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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER SANTANDER ESCUELA
DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA,
LECTRÓNICA Y DE DE TELECOMUNICACIONES ELECTRÓNICA Y Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto
B. Modulación por ancho ancho de pulso (PWM) (PWM)
INF"!: FIN
Abstract — the power electronics electronics is beginning to play an important role in our life with the whole issue of renewable energy because so far we can collect this energy through devices that provide us with DC currents. But many times the power provided is not enough to power loads, so use DC-DC converters to increase or decrease the voltage levels, in this case study was an elevator. For the case study is need to have a constant voltage to the converter output, for this I will apply control. It all started with theoretical theoretical analyes analyes that were brought to the practice and progress gradually modify calculations to obtain e!pected.
Palabras clave — convertidor DC-DC, pwm, regulador de volta"e, control proporcional. proporcional.
I. I N!"#$%%I&N %omo el nombre lo indica un con'ertidor #%(#% ele'ador, es un aparto de la electr)nica de potencia *ue sir'e para ele'ar tensiones tensiones en ni'eles ni'eles de corriente corriente continua continua +#%, este tipo de sistemas se pueden considerar como los trans-ormadores de la #%. ste tipo de con-i/uraciones se 'ale de boninas, diodos transi transisto store ress +estos +estos ltimo ltimoss utiliz utilizado adoss como como inter interrup ruptor tores es electr)nicos. ara lo/rar el ob3eti'o de un con'ertidor es necesario 3u/ar con el tiempo de operaci)n del transistor. e ten5 ten5aa *ue *ue /ene /enera rarr el 'o 'olt lta3 a3ee *u *uee alim alimen enta taba ba el con'ertidor, por esto se tu'o *ue inda/ar sobre *ue m6todo era me3or. or medio de este documento nos damos la tarea de e7plicar c)mo -ue el proceso de dise8o construcci)n del con'ertidor de todo lo *ue adem9s los inte/raba, para mantener una tensi)n constante en la salida.
sta etapa es importante a *ue por medio de ella es *ue se esta establ blec ecee *u *uee tens tensi) i)nn se pu pued edee ob obte tene nerr a la sali salida da del del con'ertidor. %omo a se sabe los con'ertidores #%(#%, -uncionan al traba3ar durante un ciclo estar desconectados en otro ciclo durante un periodo, esto se lo/ra inectando un tren de se8ales rectan/ulares con una -recuencia o periodo especi-ico a un interr interrupt uptor or electr electr)ni )nico, co, el interr interrupt uptor or electr electr)ni )nico co es un transistor. ara ara la cons constr truc ucci ci)n )n del del p;m p;m se in'e in'est sti/ i/ar aron on 'ari 'arias as topolo/5as, entre las m9s caracter5sticas caracter5sticas estaba la construcci)n por medio de ampli-icadores operacionales +"<:, +"<:, tambi6n se encontr) una con un circuito inte/rado ===, seleccionamos esta ltima a *ue es m9s -9cil de implementar ocupa menos espacio en cuanto a circuito por lo tanto son menos costos.
Fi/ura . %ircuito a implementar implementar para el p;m.
l par9 par9me metr troo a tene tenerr en cuent cuentaa en esta esta etap etapaa es la -rec -recue uenc ncia ia del del pu puls lso. o. ara ara esto esto bast bastaa con con camb cambia iarr el potenci)metro el condensador %1, icimos los si/uientes arre/los tratando de buscar una -recuencia maor de 20 ?@AzB
#$%&'CI()&%* $ +
C$'D&'/0D$ *
F*&C1&'CI 0
II. !"%#I:IN" A. Generación
.
C. Interrupt Interruptor or electró electrónico nico (Tr (Transis ansistor tor Mosfe Mosfet) t)
or la 'elocidad de conmutaci)n los 'alores pe*ue8os de 'olta3e, 'olta3e, se eli/e eli/e un transistor transistor :"F. :"F. n el circuito, circuito, el interruptor soporta una tensi)n transitoria de 2C.C= ?DB, *ue ser9 la m9s des-a'orab des-a'orable. le. e eli/e un :"F *ue soporte soporte esta tensi)n. La corriente m97ima por el interruptor es de
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0.2= ?
se encuentran en el libro #aniel Aart, lectr)nica de otencia. (%ap5tulo .%on'ertidores #%(#%. ar9metros del con'ertidor
•
Vs= 8 [ V ] Vo=16 [ V ] f =26 [ KHz ] R=282 [ Ω ] %alculo del ciclo de traba3o +#E
•
D=1 −
V s V 0
Fi/ura 10. %aracter5stica del transistor :os-et.
n los ane7os se muestra las simulaciones para los 'alores descritos anteriormente.
D=1 −
< este transistor, entra la se8al *ue el p;m manda, por la compuerta *ue es la pata 1, as5 'amos enlazando nuestros componentes. l drenador se pone a la parte m9s positi'a del circuito del con'ertidor, el surtidor 'a a tierra.
D=0.5
8 16
D= 50
%alculo de la inductancia m5nima +LE
•
D. Convertidor elevador
D∗( 1− D ) ∗ R Lmin = 2∗ f 2
sta es la parte m9s importante de todo el circuito, es la planta *ue se *uiere controlar.
O .5∗(1 − 0.5 ) ∗282 2
Lmin =
3
2∗26∗10
Lmin =680 [ μH ] Fi/ura 11. %on'ertidor ele'ador.
ara esta inductancia se encontr) 'alor comercial. %alculo del condensador m5nimoE
•
ara el dise8o de esta parte se tiene *ue acer una serie de c9lculos, los cuales nos dar9n la inductancia, el condensador *ue se tendr9 *ue utilizar, el monta3e *ue se realizo -ue el de la -i/ura 11. %laramente se obser'a un interruptor, este es el *ue se describi) arriba en la parte %. ambi6n *uedaron establecidos al/unos par9metros como la -recuencia *ue es la *ue proporciona el p;m, descrito en la parte la tensi)n de entrada *ue es la *ue nos da el /enerador, descrito en la parte <. se establece la tensi)n de salida la car/a. Hodos estos c9lculos -ueron ecos con las ecuaciones *ue
e estableci) un rizado en la tensi)n de salida del 1K ∆ V 0 V 0
C =
=
1 = 0.01
D R∗f ∗∆ V 0 V 0
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C =
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0.5 3
282∗26∗10
∗0.01
C =6.9 [ μF ] ste 'alor de condensador no se encontr) comercialmente, por lo tanto toco acer un arre/lo en paralelo de uno de 4. ?MFB uno de 2.2 ?MFB. •
%ar/a
Fi/ura 1.#ia/rama de blo*ues del sistema controlado.
La se8al de salida, , corresponde a la salida del con'ertidor. La se8al de re-erencia, r, corresponde a la tensi)n deseada.
•
#iodo
•
Implementaci)n -5sica
Fi/ura . %on'ertidor ele'ador implementado en laboratorio.
Calculo de la inductancion4
La se8al de error, e, corresponde a la di-erencia entre la se8al de re-erencia la se8al de salida. La se8al de control, u, corresponde al 'olta3e producido por el controlador para disminuir o anular el error. i la se8al de error es positi'a indica *ue la re-erencia es maor *ue la salida real, entonces el controlador coloca un 'olta3e positi'o al motor para *ue contine /irando asta minimizar o anular el error. i por el contrario la se8al de error resulta ne/ati'a indica *ue la salida sobrepas) la re-erencia entonces el controlador debe poner un 'olta3e ne/ati'o para *ue el motor /ire en sentido contrario asta minimizar o anular el error. l controlador implementado -ue un proporcional, a continuacion mostramos el es*uema del circuitoE
.
Controlador
Aasta el momento todo lo *ue se tiene arriba es el circuito del con'ertidor como tal, es decir se tiene el lazo abierto, pero c)mo se le 'a a aplicar controlO, a *ue el ob3eti'o es, *ue al conectar m9s car/a o *uitarle, la tensi)n de salida D0, sea constante. l controlador *ue se implement) en nuestro caso, -ue controlar el con'ertidor por anco de pulso, para mantener la tensi)n constante, tambi6n se pudo aber eco controlando la -recuencia, pero lle'a m9s traba3o. erminando el controlador realiment9ndolo a se tendr5a el lazo cerrado. ara controlar el anco de pulso, se tiene *ue 'ariar el potenci)metro del p;m, es por esto *ue nos 'alimos de la se/unda pr9ctica de laboratorio, donde se encuentra un controlador proporcional, este -ue el *ue implementamos, por medio del acople de un motor al potenci)metro del p;m.
Fi/ura 14.%ircuito a implementar para el controlador Laz o cerrado del con'ertidor.
%onsta de tres ampli-icadores operacionales de un circuito de potencia para alimentar el motor. #e iz*uierda a dereca consta de 2 etapas, la se/unda etapa a su 'ez se di'ide en tres partesE La primera es el sumador, el cual a su salida nos da la se8al de error +e, lo *ue ace es la di-erencia de los 'olta3es de entradas +aplicados a los terminales 2, *ue en nuestro caso ser9n la re-erencia, r, la salida del con'ertidor. #e la se8al de re-erencia resta la del con'ertidor.
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La ltima parte de la se/unda etapa es el ampli-icador de potencia, a *ue la se8al *ue da el ampli-icador es mu pe*ue8a para mo'er el motor, es necesario ampli-icarla, esto lo lo/ramos con dos transistores uno npn un pnp.
Fi/ura 1=.rimera etapa controlador(
Fi/ura 1C.e/unda etapa controlador(
La se/unda etapa es el
l circuito montado en laboratorio -ue el si/uienteE
Fi/ura .%ircuito implementado para controlador.
Fi/ura 1.se/unda etapa controlador(ensi)n de salida ne/ati'a.
e puede apreciar *ue el 'olta3e de salida, Do, es i/ual al 'olta3e de entrada, Di, ampli-icado !2P!1 'eces, pero con polaridad in'ersa. ara corre/ir la polaridad se debe emplear otro ampli-icador in'ersor, en cascada, con /anancia i/ual a 1, es decir, con !2 Q !1
!.
III. %"N%L$I"N •
•
Fi/ura 1.e/unda etapa controlador(ensi)n de salida positi'a.
La idea de esta etapa es ampli-icar la se8al de error.
Convertidor DC"DC levador (#a$o cerrado)
•
#ise8ar un con'ertidor te)ricamente es -9cil, pero en la pr9ctica todo cambia, se tiene *ue aterrizar 'alores calculados te)ricamente lle'arlos a 'alores comerciales, para no tener incon'enientes as5 poder desarrollar los prototipos. raba3ando en lazo abierto el con'ertidor tiene un ran/o de ciclo de traba3o maor, cuando conectamos el controlador cerramos el lazo realimentando la entrada, este ran/o de ciclo de traba3o se disminue. or e-ectos de p6rdidas en los elementos utilizados, no se puede obtener la tensi)n deseada
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para el ciclo de traba3o establecido. ambi6n a *ue 'er los conductores *ue utilizamos a la ora de interconectar los elementos en las distintas etapas, en la maor5a de los casos se de3an m9s lar/os de lo normal esto /enera p6rdidas. •
•
•
controlador proporcional, el cual en una primera etapa es bueno.
