ConvEstat Prep 3

 

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA DEPARTAMENTO DE AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL

LABORATORIO DE:

CONVERSORES ESTÁTICOS

INFORME

PREPARATORIO

Realizado por Alumno(s): Andrés D. Ron S. 

Jueves 16-18

Grupo:

Práctica #: 03 #: 03 Tema:

RETARDO EN LA CONMUTACIÓN DE UN CONVERSOR AC-DC MONOFÁSICO SEMICONTROLADO

Fecha de Entrega  Entrega 08/10/2009

--------------------------------------------f : Recibido por

Semestre: Septiembre 2009 - Feb Febrero rero 2010 

.

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS PREPARATORIO PREPARA TORIO Nº 0 03 3 TEMA: RETARDO EN LA CONMUTACIÓN DE UN CONVERSOR AC-DC MONOFÁSICO SEMICONTROLADO  SEMICONTROLADO  OBJETIVOS: Estudiar el retardo en la conmutación que se produce en los conversores AC-DC y sus efectos tanto en la carga como en la red de alimentación. TRABAJO PREPARATORIO 1.  1.  Realizar el análisis teórico completo del conversor AC/DC monofásico semicontrolado. Establecer las relaciones de P, S, fp y fpd y además las relaciones que permitan evaluar los efectos de la operación de los conversores en la red como: ángulo de traslape, voltajes por pedidas, voltajes de salida, etc.

T1

T2

Ls -169/169V Carga

60 Hz

Ls

D1

Análisis sin Considerar Traslape: 1  

V d  V d 

 

2

P

v  i   

P

1  

P  S

V f 

cos( wt  )

2   V f 

V d 

P

V f   s  se en wt  dwt  

2

2

1

 

cos(   )  

Vf  I   se  sen n wt  dwt  

V d  I  DC    2

V f 

I 

1

cos(   )  

I  rms   V rms  

I   rm rmss

2

  1

Andrés D. Ron S.

2

I  dwt  

D2

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

I   rms

  I 

2

I   rms

2

 

I 

 

1

 S V f  I 

 

1

Q V  I     se  sen 1

 A

I  cos wt  dwt 

1

I 

 A

 se  sen w   t 

1

 

I 

2

1

B

  2

1

 A

v ,i 

1

I  cos wt  dwt   

 se  sen wt 

 s  se en

2

 

2

1

I   s  se en wt  dwt 

1

I   se  sen n wt  dwt   

I  B B

2 1

2

  fp

I 

1

cos    wt 

cos wt 

cos

1

 

V f  I 

 sen  se n  

2

P    S Vf  I 

cos

1

 

Vf  I 

1

2

  fp

cos

B   C  1

  fpd    fp d  cos  

vi 

1

  fpd    fp d 

  fpd    fp d 

 

2

2

  fp

 

 A

1

Q

2

1

Q V 

 

cos

1

1

cos

2

1

cos

2

Análisis con Traslape: Andrés D. Ron S.

 

 

1

 

 

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

Ls

Carga Ls

V  A

 

2

V f   se  sen n wt   

di a V x    dt 

L  s

V  A

di a   dt 

Vx  L  s V x  V  A

di a

2

 

  2

 

Ls

1

dt  2

dt  i a

V  A

di a   dt  2

Vf   se  sen wt  dt  

Ls

V f  cos wt  k    2 w  Ls  

Condiciones de Frontera: wt  0

V f  cos 2 w  Ls

k 

V f  cos   2 w  Ls

i a

  i a

k   

 

cos  wt  cos V f  2 w  Ls

Condiciones de Frontera: wt 

  i a

V f  cos 2 w  Ls

I  cos

cos

0 

0

cos

Andrés D. Ron S.

2

cos

I  w  L s   Vf  cos

 

I  w  L s   Vf 

2

cos

1

cos

I   

0

1 

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

Reducción del Voltaje Medio: 1

V du

 

2   V f 

V du

cos

2

 2

V d 

V f   s  se en wt  dwt  

2

V f 

2

 

0

V d 

0

Vd 

cos(   )  

1

2

V du V d 

cos

cos

0

0

Vdu   Vdu  

V d 

0

0

cos

4

cos  

1

2

V du V d 

V d 

cos

1

2

V du

 

4

Vdu Vd u Vd  V d  V du

cos

2

2

 

cos

cos

 

4

0

 

 

2

cos

cos

2.  2.  Calcular los parámetros establecidos en el literal anterior, en base a los valores de: Ventrada= 120 V o  Icarga = 0.5 A o  o  Vo = 100 V o  L1 = L2 = 0.1 mH o  Transformador: 100 kVA, 120 VLL, Zpu=3% Carga altamente inductiva o 

%    Z  V rms rms

L ST 

2

V d 

3

 

K VA w  2 

2

10

 

L 

3

60 H z 

 

H   

 16 .2

L ST    0.1m H   16 .2 H    1

  0.1162mH 

100V 

 

 2

100

cos

 

10

2 100 K V A 2

L ST 

L S

2

0.03 120

L ST 

L S L S

2

54.019

31.66 

Andrés D. Ron S.

 

1 

120V 

1

cos(   )  

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

V f 

2

P

I 

2 120V 

P

P

cos(   )  

1

0.5 A

1   cos( 31.66 

 )  

  50W    2

Q Q

Q

V f  I   sen  se n   120V  0.5 A  sen  se n 31.66    2

2

2

14   .176 VA VAR R

 S V f  I 

 

 

1

 

 S

120V  0.5  A

 S

 54.5VA

cos

2

  fp

 

 

1

cos 0.55

0.55

  fp

0.55

 

2

  fp

1

 

0.9175  

 

2

cos 0.55

  fpd    fp d 

  fpd 

1

cos

  fpd    fp d 

1

2

 

0.962  

cos

2

cos

cos 0.55

cos 0.55

V du V du

Vdu Vd u

I  w  L s   V f    2 0.5 A 60  2

2   V f 

cos

2

2 120V  2

120

cos

 

cos 31.66 

 6 .955mV    2   V f 

Andrés D. Ron S.

0.116 mH 

 

0.0281

V d 

1

1

cos( 

 )  

cos

31.66 

0.0281

 

 

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

V d 

Vd 

  V  2 120   99.986 V 

cos( 31.66   

1

0.0281 )

 

 

3.  3.  Realizar la simulación del circuito a implementar en la práctica y presentar las formas de o onda nda de voltaje y corriente obtenidas en la simulación estableciendo el ángulo de traslape.

V1 -120/120V

60 Hz

V2 0/15V

V3 0/15V

59.9 Hz

59.9 Hz

SCR1 L2 T106D1 0.116mH

SCR2 T106D1 R1 1k

L3 0.116mH

L1 100mH

D2 1N4007

D1 1N4007

Voltaje en la Línea  A: scr1_1

 125.0 V

 100.0 V

 75.00 V

 50.00 V

 25.00 V

 0.000 V

-25.00 V  0  0..000ms

5.000ms

10.00ms

15.00ms

20.00ms

25.00ms

30.00ms

35.00ms

40.00ms

45.00ms

Voltaje en la carga para α=30     A: v2_1

 22.50 V

 17.50 V  12.50 V

 7.500 V

 2.500 V

-2.500 V

-7.500 V  0.  0.000ms

 A: v3_1

10.00ms

20.00ms

30.00ms

40.00ms

50.00ms

60.00ms

10.00ms

20.00ms

30.00ms

40.00ms

50.00ms

60.00ms

70.00ms

80.00ms

90.00ms

 22.50 V

 17.50 V

 12.50 V

 7.500 V

 2.500 V

-2.500 V

-7.500 V  0.  0.000ms

70.00ms

Corrientes de Activación de los Tiristores

Andrés D. Ron S.

80.00ms

90.00ms

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

4.  4.  Diseñar y traer armado el conversor AC/DC monofásico semicontrolado con los valores establecidos en el literal 4.2. El diseño debe incluir el circuito de contr control. ol. R1 R5 D1

D2 R2

-169/169V P

Dz 60 Hz

Q1 2N2646 C1 D3

D4

R3

Se diseña un oscilador de relajación por medio de un UJT. Se ha seleccionado para este propósito el 2N2646 con las siguientes características: 2N2646

  IE(P)= 1uA

o

E(V)= 6mA    I0.56 < < 0.75 VEB1(SAT)= 3.5V o 

o

o

V p  V D V z   Vp 0.6 V    0.6  Vp  9.6 V   

15V   

Angulo de Disparo: 20 360 360 20

16.67 16.67ms ms x = 0.9259ms 0.9259ms

360 360 160

P=0

16.67 16.67ms ms x = 7.4074ms 7.4074ms

Asumo: C 

  0.1

 

t min  R 5 C  ln 0.9259ms

R

R

 

 

10 K 

Para α = 160

t max

5

V z  Vv    Vz  V p

0 .1

F   ln

15V 

3.5V 

15V 

9.6 V 

 

R

5

12605.36 

 

 

P   R 5 C  ln

7 .4074ms

Andrés D. Ron S.

P = Pmax 

F   

Para α = 20

5

 

< α < 160

P

10 K 

Vz  Vv    V z  Vp 0. 1

F    ln

15V 

3.5V 

15V 

9.6 V 

P

87988.21

 

 

LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS

P

  100K 

  Por criterios de diseño R 2

R

2

 y R 3

1K 

 

  10

  R 3 se escoge:

100

 

Para Rz=R1, se ha seleccionado el Diodo Zener 1N4744 donde I ZM=61mA:  

R

1

R

1

R

1

2

V f  V z    I z 

2 120V    15V  61mA

   2.7 K 

2536 .16 

 

  1

PR

 

2

PR

1

Iz  R

1

  61mA

2

2.7 

K   

 10.46 W   

El circuito de Potencia en la parte del puente lo conforma el SCR TIC-106D

Bibliografía: Alberto Martín Pernía. Protección eléctrica de semiconductores. semiconductores. UNIVERSIDAD DE OVIEDO http://search.datasheetcatalog.net/key/BUT92 HART, Daniel W. Electrónica de Potencia. Potencia. Prentice Hall. España 2001

Andrés D. Ron S.