FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA DE POTENCIA

Prctica de Laboratorio No 5

CONTROL DE POTENCIA DE UNA CARGA RESISTIVA MEDIANTE UN PWM SINCRONIZADO CON LA RED Y PUENTE SEMI-CONTROLADO EN LA ETAPA DE POTENCIA

1. Objetivo General.

Disee un control de potencia para controlar la potencia en la carga, con un ngulo de disparo variable entre 10 grados y 160 grados del pico positivo de la seal de la red.

2. Objetivos Especficos.

Calcular el circuito para las condiciones establecidas en la prctica de laboratorio.

Con la utilizacin del circuito diseando en la prctica No 4 (PWM) y el circuito diseado en la prctica No 3 (Control de Potencia por Variacin de ngulo con Puente Semicontrolado), determinar los parmetros del nuevo circuito.

Medir en el osciloscopio las forma de onda en los diferentes tiempos y compararlas con las obtenidas en las simulaciones.

Verificar de manera experimental la operacin del controlador e identificar la forma de tensin y de corriente sobre cada uno de los elementos.

Implementar el sistema de gobierno de los tiristores necesario que incluye la sincronizacin (deteccin de cruce por cero), generacin de rampa, comparacin y driver de disparo.

Realizar las pruebas de cada uno de las etapas del control as como del circuito de potencia.

3. Marco Terico.

3.1. PWM La modulacin de anchura de pulso, abreviada como PWM, es un mtodo de transmitir la informacin sobre una serie de pulsos. Los datos se estn transmitiendo que se codifican en la anchura de estos pulsos para controlar la cantidad de energa que es enviada a una carga. Es decir la modulacin de anchura de pulso es una tcnica de la modulacin para generar pulsos variables de la anchura para representar la amplitud de una seal anloga o de una onda de la entrada. Los usos populares de la modulacin de anchura de pulso estn en entrega de energa, regulacin del voltaje y amplificacin y los efectos audio.3.2. SCREs un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones (pn) con la disposicin (pnpn) Est formado por tres terminales, llamados nodo, Ctodo y Puerta. La conduccin entre nodo y ctodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es nico), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

3.3. TRIAC(Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversin de la tensin o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarizacin de la compuerta, es decir, mediante una corriente de compuerta positiva o negativa de energa que se enva a una carga.

3.4. Control de Potencia por Variacin de ngulo con Puente Semicontrolado.Los Rectificadores Semicontrolados son un tipo de convertidor de un slo cuadrante y tiene una misma polaridad de voltaje y de corriente de salida. Emplean en sus configuraciones ramas rectificadoras con, cada una de ellas, un diodo y un tiristor.

3.5. Puente Rectificador Semicontrolado Monofsico. El circuito rectificador monofsico semicontrolado que se muestra en la figura 1, permite variar la componente de la tensin de salida en funcin del troceado producido por una pareja de tiristores de acuerdo con el ngulo de fase de disparo de los mismos. 4. Anlisis de su Funcionamiento. Con el propsito de obtener una seal de tensin a la salida del inversor con la frecuencia deseada, se compara una seal de control senoidal a la frecuencia deseada con una seal de onda triangular. La frecuencia de la onda triangular corresponde a la frecuencia de interrupcin del inversor y por lo general se mantiene constante. La frecuencia de la seal de control es conocida como la frecuencia modulante, mientras que la frecuencia de interrupcin es conocida como frecuencia de acarreo. La seal de control se utiliza para modular la razn de servicio del interruptor. De lo anterior, se desprende que en la seal de salida es inevitable la presencia de armnicos y por tanto existen ciertas desviaciones de la seal de onda seno segn nuestro inters. La razn de modulacin de la amplitud se verifica por la frmula:Vcontrol: amplitud pico de la seal de controlVtriac: amplitud pico de la seal triangular.La razn de modulacin de la frecuencia se describe por la siguiente frmula:Fs: frecuencia de conmutacin en los interruptoresF1: frecuencia modulante.El voltaje de salida que se obtienen depende de la comparacin de las seales y de la condicin del interruptor como se muestra a continuacin:Cuando Vcontrol > Vtriac est encendido, entonces Vo= Vdc/2Para este inversor PWM su voltaje siempre oscilar entre Vdc/2 y -Vdc/2. El espectro de sus armnicas presenta las siguientes caractersticas:a) El valor pico a la frecuencia fundamental es un mltiplo de Vdc/2, donde el factor de multiplicacin es la razn de modulacin de las amplitudes. Sin embargo, esto solo es cierto para (ma < 1.0).

b) Las armnicas se identifican como anchos de banda muy cerca y alrededor de la frecuencia de acarreo como los mltiplos de sta, siempre y cuando se respete la condicin (ma < 1.0). Donde el orden de la armnica se obtiene por: h = j*mf kh: orden la armnica deseadaj: tiempo al que ocurre la armnicamf: razn de modulacin de la frecuenciak: k-simo ancho de banda a izquierda y derecha. Es posible determinar la frecuencia armnica utilizando la frmula a continuacin: fh = (j*mf k)* f1f1: la frecuencia de la componente fundamental de la seal de voltaje.c) La razn de modulacin de la frecuencia debe tener un valor entero impar, puesto que las armnicas impares estn presentes en la seal de salida y las armnicas pares desaparecen.Las frecuencias de interrupcin no pueden ser tan altas porque tienen el inconveniente de incrementar proporcionalmente las prdidas por interrupcin dentro del inversor. Esto se evita seleccionando frecuencias de interrupcin por debajo de 6kHz o por arriba de 20KHz al rango audible. En las aplicaciones de 50 o 60Hz, donde se requieren frecuencia de salida en el inversor de 200Hz, se seleccionan razones de modulacin menores que 9 para frecuencias de interrupcin menores de 2kHz, mientras que valores mayores de 100 son tpicos a frecuencias de interrupcin por arriba de 20KHz.Las relaciones entre la seal triangular y la seal de control dependen del valor correspondiente de mf. Si dicho valor es muy pequeo (mf < 21), se requiere la sincronizacin de las seales adoptando un entero impar para mf y pendientes de polaridad opuesta al coincidir en el cruce por el cero para ambas seales. Por otro lado, si el valor es grande (mf > 21), entonces debemos evitar emplear PWM asncronos porque los subarmnicos de secuencia cero provocan grandes corrientes, a pesar de que su magnitud es pequea.

4.1. Diseo e Implementacin.Para la siguente practica se combinan dos montajes anterioemente implementados parcticas 3 y 4. En el montaje del laboratorio No 3 se implement un control de Potencia por Variacin de ngulo con Puente Semiconductor, el cual permite variar la componente de la tensin de salida en funcin del troceado producido por una pareja de tiristores de acuerdo con el ngulo de fase de disparo de los mismos. El laboratorio No 4 se implement un control de potencia de una carga resistiva mediante un PWM sincronizado con la red y puente semi-controlado en la etapa de potencia. La combinacin para el nuevo circuito permitira controlar la potencia de cargas resistivas en sincrona con la red elctrica mediante la variacin del ngulo de disparo del circuito.Montaje.

4.2. Ecuaciones a Utilizar.Para el desarrollo de los clculos de los circuitos tuvimos en cuenta las siguientes ecuaciones:I. Voltaje Mximo.

II. Voltaje DC.

III. Voltaje RMS.

IV. Potencia DC.

V. Potencia RMS.

VI. Eficiencia.

VII. Corriente bb.

VIII. Resistencia Rb.

IX. Resistencia RF.

X. Resistencia Mxima Rmx.

XI. Resistencia Mnima Rmn.

XII. Resistencia E.

XIII. Voltaje de Pico Vp.

5. Control de Potencia de una Carga Resistiva Mediante un PWM Sincronizado con la Red y SCR en la Etapa de Potencia. Para el diseo del circuito Control de Potencia de una Carga Resistiva Mediante un PWM Sincronizado con la Red y SCR en la Etapa de Potencia:Los Clculos obtenidos son los siguientes:

5.1. Seleccin del Diodo Diodo (1N4007).

6. Simulaciones. Circuito propuesto 1.

Circuito propuesto 2

7. Anlisis de Resultados.Segn el anlisis de la opcin de circuito uno se puede ver que hay una etapa donde se deriva una seal senoidal para obtener una seal cuadrada esta seal cuadrada se obtiene tanto para la secuencia positiva como la secuencia negativa, debido a la configuracin tipo espejo de los amplificadores operacionales arrojan una seal de onda corrida medio periodo, lo que da paso a poder obtener una onda completa de disparo para el 2n222. Esta seal de disparo se encarga de regular el tiempo de carga y descarga del condensador, este tiempo de carga y descarga da una funcin muy similar a la onda triangular que se busca obtener para luego comparar con la seal contante en el tiempo pero variable en amplitud. Teniendo como resultado una onda cuadrada variable en valle en funcin de la comparacin entre la onda triangular y la funcin constante y variable en amplitud. 7.1. Imgenes Osciloscopio (Formas de Onda).

8. Conclusiones.

Este circuito permite obtener una onda triangular que puede ser aplicada en diversos sistemas ya que a partir de ella y con algunos circuitos auxiliares de amplificadores operacionales se puede obtener ondas senoidales u ondas cuadradas, las cuales son la base del anlisis de seales y de la automatizacin de procesos industriales.

Es importante la utilizacin de amplificadores ya que estos no consumen energa directamente de la carga sino que utilizan alimentacin externa, esto determina que la carga no se vea afectada por el consumo propio del sistema de control de regulacin.

Este circuito es til a la hora de regular cargas a las cuales se les necesite variar parmetros propios de las mismas tales como temperatura, como velocidad, como intensidad lumnica y otras similares.

Es importante resaltar que este sistema es de tipo ON-OFF no es lo ms eficiente en cuanto a control de temperaturas u intensidades lumnicas ya que existen procesos en base a control y sensorica por ejemplo los PID que se encargan de obtener una funcin que regule en base a las necesidades de el usuario.

9. Bibliografa. Electrnica de Potencia (Circuitos, dispositivos y aplicaciones), Segunda Edicin. MUHAMMAD H. RASHID. Maloney T. Electrnica Industrial.

Jess Eduardo Cubillos Cdigo: 42111005Jhon Alexander Terreros Perea Cdigo: 421120142