Carrera de Ingeniería Electrónica y Control
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Período: 2018-B | http://ciecfie.epn.edu.ec/wss/VirtualDirectories/80/Enlaces/LABORA.htm
LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS
PRÁCTICA N°6
1. TE
MA
CONVERSORES DC-DC CONFIGURACIONES BÁSICAS: REDUCTOR
2. OBJETIVOS
Verificar las características de operación del conversor DC-DC reductor.
3. MARCO TEÓRICO
Varias aplicaciones de la Electrónica de Potencia tales como aprovechamiento de energía solar usando celdas fotovoltaicas y almacenamiento de energía en baterías requieren conversores DC – DC que permitan obtener diferentes niveles de voltaje y corriente DC para el óptimo funcionamiento de estos sistemas.
Conversor DC – DC reductor (Buck)
El conversor DC – DC reductor, comúnmente conocido como conversor Buck, es una de las configuraciones básicas de los conversores DC – DC. Dicho conversor está formado por una fuente DC de voltaje de entrada, un elemento semiconductor de conmutación controlada, un diodo en antiparalelo, un filtro L, un filtro C y una carga [1]
La relación entre el voltaje de salida (Vo) y el voltaje de entrada (Vs) está dada por la relación de trabajo de la señal PWM de control.
Vs Vo
Por tanto, el voltaje de salida (Vo) siempre es menor que el voltaje de entrada.
Período: 2018-B | http://ciecfie.epn.edu.ec/wss/VirtualDirectories/80/Enlaces/LABORA.htm Figura 2. Conversor DC - DC reductor carga RL [1]
4. TRABAJO PREPARATORIO
4.1. Explicar la secuencia de operación de la configuración de conversor DC-DC REDUCTOR mostrado en la Figura 1. Calcular las expresiones para encontrar los valores de corriente máxima y mínima sobre la inductancia, asumiendo que el valor de C es bastante grande.
4.2. Repetir lo anterior para el circuito de la Figura 2.
4.3. Consultar las características del circuito integrado LM3524 y del timer LM555. 4.4. Diseñar y traer armado un circuito de control para manejar la base del MOSFET,
dicho control puede ser en base a un circuito análogo usando ya sea el integrado LM3524 o uno similar, ó usando un LM555; o puede ser implementado en un microcontrolador pero con la siguiente restricción: la onda a generar debe tener una frecuencia central de aproximadamente 1KHz pero puede ser variada en un rango aproximado de 100 Hz a 10Khz; y relación de trabajo variable de
aproximadamente 10% al 90%. Si se decide hacerlo por medio de un microcontrolador debe disponer de potenciómetros que permitan cambiar la frecuencia y la relación de trabajo SIN NECESIDAD DE REPROGRAMAR EL MICROCONTROLADOR; es decir no se podrá usar un computador para variar los parámetros del PWM.
Si se diseña con un LM555 dejar la posibilidad en su circuito que se pueda cambiar el condensador del tiempo para poder también cambiar la frecuencia si es necesario. Tomar en cuenta que el control debe ser alimentado con un voltaje de 12 a 15V.
Este circuito de control será utilizado también en prácticas posteriores por lo que se recomienda que sea construido de una forma más durable; puede ser hecho en una tarjeta perforada o como circuito impreso. Un esquema tentativo se
muestra a continuación basado en LM555, pero habría que calcular los valores de los componentes
Período: 2018-B | http://ciecfie.epn.edu.ec/wss/VirtualDirectories/80/Enlaces/LABORA.htm 4.5. Realizar el cálculo de los componentes de la configuración del conversor reductor
de la Figura 1 y de la figura 2., suponiendo que la frecuencia de operación es fo = 1KHz y que la carga, muy inductiva, requiere una corriente Idmáx = 1 Amp. El valor de la fuente E = 40 Vdc (se usarán en serie dos de las salidas de voltaje de las fuentes del laboratorio) y se requiere sobre la carga un voltaje DC variable entre 10% y 90% aproximadamente. Traer armado el circuito de potencia y control. 4.6. Realizar la simulación del circuito de las Figura 1. Presentar formas de onda y
resultados obtenidos.
4.7. Realizar la simulación del circuito de las Figura 2, para carga R, R-L y RLV, presentar las formas de onda de voltaje y corriente en cada uno de los elementos, para el máximo rizado de corriente Presentar formas de onda y resultados obtenidos.
5. EQUIPO Y MATERIALES
Cada grupo debe traer
4 resistencias de potencia de 100 Ohm, 10W El circuito de potencia y el de control armados En el laboratorio se proporcionará: Inductancias Motor DC Multímetro Osciloscopio 2 puntas de prueba Sonda de corriente Fuente de poder
Período: 2018-B | http://ciecfie.epn.edu.ec/wss/VirtualDirectories/80/Enlaces/LABORA.htm condensador proporcionado por el estudiante de alto valor (algunos cientos de uF) y voltaje mayor a 50VDC. Tomar medidas de voltaje entrada salida y lo necesario para determinar la relación de trabajo. Tomar formas de onda de corriente el inductor. Usar una relación de trabajo cercana al 50%.
6.2. Probar el circuito de la figura 2 con carga resistiva de 200 Ohm solamente y tomar nota de las formas de onda de voltaje y corriente en la carga, voltaje en los terminales del interruptor de potencia y corriente en la fuente para una relación de trabajo de 0.7.
6.3. Probar el circuito de la figura 2 con carga R – L y tomar nota de las formas de onda de voltaje y corriente en la carga, voltaje en los terminales del interruptor de potencia y corriente en la fuente; medir el voltaje medio, el valor del rizado de voltaje, la corriente media y el valor del rizado de corriente sobre la carga, de manera que se pueda evaluar la variación del factor de rizado en función de la relación de trabajo.
6.4. Cambiar el tipo de carga a R-L-V (MOTOR). Tomar nota de todas las formas de onda indicadas en el numeral anterior.
7. INFORME
7.1. Realizar una comparación entre las formas de onda obtenidas experimentalmente, las simuladas y las determinadas teóricamente.
7.2. Presentar las formas de onda obtenidas en el laboratorio. 7.3. Comentar los resultados obtenidos en la práctica.
7.4. Conclusiones y Recomendaciones 7.5. Bibliografía.
8. REFERENCIAS
[1] M. Rashid, Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and Applications, USA: Elsevier, 2011.
[2] Ned Mohan, "Power Electronics, a First Course", John Wiley & Sons, Inc. USA 2012, ISBN13: 978-1118074800
Elaborado por: PatricioChico
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