Simulaciones Fuente Conmutada Clase Cfinal

Andres manuel

UNIVERSIDAD DE LA SALLE - SIMULACIONES CONVERSORES DC/DC _ Clase C

1. Objetivo a. Analizar un conversor CC/CC clase C con carga RLV. b. Verificar su funcionamiento 2. Objetivos generales a. Calcular los valores de corriente y tensión en cada uno de los elementos del circuito. b. Determinar las formas de onda en corriente y tensión sobre la carga. 3. Teoría En este punto de debe describir el funcionamiento de la clase C, se debe ilustrar con el esquema del circuito y de las formas de onda de tensión y corriente, y desarrollar todos los cálculos pedidos en el problema planteado.

3.1.Corriente máxima por la bobina: R

−T ON E−V E−V L I L ( MAX )= + I L ( MIN )− ×e R R

(

)

3.2.Corriente mínima en la bobina: R

− ( T−T ON ) V V L I L ( MIN )=− + I L ( MAX ) + ×e R R

(

)

Sustituyendo las dos ecuaciones anteriores obtenemos:

Andres manuel


4. Plan de trabajo 4.1.Planteamiento del problema Tenemos una chopper clase C, calcule: a. El valor de la tensión y la corriente media sobre la carga b. Corriente mínima y máxima sobre la carga c. Rizado de la intensidad en la carga d. Determine el ciclo de trabajo δ para que la fuente trabaje únicamente en el primer cuadrante. e. Determine el ciclo de trabajo δ para que la fuente trabaje únicamente en el segundo cuadrante. Los valores a tener en cuenta:

E=110 V ; R=1Ω ; L=20 µH ; F=20 KHz ; V =48 V ; δ=0.5 4.2. Etapas del proceso:

4.2.1. Elabore el informe de esta práctica, en un documento de texto en formato Word teniendo en cuenta los parámetros establecidos en el formato informe. En este informe no si incluirán datos tomados con el osciloscopio ni datos tomados con el multímetro, se van a llevar a las tablas correspondientes los datos calculados y los tomados con el simulador. 4.2.2. Simule el circuito en ORCAD teniendo en cuenta los valores dados en el planteamiento del problema y elabore un diagrama de tiempos donde se observen las señales pedidas en el problema, acotadas en magnitud y tiempo. 4.2.3. Lleve los resultados calculados y simulados a la tabla 1.


Andres manuel

R=1 Ω L=20 μH E=110 V F=20 KHz T δ= ON =0.5 T V =48 V

T=

1 f

T=

1 20 kHz

T =50 μs

δ=

T ON T

Ton=δ∗T

Ton=0.5 T Ton=0.5 ( 50 μs ) Ton=25 μS

(

Imax=

E ∗ 1−e R

−TON∗ R L

) −

−T∗ R L

(1−e )

V R

(

−( 25 )

( 1101ΩV ) 1−e

Imax=

I max=37.5 A

( 120Ω)

1Ω −( 50 ) 20

1−e

( )

)

−

48 V 1Ω


Andres manuel

(

ILmin=

E ∗e R

(e

TON∗R L

T∗R L

−1

−1

) −

)

V R

110 V Imin= 1Ω

(

)

(

e e

( 25 ) 1 Ω 20

( )−1

1Ω ( 50 ) 20

( )−1

)

−

48 v 1Ω

I min=−23,5 A I (¿ ¿ max−I min ) 2 Idc=¿ Idc=

(37.5 A+(−23,5 A)) 2

Idc=7 A

Vdc=

T ON ∗E T

Vdc=0.5∗110 V Vdc=55V

Con carga RLV

Valores calculados

Valores tomados en el simulador

110V

110 V

Corriente

37.50 A

34.5 A

Corriente

-23.50 A

-21.85

Potencia

385 W

429.2 W

Voltaje de entrada

E

I max

I min PE


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Potencia

385 W

446.94 W

Rendimiento

100%

104 %

0.025 ms

0.025 ms

Corriente media

7A

7.8 A

Voltaje medio

55V

57.3 V

Po η

Tiempo

T ON

I avg

V avg

Tabla 1

4.2.4. Simule el circuito en ORCAD teniendo en cuenta que el ciclo útil ( para que la fuente trabaje en el primer cuadrante. 4.2.5. Lleve los resultados calculados y simulados a la tabla 2.

TON∗R L

(

ILmin=

E ∗e R

(e

T∗R L

(

E ∗e R

(e

(e

V ∗e E

−

−1

−1

TON ∗R L

)

)

TON∗R L

TON∗R L

(

−1

T∗R L

E∗( e

−1

) ≥

)

V R

−1 ) ≥V ∗( e

) ≥ ( VE ∗( e

T ∗R L

V ≥0 R

)

−1 +1

¿ ln ⁡¿ TON∗R ≥¿ L

T∗R L

T∗R L

))

−1

−1 +1

)

δ

) a utilizar


Andres manuel

(

L V TON ≥ ∗(ln ⁡( ∗ e R E

T∗ R L

)

−1 +1))

(

20 µH 48 TON ≥ ∗( ln ⁡( ∗e 1 110

50∗1 20

)

−1 + 1))

TON ≥35.4 µS

Fuente conmutada clase C con carga inductiva. R=1 Ω L=20 μH E=110 V F=20 KHz T δ= ON =0.5 T V =48 V

δ=

T ON T

δ=

34.4 50

δ=0.7

T=

1 f

T=

1 20 kHz

T =50 μs Ton=34.4 μS

(

Imax=

E ∗ 1−e R

−TON∗ R L

−T∗ R L

(1−e )

) −

V R


Andres manuel

(

−( 34.4)

( 1101ΩV ) 1−e

Imax=

(120Ω )

1−e

)

−

1Ω − ( 50 ) 20

( )

48 V 1Ω

I max=51 . 44 A

(

ILmin=

E ∗e R

(e

TON∗R L

T∗R L

−1

−1

)

Imin=

) −

V R

(

( 1101 ΩV ) e

( 34.4 )

e

( 120Ω)−1

1Ω ( 50 ) 20

( )−1

)

−

48 v 1Ω

I min=−0.028 A

I ¿ max−I (¿ min ) 2 Idc=¿ Idc=

(51.44 A+(−0.028 A )) 2

Idc=25 . 7 9 A

Vdc=

T ON ∗E T

Vdc=0.7∗110 V Vdc=77 V

Con carga RLV Voltaje de entrada

E

Valores calculados

110 V


109.2 V


Andres manuel

Corriente

51.44 A

48.7 A

Corriente

-0.028 A

-2.009

Potencia

1978.9 W

1903.3 W

Potencia

1978.9 W

1874.22 W

100 %

98.47 %

35.42 us

35 ms

25.7 A

24.9 A

77 V

75.27 V

I max I min

PE Po

Rendimiento

η

Tiempo

T ON

Corriente media

I avg

Voltaje medio

V avg

Tabla 2. 4.2.6. Simule el circuito de en ORCAD teniendo en cuenta que el ciclo útil ( utilizar para que la fuente trabaje en el segundo cuadrante. 4.2.7. Lleve los resultados calculados y simulados a la tabla 3.

(

Imax=

E ∗ 1−e R

−TON∗ R L

) −

−T∗ R L

(1−e ) (

E ∗ 1−e R

(1−e

V R

−TON∗R L

−T∗R L

(

E∗ 1−e

)

−TON∗ R L

−T∗R L

( 1−e ) E∗( 1−e

−TON∗R L

) ≤

V R

) ≤V −T∗ R L

) ≤V (1−e )

δ

)a


Andres manuel −TON∗R L

(e

) ≤−(( VE ( 1−e

(

−T∗R L

(

))−1)

−TON∗R V ≤ ln(1− 1−e L E

(

−T∗R

(

V (1− 1−e L E ln ¿ L TON ≤− ¿ R

(

(

−T∗R L

)))

)))

−50∗1

))

48 1−e 20 ) 110 ln ¿ 20 µH TON ≤− ¿ 1

(1−

TON ≤10.23 µS

Fuente conmutada clase C con carga inductiva. R=1 Ω L=20 μH E=110 V F=20 KHz T δ= ON =0.5 T V =48 V

δ=

T ON T

δ=

10.23 50

δ=0.20

T=

1 f


Andres manuel

T=

1 20 kHz

T =50 μs Ton=10.23 μS

(

Imax=

E ∗ 1−e R

−TON∗ R L

) −

−T∗ R L

(1−e )

V R

(

−( 10.23 )

( 1101ΩV ) 1−e

Imax=

( 120Ω)

1Ω −( 50 ) 20

1−e

( )

)

−

48 V 1Ω

I max=−0.016 A

(

ILmin=

E ∗e R

(e

TON∗R L

T∗R L

−1

−1

)

Imin=

) −

V R

I min=−41.43 A

I (¿ ¿ max−I min ) 2 Idc=¿ Idc=

(−0.016 A)+(−41.43 A) 2

Idc=−20 .72 A

(

( 1101 ΩV ) e

( 10.23 )

e

(120Ω )−1

1Ω ( 50 ) 20

( )−1

)

−

48 v 1Ω


Andres manuel

Vdc=

T ON ∗E T

Vdc=0.20∗110 V Vdc=22.50 V

Con carga RLV Voltaje de entrada

Valores calculados


110 V

110 V

Corriente

-0.0168 A

851.127mA

Corriente

-41.43 A

-37.35 A

Potencia

455.84 W

442.22 W

Potencia

455.87 W

510.138 W

100%

115%

Tiempo

10.23 us

10 us

Corriente media

-20.72 A

-20.1 V

Voltaje medio

22.50 V

25.38 V

E

I max I min

PE Po

Rendimiento

η

T ON

I avg

V avg

Tabla 3

5. Informe de resultados En esta práctica pudimos observar como la fuente clase C puede comportarse como una clase A o clase B dependiendo del ciclo útil al cual sea calculado lo cual se puede evidenciar en las tres tablas anteriores. Los resultados obtenidos de forma teórica son muy similares a los simulados lo que nos indica que el circuito implementado cumplió con los requerimientos de la práctica. 6. Conclusiones

Andres manuel 


Observamos que en en clase A la corriente mínima es igual cero lo que nos indica que está trabajando en el primer cuadrante.  Sincronizar adecuadamente los generadores y los demás elementos del circuito proporcionan gran validez en los datos esperados de la simulación.  Para una fuente clase B observamos como la corriente máxima se hace cero indicándonos que esta trabaja en el cuarto cuadrante.  Tuvimos en cuenta la información proporcionada por los datasheets de los elementos para no exceder sus condiciones nominales y obtener los resultados esperados. 7. Bibliografía 8. Anexo 1: Punto 1.

Andres manuel

Corriente min y max


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Tensión avg.

Corriente avg.


Andres manuel

Punto 2.


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Corriente max y corriente min

Tensión avg.


Andres manuel

Corriente avg.

Punto3.


Andres manuel

Tensión de salida


Andres manuel Corriente max y min.

Tensión avg.

Corriente avg.


Andres manuel


9. Anexo 2: En esta sección se incluye únicamente los resultados obtenidos de las mediciones con el osciloscopio, como son formas de onda, magnitudes. Estas formas de onda se deben tomar del osciloscopio con una USB y traerlas al informe. 10. Anexo 3: En esta sección se incluye únicamente los datasheet de los elementos utilizados en la práctica, como, por ejemplo, sensores, resistencias especiales, diodos, transistores, SCR, etc. 11. Anexo 4: En esta sección se incluye únicamente los ejecutables de las simulaciones de las etapas de potencia y de control. Con respecto a los programas en C desarrollados para los controladores cuando se utilizan PIC’s, se deben incluir en un bloc de notas el listado del código debidamente comentado en cada una de sus instrucciones y en otro bloc de notas el código hexadecimal de cada programa.

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