Informe Final LABO 4 - Grupo 5 electronica de potencia PDF

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRÓNICALABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA EE 532NLABORATORIO 4- INFORME FINALINTEGRANTES (GRUPO 5): NAVARRO SOLANO JOHANN  RONDINELLI JAVIER MARIA ISABEL  GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ JORGE YSAEL  GALINDO HUAMANI BRYAN  PRADINE...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRÓN

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA E LABORATORIO 4- INFORME FINAL INTEGRANTES (GRUPO 5):       

NAVARRO SOLANO JOHANN RONDINELLI JAVIER MARIA ISABEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ JORGE YSAEL GALINDO HUAMANI BRYAN PRADINETT RODRIGUEZ BRANDO SOLIS VILCACHAGUA FRANCO SALAZAR MATOS DENIS

PROFESOR: TERESA ESTHER NUÑEZ ZUÑIGA

CIRCUITO 1 Convertidor DC-DC reductor de tensión (Buck Converter)

Datos: 

Voltaje de entrada: E = 48 V



Voltaje de salida: Vo = 30 V



Corriente de carga: Io = 20.5 A



Rizado de Tensión: ΔVo = 0.2 V



Rizado de corriente por el inductor: ΔiL = 5 A



Frecuencia de conmutación: fsw = 40 kHz

Nos piden determinar el ciclo útil y calcular los elementos L y C del circuito. Calculamos el ciclo de trabajo útil K 𝑘=

𝐸 48 = 0.625 = 𝑉0 30

Empezamos por hallar los intervalos de conmutación, ya que así programaremos nuestro PWM. 𝑇=

1 1 = 25𝑢𝑠 = 𝑓 40000

𝑡1 = 𝑘𝑇 =

0.625 = 15.625𝑢𝑠 40000

𝑡2 = (1 − 𝑘)𝑇 =

0.625 = 15.625𝑢𝑠 40000

Luego calculamos los valores mínimos de capacitancia e inductancia que se deben utilizar. Rizado de corriente: Este mismo estará presente en la corriente que pasa por el inductor, normalmente no es muy utilizada más que para calcular el tamaño del inductor con el cual queremos trabajar, esta influye más en caso de querer realizar una realimentación del sistema por medio de la corriente.

ΔI = (1-k)kVin / (fL) Ahora el valor mínimo del inductor que se desea utilizar, viene dado por la siguiente ecuación, en donde se debe colocar el máximo valor de rizado de corriente que se debe permitir en el sistema. 𝐿𝑚 = 𝑳𝒎 =

𝑉𝑖𝑛 4 ∗ 𝑓 ∗ Δ𝐼M

𝟒𝟖 = 𝟔𝟎𝒖𝑯 𝟒 ∗ 𝟒𝟎 ∗ 𝟏𝟎𝟑 ∗ 𝟓

Rizado de Voltaje: Este rizado estará presente en la salida de nuestro circuito, siempre se buscara minimizarlo, debido a que muchos equipos no permiten voltajes con altas variaciones, el mismo es inversamente proporcional a la frecuencia de conmutación, el valor del inductor y del capacitor.

ΔV = Vink(1-k) / 8LCf Al igual que antes, siempre va a haber un valor mínimo de capacitor para que se cumpla ese rizado, el cual vendrá dado por la siguiente ecuación: 𝐶𝑚 = 𝑪𝒎 =

𝑉𝑖𝑛 32 ∗ 𝐿𝑚 ∗ 𝑓 2 ∗ Δ𝑉M 𝟒𝟖

𝟑𝟐 ∗ 𝟔𝟎 ∗ 𝟏𝟎−𝟔

∗ 𝟒𝟎𝟎𝟎𝟎𝟐 ∗ 𝟎. 𝟐

= 𝟕𝟖. 𝟏𝟐𝟓𝒖𝑭

Calculando R: 𝑹=

𝟑𝟎 𝑽𝟎 = = 𝟏. 𝟒𝟔𝟑𝟒 𝑰𝟎 𝟐𝟎. 𝟓

Con los valores de L, C y R procedemos a realizar la simulación. Nuestro circuito queda de la siguiente forma:

Luego nos piden las gráficas de:

1. Tensión en de entrada E, Tensión de la carga Vo, tensión en el diodo VD, corriente de carga Io y corriente por el inductor IL. Grafica de E y V0:

Para el intervalo de 1.3ms a 1.5ms

Para el diodo:

Para la corriente I0:

Para el inductor:

2. Tensión en la carga mostrando el valor del rizado de tensión

Para el punto máximo: Vmax = 30.11v Para el punto mínimo: Vmin = 29.83v Entonces el rizado de la tensión será:

Δ𝑉

= Vmax − Vmin = 30.11 − 29.83 = 0.28v

3. Corriente por el inductor mostrando en rizado de corriente

Para el punto máximo: Imax = 22.89 A. Para el punto mínimo: Imin = 18.06 A. Entonces el rizado de la corriente del inductor será:

Δ𝐼

= Imax − Imin = 22.89 − 18.06 = 4.83A

4. Tensión por el inductor y su valor medio

Su valor medio será:

5. Tensión por el condensador y su valor medio (Obtenga el valor medio mediante Fourier)

Usando Fourier para hallar el valor medio:

6. Corriente de la fuente E y su valor medio

Su valor medio será:

7. Calcule la eficiencia Utilizamos la gráfica de la tensión y corriente de entrada:

Obtenemos los valores de S y P:

S = 779.01 VA

P = 613.93 W

n% =

P 𝑆

613.93 ∗ 100% =

779.01

∗ 100% = 78.81%

CIRCUITO 2 Convertidor DC-DC elevador de tensión (Boost Converter)

Datos: Voltaje de entrada: 𝑬 = 𝑽𝒔 = 𝟓 𝑽 Voltaje de salida: 𝑽𝟎 = 𝟏𝟓 𝑽 Corriente de carga: 𝑰𝟎 = 𝟎. 𝟓 𝑨 Ciclo útil: 𝒌 = 𝟎. 𝟔𝟗𝟓 Rp = 0.1 Ω, L = 150 uH, C = 220 uF Frecuencia de conmutación: 𝒇𝒔𝒘 = 𝟐𝟓 𝒌𝑯𝒛

Se sabe que: 𝑅=

V0 15 = 30Ω = 𝐼0 0.5

A continuación, se calculan los valores de ∆𝑽𝟎 y ∆𝒊𝑳; si se tiene el valor de la inductancia y el ciclo útil

𝛥𝐼 =

0.695 𝑉𝑆 𝐾 = 0.927𝐴 =5∗ 𝑓𝐿 25 ∗ 103 ∗ 150 ∗ 10−6

Podemos calcular ∆𝑽𝟎, de la siguiente fórmula; si se tiene la capacitancia y el ciclo útil: 𝛥𝑉0 =

𝐼𝑎 𝐾 0.695 = 0.0631𝑉 = 0.5 ∗ 3 𝑓𝐶 25 ∗ 10 ∗ 220 ∗ 10−6

Simulando el circuito respectivo:

1. Tensión de entrada E, Tensión de la carga Vo, tensión en el transistor, corriente de carga Io y corriente por el inductor IL.

Fig. Tensión de entrada del circuito

Fig.Tensión de entrada y tensión de la carga

Fig. Tensión de entrada, de la carga y tensión del transistor

Fig. Corriente de la carga

Fig. Corriente deinductor L

2. Tensión en la carga mostrando el valor del rizado de tensión

Fig . Rizado de tensión de la carga

Restando y1 y y2 obtenemos el rizado de tensión ∆𝑉𝑜 = 0.0632

3. Corriente en el Inductor

Fig. Valor medio de la corriente por el inductor

4. Tensión por el condensador

Fig. Rizado de voltaje en el condensador

Fig. Valor medio de la tensión en el condensador

𝑉𝐶 = 15.16 𝑉

5. Corriente de la fuente E y su valor medio

Fig. Corriente de la fuente E

Valor medio de la corriente de la fuente E mediante el análisis interactivo:

Fig. Valor medio de la corriente de la fuente E

6. Eficiencia de los resultados de simulación Se sabe:

𝑛=

𝑃𝑆 𝑥100% 𝑃𝐸

𝑛=

8 𝑥100% 8.7

𝑛 = 92%

Conclusiones:  Para el caso del switch podemos usar un IGBT o un FET, en el caso de nuestra simulación, optamos por usar el MOSFET.  Los convertidores DC/DC son circuitos que controlan el flujo de energía entre dos sistemas de corriente continua.  El convertidor reductor es un convertidor de potencia que obtiene a su salida un voltaje continúo regulado menor o igual que su entrada.  Las frecuencias muy altas en este conversor DC/DC reductor dañaran a los dispositivos debido a las perdidas dinámicas de los mismos.  El valor de la bobina será calculado de acuerdo a las ecuaciones ya mostradas en esta práctica por lo que, si se cambia la frecuencia, cambiará el filtro y por lo tanto el valor de la L.  Cuando el conversor DC/DC reductor no trabaje en conducción continua se debe aumentar el filtro.  Con el interruptor cerrado la tensión en el inductor es VL = Vi – Vo y la corriente aumenta linealmente. El diodo esta en inversa por lo que no fluye corriente por él.

Recomendaciones:  Se utilizará un transistor como interruptor debido a la frecuencia alta que se necesita para obtener el filtro pequeño.  Dimensionar correctamente los elementos puesto que el transistor debe soportar la tensión máxima cuando esta desactivado y la corriente máxima cuando está activado.  Es necesario utilizar un optotransistor para proteger a nuestro microcontrolador ya que tienen una velocidad de conmutación mayor.

Participantes:       

NAVARRO SOLANO JOHANN…………..participó RONDINELLI JAVIER MARIA ISABEL……….participó GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ JORGE YSAEL …..participó GALINDO HUAMANI BRYAN……………participó PRADINETT RODRIGUEZ BRANDO…….participó SOLIS VILCACHAGUA FRANCO…………..participó SALAZAR MATOS DENIS …………….participó...