Trabajo Colaborativo Dos

TRABAJO COLABORATIVO DOS

ALUMNO: DANIEL ENRIQUE SEGURA SUAREZ CÓDIGO: 1.057.581.885 JUAN CARLOS LAZO JIMENEZ CÓDIGO: 1.056.801.049

INGENIERO JIMMY ROCHA

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA 31 DE MAYO 2014

JUSTIFICACIÓN

Diseñar simular un conversor DC/AC trifásico con un voltaje de entrada de 24 VDC y un voltaje de salida de 220 VAC, con una potencia mínima de salida de 500 W y una frecuencia de salida de 50 Hz. La propuesta debe incluir el diseño e implementación de los circuitos de mando. Aplicando lo estudiado en el curso.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y simular un conversor DC/AC trifásico que cumpla con los requerimientos de la guía, realizando el diseño y simulación de las diferentes etapas que requiera el conversor.

CONCEPTOS PREVIOS Un rectificador trifásico o convertidor trifásico: Es un dispositivo electrónico capaz de convertir una corriente alterna de entrada en una corriente continua de salida, mediante dispositivos semiconductores capaces de manejar grandes potencias como diodos, tiristores, válvulas de mercurio (usados hace más de 100 años), entre otros. El rectificador trifásico cumple con la misma función que un rectificador monofásico, con la diferencia que estos rectificadores son alimentados por fuentes trifásicas, por lo que son más eficientes y pueden manejar grandes potencias, ya que en su salida presentan menor rizado de la señal. Son utilizados principalmente en la industria para producir voltajes y corrientes continuos que generalmente impulsan cargas de gran potencia, como motores DC. A pesar que estos rectificadores presentan menos rizo que un rectificador convencional, en muchas aplicaciones el factor de potencia y la distorsión armónica total de la línea se ven afectados, es por ello que se requiere el uso de filtros de armónicos. Una de las aplicaciones en donde se presenta este fenómeno, es en los enlaces de transmisión de alto voltaje (HVDC), en donde las estaciones de conversión cuentan con filtros de armónicos que reducen la distorsión en la señal que producen los convertidores, para que sea transmitida con calidad y no se introduzcan perturbaciones a la red eléctrica.

LISTA DE MATERIALES El circuito de control es totalmente analógico. Elementos • • • • • • • • • • • • • •

12 diodos 1N4004 6 PC817. 6 MOC3021. 6 TYN612 (600V-12A). 12 resistores de 1k de 0.25W. 6 resistores de 760 de 0.25W. 6 resistores de 500 de 0.25W. 6 Resistores de 15K 6W. 6 transistores 2N3904. 6 capacitores de 4.7uF de 16V. 2 LM324 (solo se usan 6 de los 8 que traen los integrados). 1 Potenciómetro de 10k. 1 Fuente de 12 voltios. Una carga resistiva.

DIAGRAMA EN BLOQUES

Este diagrama de bloques del variador nos da la noción de cómo podemos implementar una solución al problema dado, lo único que tendríamos que descartar seria la etapa de rectificación.

PLANO ESQUEMÁTICO

DESARROLLO DE LAS PARTES DEL PROYECTO Y ADECUACIÓN DE PROTOTIPO FINAL Rectificador Trifásico Controlado

Este tipo de rectificador permite variar el voltaje promedio de salida, empleando para su funcionamiento tiristores de potencia con los cuales se puede variar el ángulo de disparo y por ende la potencia entregada a la carga. Los tiristores se disparan a un intervalo de π/3.La frecuencia del rizo de voltaje en la salida es seis veces la frecuencia de la fuente de entrada (6fs), y el filtrado resulta menos complejo en comparación con el de los convertidores de media onda ya que este presenta menos rizo en el voltaje de salida. Cuando wt=(π/6+α), el tiristor T6 ya está conduciendo, y el tiristor TI se activa. Durante el intervalo (π/6+α) ≤ wt ≤ (π/2+α), los tiristores TI y T6 conducen y aparece el voltaje de línea a línea Vab = Van - Vbn a través de la carga. Cuando

wt =(π/2+α), se dispara el tiristor T2 y de inmediato el tiristor T6 se polariza en sentido inverso. T6 se desactiva por conmutación natural. Durante el intervalo (π/2+α)≤ wt ≤(5π/6+α) conducen los tiristores TI y T2 Y aparece el voltaje de línea a línea Vac a través de la carga. Si se numeran los tiristores como se indica en la figura del circuito rectificador trifásico controlado, la secuencia de disparo es 1-2,23,3-4,4-5,5-6 y 6-1. El voltaje promedio de salida se puede determinar mediante:

Donde α es el ángulo de disparo El valor rms del voltaje de salida está dado por:

Secuencia de disparo La secuencia de disparo es la siguiente: •

•

Generar un pulso de señal en el cruce del voltaje de fase Van con cero. Retardar el pulso en el ángulo deseado (α + π/6) y aplicarlo a las terminales de compuerta y cátodo de T1 a través de un circuito excitador de compuerta. Generar cinco pulsos más, cada uno retardado π/6 respecto al anterior, para disparar T2, T3,..., T6, respectivamente, mediante circuitos excitadores de compuerta

Rectificador trifásico de doce pulsos Un puente trifásico produce un voltaje de salida de seis pulsos. Para aplicaciones con grandes potencias, como por ejemplo transmisión de cd de alto voltaje (HVDC), y para impulsores de cd para motores, se requiere en general una salida de 12 pulsos para reducir los rizos en la salida, y para aumentar las frecuencias de los mismos. Se pueden combinar dos puentes de 6 pulsos, sea en serie o en paralelo, para producir una salida con 12 pulsos efectivos. Para el circuito del convertidor se puede obtener un desplazamiento de fase de 30° entre los devanados secundarios, conectando un secundario en estrella (Y) y el otro en delta (Δ). Con este rectificador se puede llevar a cabo una reducción mayor de armónicos de salida, que en un rectificador de 6 pulsos. Mediante una conexión en serie la tensión total de salida es la suma de las salidas de los dos puentes de 6 pulsos. Los ángulos de disparo de los puentes suelen ser iguales.

Ventajas Entre las ventajas que presenta el rectificador de 12 pulsos con respecto al convertidor de 6 pulsos tenemos: •

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Tiene un total de 12 transiciones para cada periodo del generador de alterna, dado que se produce una transición entre los tiristores en conducción cada 30º. La salida presenta frecuencias armónicas que son múltiplos de 12 veces la frecuencia del generador (12k, k = 1, 2, 3…). El filtrado necesario para generar una salida de corriente continua, relativamente pura, es menos costoso que el necesario para el rectificador de 6 pulsos.

Diseño

Señal de salida de un Rectificador Trifásico para diferentes valores de alfa para carga resistiva:

Las diferencias entre un rectificador trifásico Semicontrolado y un rectificador trifásico totalmente controlado son las siguientes:  

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El máximo alfa en un Semicontrolado es de 180 grados, en cambio el máximo alfa en un Totalmente controlado es de 120 grados. En un Semicontrolado el control solo realiza un disparo, es decir siempre había uno que corría por cuenta de los diodos y uno que corría por cuenta del control, en el caso del totalmente controlado el control debe realizar dos disparos simultáneos, uno para un tiristor superior y uno para un tiristor inferior. El control en un totalmente controlado es más complejo, ya sea por aumento del tamaño del circuito si el control es analógico, o uso de un algoritmo más complejo si se usa micro controlador

Es prácticamente montar dos veces el control de un Semicontrolado. La idea es tener señales con un alfa posible de 180 grados, y que máximo puedan llevarse a un alfa de 120 grados. Deben ser 6 señales y debe haber un desfase de 60 grados entre cada señal. El siguiente circuito muestra el control para la parte positiva de la fase A, es decir para el tiristor con el cátodo hacia fuera de donde se conecta la fase A. De acuerdo al valor que se le ponga al potenciómetro se debe colocar una resistencia Rx que limite el alfa a 120 grados, además cabe recordar que solo es un potenciómetro que ira conectador a todos los comparadores y solo una Rx.

Para generar la señal de control para la parte negativa de la fase A basta con realizar otro montaje igual, pero intercambiando las fases de entrada que ingresan al opto acoplador, es decir en vez de ser Fase A-Fase C, será Fase C-Fase A. En esta tabla queda resumido como deben ir las señales de entrada y que fase y que parte controlan.

Se debe recordar que estas señales no se pueden enviar directamente a los scrs, sino que deben ser acopladas por medio de opto acopladores u otro dispositivo. NOTA Se debe tener mucho cuidado en que la señal no salga invertida del dispositivo que acople. La razón para que las señales de control tengan un rango de hasta 180 grados, pero solo manejen un alfa hasta 120 grados, es que se debe cumplir la condición de que deben haber al menos dos tiristores conduciendo. A continuación se realizara una comparación entre señales de control que tengan un rango de 120 grados y las señales que generan el circuito anterior que tienen un rango de 180 grados. Se realizara un análisis para un valor de alfa de 90 grados.

En este grafico el amarillo más el negro indican el rango de valor de alfa que puede ser alcanzado, en las primeras señales de control se observa que es de 120 grados, en las segundas señales de control se observa que es de 180 grados. El alfa en el grafico tiene un valor de 90 grados, se observa en la división entre el amarillo y el gris. En las señales de control de 120 grados se observa que la parte gris de las señales (que indica el pulso) nunca se solapa con otra, y la norma dicta que deben habar por lo menos dos tiristores (uno superior y uno inferior) con señal de control en uno para que haya algún voltaje en la salida, esto muestra que las primeras señales de control solo sirven para un control de alfa limitado a 60 grados, de 60 grados a 120 grados no funciona. En cambio en las señales de control de 180 grados se observa un solapamiento entre las zonas grises de control, lo cual indica un funcionamiento, que va desde un valor de alfa de 0 grados a 120 grados. Al realizar un análisis minucioso de la gráfica se observara que la señal de salida tendrá la forma correcta también. Lo anterior explica porque se necesitan señales de control con un rango de la fa de hasta 180 grados, pero con un alfa limitado a 120 grados, además si por alguna razón se intenta llevar a un alfa mayor a 120 grados, no funcionaria, ya que no habría solapamiento entre señales de control.

PROTOTIPO

CONCLUSIONES

Atraves de la realización de este trabajo podemos ver que la aplicación más común la observamos en los variadores de velocidad de los motores ya que ellos se prestan para una gran gama de procesos.

CIBERGRAFIA

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http://industria.yoreparo.com/electronica_industrial/diseno-de-un-inversortrifasico-dcac-t252122.html http://es.wikipedia.org/wiki/Inversor_trif%C3%A1sico http://es.scribd.com/doc/189343396/Rectificador-trifasico