f.rectificacióntrifásicacontrolada

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Objetivo: Diseñar y construir una fuente regulada de voltaje de CD y Protecciones, que opere en un rango de voltaje controlado de 0 a 220 VCD, y que pueda ser utilizada para alimentación de sistemas de control o de cualquier carga a utilizar.

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Power Electronics Rectifier

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Page 1: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Objetivo:

Diseñar y construir una fuente regulada de voltaje de CD y Protecciones, que opere en un rango de voltaje controlado de 0 a 220 VCD, y que pueda ser utilizada para alimentación de sistemas de control o de cualquier carga a utilizar.

Page 2: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Introducción:

Las fuentes reguladas de voltaje de CD tienen una gran aplicación como elemento actuante en sistemas de control industrial, en la regulación de velocidad de motores y generadores de CD, sistemas de temperatura y como fuentes de alimentación en planteles educativos.

Page 3: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Planteamiento del Problema:

Las fuentes reguladas de voltaje pueden ser construidas con elementos de estado sólido para proporcionar un voltaje variable controlado, ya sea de corriente directa o de corriente alterna.

Page 4: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Planteamiento del Problema

Las fuentes reguladas de voltaje de CD pueden diseñarse a partir de una fuente de corriente alterna, tales como, rectificadores controlados, o de una fuente de corriente directa, como los troceadores.

Page 5: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Hipótesis:

Con los conocimientos teóricos y prácticos de un estudiante de octavo semestre de las carreras de Ing. Eléctrica y Electrónica es posible diseñar y construir una fuente regulada de voltaje de CD y protecciones.

Page 6: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Razones y Justificaciones:

Este proyecto surge de la necesidad de contar con una fuente de voltaje de CD regulada, para satisfacer la demanda de este tipo de dispositivos en la realización de prácticas dentro de los laboratorios de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de las Instituciones de educación superior y media superior del país.

Page 7: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Rectificador Trifásico SemiControlado

Salida

D1R

eact

or

Rea

cto

r

Rea

cto

r

A B C

R

C

R

C

TH1

Page 8: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Circuito de Control

El circuito de control para el disparo de SCR’s está basado en el control del ángulo por el método de comparación por coseno.

Page 9: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Diseño del Transformador de Sincronía

Page 10: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Requerimientos:

V1 = 220 Vca.V2 = 10 V (con derivación central).

V3 = 12 V. I2 = 200 mA.(Sincronía)

I3 = 2 A. (Fuente) B = 1 Wb/

Resultados de diseño: Aútil = 5.5

N1 = 1501 vueltas N2 = 36 vueltasN3 = 86 vueltas

2cm

2m

Page 11: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Transformador de Sincronía

5 VmaxA COS A

- COS A

5 VmaxB COS B

- COS B

5 VmaxC COS C

- COS C

ALIMENTACIÓN220 VCA rms

a 4 hilos

Page 12: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Generador de Impulsos de Control

Q1

Q2

+V

DisparoFase AR2

R4

R5

R3

R1

R1

+

-

+

-

COS A

COS C

V Referencia

COS B

Oscilador

D

Page 13: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Sistema de Control Automático

Parámetros

del sistema

Page 14: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Diagrama equivalente del motor

a

T(t) w(t)

va

Ra La

egia

Ja

Page 15: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Ecuaciones eléctricas y mecánicas del motor

aa

aa

a

aa

NdtdN

JTm

ikT

NkEg

Egdtdia

LaiRVa

1

Page 16: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Función de transferencia del motor:

1)()(

1

sTk

sVsN

m

m

e

a

Page 17: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Gráfica de aceleración del motorConstante de tiempo eléctrica del motor

63.2%

m1

90 V

m1 = 0.428 Seg. 63.2% :. 56.88 V

Page 18: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Gráfica de desaceleración del motor

Constante de tiempo mecánica del motor90 V

36.8 %

Tm t0V

Tm = 1.469 Seg. 36.8 % :. 33.12 V

Page 19: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Ganancia del rectificador semi-controlado:

Generador de pulsos de control

V

Vcc

Salida

D1

Rea

cto

r

Rea

cto

r

Rea

cto

r

A B C

R

C

R

C

TH1

Page 20: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Ganancia del Rectificador

Voltaje del Rectificador

AVrectificador

AVoltaje de control

2V

60V

0V

Voltaje de control

Ka= AVrectificador/ AVcont = 42.28

Page 21: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Ganancia del tacogeneradorRPM

Volts2V

1000Avel

Av

Kv = Av / Avel. :. Kv = 10.648 mV · Seg / Rad

Page 22: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Parámetros obtenidos

Ra = 7Ω

La = 70 mH

Tm = Ja/βa = 1.469 seg.

Tm1 = 0.428 seg.

Page 23: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Rectificador semi - controlado

Ka = Ganancia del rectificadorKa = 42.28

Transductor

Kv = Ganancia del transductorKv =10.648 mVseg./rad

Page 24: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Diagrama de bloques para seleccionar el controlador

+ _ KaVe(s)

Kv

Gc(s) ++

T(s)

Kmtm 1 s + 1

E(s) Na(s)

Page 25: f.rectificacióntrifásicacontrolada

El sistema debe cumplir con las siguientes condiciones:

ess = 0Ve(s) = V / ST(s) = 1 / SECUACIÓN CARACTERÍSTICA COMPLETA Y CON SIGNOS POSITIVOS

Page 26: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Diagrama de bloques con el controlador P + I

+_

Ka

Ve(s)

Kv

Na(s)

Kp(1 + )

1

tis

Km

t m1s + 1

N sV s

Ks

K K K Ks K K K K

K K K K

a

e

m

i m

m v a p

i m v a p i

m v a p

( )( ) ( )

1

21

Page 27: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Controlador P+I

A1

A2

A3

R2

R

R1

CR3

R

R

Entrada alcontrolador

Salida delcontrolador

Page 28: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 29: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 30: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 31: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 32: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 33: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Page 34: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Respuesta del sistema a lazo cerrado

T1 T2 T3 T4

Referencia

Velocidad

Control

T1 T2 T3 T4

Page 35: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Circuito de Arranque y Paro

R1

R2

Q1

R4

Q3

R6

CR2

R7

SW1

CR1

R8

Q4

R5

Q2R3

SEÑAL 1

SEÑAL 3

SEÑAL 2

CR1

PB2 PB3

PB1

CR2

L1

L2

L3

+V +V

PB1 (Sello)PB2 (Paro)PB3 (Arranque)

Page 36: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Circuito de Protección Contra Sobrecorriente

+

-

-

+

-

+

TC

R

R1

R

R

RR2

-

+

R

R-

+

-

+

R

R

R

R6

P1

R7

Señal 3

R5R4 R3

C

R

D1

D2

+V

Page 37: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Circuito de Protección contra Pérdida de Fase

R1

R2

A

B

C

TH1

Señal 1

C R

-V

+V

Page 38: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Protección Contra Pérdida de Excitación de Campo

A

220 Vcc

TH2

+V

R2R1DZ

Señal 21:100

Campo

Page 39: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Conclusiones y Resultados

La primera etapa de la fuente reguladora de voltaje de CD, que es el diseño e implementación del puente rectificador semi-controlado trifásico y protecciones, cumplen con los datos de diseño especificados.

Page 40: f.rectificacióntrifásicacontrolada

Impacto Social

La aplicación de la fuente de voltaje regulada de CD y protecciones en los laboratorios de ingeniería eléctrica y electrónica, es muy importante en la realizacion de prácticas como apoyo didáctico, así como en la industria en los sistemas de control autómatico.

Page 41: f.rectificacióntrifásicacontrolada

GRACIAS POR SU ATENCIÓN