitiva en las frecuencias de los armónicos para generar una onda de voltaje llana. Una carga inductiva en CSI generará grandes chispas de voltaje. En estos casos se debe usar un filtro capacitivo entre el lado AC del CSI y la carga.

VI. DESCRIPCION DE EQUIPOS

Osciloscopio Fuente DC Red AC Multimetro

VII. LISTA DE MATERIALES

Dispositivos SCR C 106 , CR023,C122,C106D Transistores IRF 540 o 560. Resistencias de potencia. Transformador elevador.

VIII. DIAGRAMAS ELECTRICOS

Figura 2: Inversor con voltaje AC a la entrada del primario, se emplea dispositivo digital para conmutación de pulsos a la base de transistores mosfet.

IX. DISEÑO

Teniendo en cuenta el principio de funcionamiento de un inversor el cual está básicamente construido por de

switches y la salida cuya forma de onda será sinodal constituida por valores discretos, se tomó por tanto la determinación de construir un circuito similar que responda con las mismas características que el que se presenta a continuación, con el objetivo principal de obtener ondas de transición rápida en cambio de ondas llanas, atendiendo al comportamiento característico de un inversor de su tipo:

Figura 3: Puente inversor de media fase.Este esquema general de un inversor se ha tomado como referencia para identificar el proceso como tal, es necesario emplear dos condensadores lo suficientemente grandes para obtener un punto neutral N, de tal forma que cada condensador almacene la mitad del voltaje de entrada Vi/2, es importante asegurar que los dos switches no se activen al tiempo para evitar un corto, por lo tanto un mecanismo de modulación se debe emplear para que garantice que los switches estén bien sea arriba o abajo en un tiempo cualquiera t.

Figura4: Señales de conmutación que se deben obtener para la posición de los switches o el generador de pulsos de encendido de SCR con acople AC.

X. CALCULOS MATEMATICOS

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Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda. Cálculos para el cargador de baterías.

a) Para T1:n1=110 v−60 HzSelección del transformador para obtener:n2=12 vpp

a 1 A. b) Para P1:Se toma la rectificación en dos ciclos, con una resistencia de carga:

Ciclo positivo.

Selecciono R. “Ver numeral C”Luego:

V o=V p−V D1−V D2

V o=6 V −0 .7 V −0 .7 VV o=4 . 6 V pPara el Ciclo Negativo

c) Para la resistencia: Selecciono un valor de 1K

V=V rms=9. 2 v pp

√2=6 .5 V

I o=1 A−400 mAI o=600 mA400mA es el consumo de corriente en el puente rectificador “experimental”

d) Selección de C1, para garantizar un voltaje en la batería cuando se desconecta la alimentación, luego C debe ser grande:

C=2500 μF a 25V ó 50V

e) Se debe garantizar el encendido de los SCR’S con una Ig apropiada:

I g=V i

R s max+Rg max

=6 . 5 V25Ω+40Ω

=100 mA

Rg max=V gt

I gt

=2 . 8V110 mA

=25Ω

R smax=E s max−V gt

I Gt

=7 . 21 V−2 . 8V110 mA

=40Ω

E smax=Es+10 %E smax=6 .5V +0 .715 V=7 . 215V

f) Suponemos una batería descargada:Necesitamos que a la compuerta SCR1 le llegue mínimo 100mA Luego:I D=I1+ I2

I 2es muy baja= 10mA

I 1=I o−I 2

I 1=600 mA−10 mAI 1=590 mA

=

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Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda.

Figura Nº 5. Diseño General para una UPS O-Line.

g) Cálculos de la relación de transformación para el elevador y la salida final de la UPS de la Figura Nº 5.Para T1 se tiene:Vi=110VVo=12VIo=5A.P=60WEn A se debe asegurar un voltaje de 12 Vdc, de igual manera

I=5 A−0. 3 A( perdida )I=4 .7 AB= Batería de 6 celdas 12Vdc, 4A.Nodo 1 (N1): Alimenta el circuito integrado LM7875 a 12 Vdc.R1, R2: Resistencias de salida de pulsos alternados dc, a 3.2Vp c/uno entre 100 Ohm y 200 Ohm.

Para este diseño se utilizan mosfet que soporten un aproximado mínimo de 5 Amperios, en este caso se ha de utilizar el IRF 640 o el IRF 540.

Para el montaje de estos, nos remitimos al datasheet en la cual nos indica que se debe conectar en los pines 1, 2 y 3 para regular la frecuencia de los pulsos a través de un potenciómetro de 100 K y un condensador de 0.01 uF.

2. En B se garantizan 12Vdc y 4.7 APara el transformador 2 o T2, se emplea uno de tal forma que su potencia sea: 300 Wtt que es la que pide el cliente en este caso, siendo así se tiene:

Pi=4 . 7 A∗12VPi=56 W

I o=56 W110V

=0 .5 A

Base de cálculo para el transformado elevador de salida de la UPS

XI. DESARROLLO DEL LABORATORIO

El objetivo principal del inversor es producir una salida AC a partir de una entrada DC, pues es necesario tener una onda pulsante en el devanado primario para que se produzca el efecto del elevador de voltaje, para ello se tuvo en cuenta el funcionamiento del inversor como se muestra a continuación:

Figura 6. Topología del conversor eléctrico.

En este esquema se observa como a la entrada se tiene una onda senoidal proveniente de la toma de corriente doméstica, pasa luego por una fase de rectificación y luego de pasar por un dispositivo de velocidad ajustable (ASD) que para nuestro efecto no se usará propiamente pero sí se constituye en la fase de unión dc al inversor, para luego conectar al directo a la carga.

Figura 7: La primera figura nos muestra el voltaje y la corriente a la entrada, la segunda equivale al voltaje y la corriente en la carga.

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Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda. El comportamiento de una onda oscilante debe ser asegurado por un dispositivo con alguna técnica de modulación, que controle la cantidad de tiempo para cambiar adecuadamente los switches de encendido y apagado mostrado en la figura 3, por ahora nuestra técnica para este tipo de control se basará en la SPWM, (modulación de la amplitud del pulso senoidal).

Tabla 1: Funcionamiento del inversor de acuerdo a sus respectivos estados.

Aquí se puede observar como de acuerdo a la polaridad de conducción de cada diodo se obtiene de la misma forma el voltaje respectivo a la salida, bien sea positivo o negativo y a la mitad del valor de la entrada, cuando ambos switches se encuentran apagados se puede decir que a la salida el voltaje puede ser positivo o negativo dependiendo si el valor está por encima o por debajo de cero.

Imagen Nº1. Batería

XII. REGISTRO FOTOGRAFICO

Imagen Nº2. Montaje General Cargador de Baterías

Imagen Nº3. Transformador Elevador de salida

XIII. CONCLUSIONES

Para generar el sincronismo de encendido de dispositivos por pulsos se contemplaron dos opciones, la más favorable se da a través de un dispositivo digital el cual evita la destrucción de los dispositivos por encendido simultáneo, la forma análoga presenta pulsos espúreos por lo tanto no se considera precisa.

La construcción de la ups tendrá como principal objetivo el funcionamiento constante del circuito inversor, por lo tanto cuando se desactiva la alimentación, la batería suple esta función con conexión directa a la fase de inversión, garantizando su funcionamiento constante “On-Line”.

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Henry Leonarth Ramírez, Alexander Olaya Sánchez, Juan Camilo Sepúlveda. Para el cargador de baterías se le debe

garantizar a la entrada una corriente mayor a la que se desea que este suministre, esto con el fin que la carga se haga con el menor tiempo posible y optimice el uso de la batería

XIV. BIBLIOGRAFIA

J. David Irwin, Auburn University, Series Editor,

Power Electronics Handbook.

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