Introduccion Troceadores

8/15/2019 Introduccion Troceadores

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CONVERTIDORES DC-DC

TROCEADORES-CHOPPERS

En muchas aplicaciones se dispone de una fuente decorriente continua de magnitud constante (banco debaterías de un montacargas) y se requiere una tensión DCaria!"e (variación de la velocidad del motor DC de

tracción o el accionamiento de la bomba del sistemahidráulico del montacargas).


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CONVERTIDORES DC-DCTROCEADORES-CHOPPERS

En otras aplicaciones se rectifica "a tensión a"terna de "a

red de media tensión por medio de puentes rectificadoresde esta manera se establece una red de corriente continua!

a partir de la cual se genera una tensión DC aria!"e cone" fin de regu"ar "a e"ocidad o e" par de motores de

corriente continua a tra#s de troceadores (tracciónel"ctrica de maquinarias).

$%

$&

$' RECTI(ICADOR TROCEADOR

(I$TRO $C )OTOR DC


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CONVERTIDORES DC-DC


#a transformación de una tensión continua de magnitudconstante en una tensión continua pulsante de magnitud

promedio variable se reali$a mediante TROCEADORES *CHOPPERS +,

Vo"tae D

C

constante

Vo"tae DC

aria!"e

Vo"tae troceado

VV


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)ETODOS DE VARIACION DE$ VO$TA.E DE SA$IDA DE /N TROCEADOR

1.- ton variable y T constante (Modulación de ancho de pulso)

2.- ton constante y T variable (Modulación de frecuencia)

3.- Combinación de modulación de ancho de pulso y frecuencia


V


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TCONSTANTE

)OD/$ACION DE$ ANCHO DE$ P/$SO

Pu"se 0it1 )odu"ation *P0)+

t

Vo"tae Promedio *VDC+


6/122




TCONSTANTE t





7/122




TCONSTANTE t





8/122




TCONSTANTE t





9/122




TCONSTANTE t





10/122


%

&

Vo

io


11/122

Operación en e" primer cuadrante

'n motor DC puede operar en marcha directa y marcha

inversa.

Durante el proceso de arranque y marcha directa de"

motor DC! el voltae y corriente de armadura son ambospositivos normalmente se conoce este funcionamiento del

motor como operación motora directa o operación en e"primer cuadrante,

El troceador que opera el motor bao estas condiciones sedenomina 2Troceador de un cuadrante3 o tambi"n2Troceador c"ase A3



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4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV

0)(0)( 00 >∧> t it v

5iro en e" sentido de"as maneci""as de" re"o


13/122



4

-

io

o

TROCEADOR

CHOPPER

0)(0)( 00 >∧> t it v


$a

Ra

Ea

⇒> 0a

E


14/122



Vo

io

III

IVIII

0)(0)(00

>∧> t it v


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Operación en e" segundo cuadrante

Durante el proceso de frenado directo el voltae de

armadura sigue siendo positivo y la corriente de armadura

es negativa esta operación es denominada 2frenadoregeneratio3 o 6operación en e" segundo cuadrante7,

El troceador que opera el motor bao estas condiciones se

denomina 2Troceador c"ase 83,



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4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV


0)(0)( 00 t it v E" motor sea frenando


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4

-

io

o

TROCEADOR

CHOPPER

0)(0)( 00 t it v

E" motor se

a frenado

$a

Ra

Ea

⇒→ 0a

E

000

→⇒<a

E i

$a fem Ea de" motorentrega energ9a a "a!ater9a de" troceador

6(renado regeneratio7


18/122



Vo

io

III

IVIII

0)(0)(00

t it v


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Operación en dos cuadrantes *I : II+

'n troceador puede disearse para operar tanto en el

primer cuadrante como en el segundo cuadrante! y se

denomina 2troceador c"ase C3,

Con el troceador c"ase C el motor de corriente continuapuede operar girando en un solo sentido y frenar de

manera regenerativa *frenado regeneratio+; esto es laenergía cin"tica (velocidad) que posee el motor DC esta

cuantificada por la fem de armadura (Ea). * medida que el

motor va frenando (disminuyendo su velocidad (+m))!

disminuye simultáneamente la fem de armadura Ea

(Ea,-m/f+m)



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Operación en e" primero : segundo cuadrante *I : II+


Vo

io

III

IVIII

0)(0)(00

t it v 0)(0)(00

>∧> t it v

Troceador C"ase C


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(renado regeneratio con e" troceador c"ase C



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Operación con e" troceador c"ase C


0)()(0)(00 ==∧= t it it v

a

4

-

io

o

TROCEADORC$ASE C

V

)otor en estado dereposo

ia

E" contactor de armadura

Esta desactiiado

i!


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0)(0)()(0)(00

>∧>=∧> t it it it vba

4

-

io

o

TROCEADORC$ASE C

V

E" motor inicia su giroen e" sentido de "asmaneci""as de" re"o

ia

Se actia e" contactor de armadura : seaumenta progresiamente e" o"tae de

sa"ida de" troceador c"ase C

i!

Opera en e" primercuadrante


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0)(0)()(0)(00


4

-

io

o

TROCEADOR

C$ASE C

V

E" motor a"can


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0)(0)()(0)(00


4

-

io

o

TROCEADOR

C$ASE C

V

E" motor comien


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0)(0)()(0)(00


4

-

io

o

TROCEADOR

C$ASE C

V

E" motor continuadisminu:endo "a

e"ocidad

ia

E" troceador continua con e" proceso defrenado regeneratio

i!

Opera en e" primercuadrante


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0)(0)()(0)(00


28/122



0)(0)()(0)(00


29/122



0)(0)()(0)(00


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0)(0)()(0)(00

=∧==∧> t it it it vba

4

-

io

o

TROCEADOR

C$ASE C

V

E" motor se detienecomp"etamente

ia

Se desactia e" proceso de frenado de"troceador

i!

Opera en e"segundo

cuadrante


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(renado no regeneratio con e" troceador c"ase A



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0)()(0)(00 >=∧> t it it v

a

4

-

io

o

TROCEADOR

CHOPPER

C$ASE A

V


R

ia

Se actia e" contactor dearmadura : se arranca e" motor

DC


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0)(0)(0)(00 →∴→⇒→ t it it v

a

4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV


R

ia

Se inicia e" proceso de frenado a tra#sde" troceador? 1aciendo =ue e" o"tae de

sa"ida se 1aga cero


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0)(0)(0)(00 =∴=⇒= t it it v

a

4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV

E" motor sigue girandoen e" sentido de "asmaneci""as de" re"o

R

ia

Cuando "a corriente de armadura se 1acecero podemos desactiar e" contactor de

armadura : cerrar e" contactor de frenado


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0)(0)(0)(00 mico? noregeneratio

R

ia

$a fem Ea de" motor genera unacorriente en "a resistencia R *Ia@+


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0)(0)(0)(00 =⇒=∧= t it it v

a

4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV

Toda "a energ9a cin#tica de"motor se 1a disipado en "a

resistencia de frenado R

R

ia

E" motor se 1a detenidocomp"etamente


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0)(0)(0)(00 =⇒=∧= t it it v

a

4

-

io

oTROCEADOR

CHOPPERV

Se a!re e" contactor defrenado : e" troceador c"ase A

esta "isto para un nueoarran ue de" motor DC

R

ia

E" motor se 1a detenidocomp"etamente


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Operación en e" tercer : cuarto cuadrante *III : IV+

0ótese que en un troceador c"ase C se puede inertir "ostermina"es de sa"ida de" troceador ! de esta manera elmotor girara en sentido inerso y frenararegenerativamente en ese sentido. Claramente estaremos

operando en el tercer y cuarto cuadrante.

1bs"rvese que el troceador clase C! lo podemos usar para

que opere solamente en el / y // cuadrante o tambi"n usarlo

2nicamente para que opere en el /// y /3 cuadrante.



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Operación en e" tercer : cuarto cuadrante *III : IV+


Vo

io

III

IVIII

0)(0)(00

∧< t it v

Troceador C"ase C


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Vo

io

III

IVIII

C/ADRANTES DE OPERACION

OPERACIBN

)OTORA ENSENTIDO DIRECTO

OPERACIBN

)OTORA ENSENTIDO INVERSO

(RENADO

RE5ENERATIVO ENSENTIDO DIRECTO

(RENADO

RE5ENERATIVO ENSENTIDO INVERSO


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RES/)EN

4i *dquirimos un troceador clase * lo podemos operar

so"amente en el primer cuadrante (operación motora ensentido directo) o nicamente en el tercer cuadrante(operación motora en el sentido inverso).

El troceador clase * no tiene funciones de frenado

regenerativo! so"o puede operar en un cuadrante (o en elprimer cuadrante o en el tercer cuadrante)



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RES/)EN

4i *dquirimos un troceador clase C lo podemos operar

so"amente en el primer y segundo cuadrantes o2nicamente en el tercer y cuarto cuadrantes.

Esto es! el troceador clase C permite acción motora en unsolo sentido y frenado regenerativo en ese mismo sentido

(o solo el sentido directo o solo el sentido inverso).



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RES/)EN

Esta claro tambi"n que es factible la adquisición de un

troceador que opere en "os cuatro cuadrantes este tipode troceador es conocido como troceador c"ase E,

El troceador clase E tiene la capacidad de accionar el motor

DC en los dos sentidos de rotación y frenar

regenerativamente en los dos sentidos.




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TROCEADORES CHOPPERS

Vo*t+

io*t+

Vo*t+

io*t+

Vo*t+

io*t+

C$ASE A C$ASE 8 C$ASE C

Vo*t+

io*t+

Vo*t+

io*t+

Vo*t+

io*t+

C$ASE A C$ASE 8 C$ASE C

C$ASI(ICACION


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Vo*t+

io*t+

Vo*t+

io*t+

C$ASE D

C$ASE E

C$ASI(ICACION


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C$ASE A Vo*t+

io*t+

C$ASE A


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C$ASE 8 Vo*t+

io*t+

C$ASE 8


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C$ASE C Vo*t+

io*t+

C$ASE C


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C$ASE DVo*t+

io*t+

C$ASE D

V *t+


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C$ASE E

Vo*t+

io*t+

C$ASE E


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I58T7s para e" diseo de troceadores


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53/122




54/122




55/122




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T t PRI/S '%


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To:ota PRI/S '%


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Diagrama genera" de" To:ota PRI/S '%

Poer Contro" /nit *PC/+


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Poer Contro" /nit *PC/+


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Circuito contro"ador : amp"ificador de "as compuertas de "osI58T7s tanto de" Conertidor DC-DC como de "os dosInersores de "a /nidad de Contro" de Potencia *PC/+


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E"ementos de potencia I58T7s tanto de" Conertidor DC-DCcomo de "os dos Inersores de "a /nidad de Contro" de

Potencia *PC/+


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$%

$&

$'

RECTI(ICADOR TROCEADOR(I$TRO $C )OTOR DCESTA8I$IFADOR

TROCEADOR C$ASE C CON ESG/E)A DE(RENADO NO RE5ENERATIVO )EDIANTE E$TROCEADOR C$ASE A G/E ESTA8I$IFA E$

VO$TA.E DE $A 8ARRA DC

Troceador

C"ase A

Troceador

C"ase C

4i en la entrada del sistema se utili$a un rectificador trifásico no

controlado de onda completa (tipo puente o de seis pulsos) en base


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controlado de onda completa (tipo puente o de seis pulsos) en base

de seis diodos rectificadores (o un modulo trifásico 2nico)! es claro

que se tienen las siguientes observaciones5

#a ventaa de utili$ar el puente de diodos rectificadores es que elfactor de potencia en la entrada del sistema es cercano a la unidad

lo que no ocurre si se utili$a un rectificador controlado.

#a desventaa obvia es que el sistema no puede transferir potencia

desde la barra DC hacia la fuente de alimentación trifásica en laentrada.

Cuando se frena el motor mediante el troceador clase C! la energía

del motor es transferida hacia la barra DC! haciendo que el

condensador aumente el voltae de la barra de manera peligrosa.

El troceador clase * debe actuar! disipando la energía de frenado

del motor en la resistencia en forma de calor (frenado no

regenerativo) de tal manera que se estabilice el voltae de la barra

DC (se mantenga constante).

RECTI(ICADOR

NO CONTRO$ADO TROCEADOR

C$ASE C(I$TRO $C )OTOR DC


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$%

$&

$'

C$ASE C

RECTI(ICADOR

CONTRO$ADO

TROCEADOR C$ASE C CON ESG/E)ADE (RENADO RE5ENERATIVO

)EDIANTE E$ RECTI(ICADORTRI(ASICO TOTA$)ENTE

CONTRO$ADO OPERANDO EN E$)ODO INVERSOR PARA ESTA8I$IFAR

E$ VO$TA.E DE $A 8ARRA DC


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'na variante para estabili$ar el voltae de la barra DC durante el proceso de

frenado del motor mediante el troceador clase C (operando en el segundo

cuadrante) es utili$ar un rectificador trifásico controlado tipo puente (seis4C6s).

El rectificador opera en el modo inversor (alfa mayor a 78 grados) enviando

la energía adicional (visuali$ada por un aumento de voltae del

condensador) de la barra hacia la red trifásica de alimentación.

El rectificador esta conectado en anti paralelo con el rectificador trifásico no

controlado para que se pueda manear la energía regenerada por el motor

durante el proceso de frenado.

El rectificador trifásico controlado por fase (control del ángulo de disparo) se

disea con una capacidad de maneo de potencia inferior a la del

rectificador trifásico no controlado! debido a que el valor de la corriente 694

regenerativa es pequea y el tiempo de frenado relativamente corto



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Sistema de contro" de e"ocidad

Circuito de contro" de "os I58T7s?Conertidor de Potencia

*Troceador+ : carga *)otor DC+

O!etio de estudio de "aE"ectrónica de potencia



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Conertidor de Potencia *Troceador+

Carga *)otor DC+Circuito de contro"

de "os I58T7s?

Sistema de contro" de e"ocidad

O!etio de estudio de "a

E"ectrónica de potencia



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)otor DC de ecitación separada



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)otores DC



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C/RTIS Permanent )agnet DC )otor Contro"

)ode" %''&? %''J : %''K

Hand1e"d Programmer

K-%% A'L-&M V -%'J A

'L-&M V %-' A'L-L V

)icroprocessor!ased mode"s



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AP$ICACIONES


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AP$ICACIONES

CONVERTIDORES DC-DC


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CONVERTIDORES DC DC


Es verdad que en aplicaciones de tracción de vehículosel"ctricos! el troceador impulsa un motor de corriente

continua de e:citación serie o de e:citación separada y

todos sabemos que el motor DC esta siendo reempla$ado

por motores *C! especialmente por motores trifásicos de

inducción con aula de ardilla accionados por INVERSORES,

;ero no es menos cierto que nuestro sector productiotiene actua"mente una gran cantidad de ap"icaciones controceadores y mas importante aun es que todo lossistemas modernos de alimentación de los sistemas

electrónicos están basados en topologías convertidoras que

usan el troceador como elemento fundamental de su

estructura.


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TRO$E8/SES


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TRO$E8/SESE=uipos con regu"ación por troceadores,

< 'tili$ados desde finales de los =8>s

Principio< 6egulación del voltae promedio a

trav"s de elementos electrónicos de

potencia< 4e necesitan contactores

Troceador < Desarrollado utili$ando Electrónica

de ;otencia (tiristores! @?1 e /@A?)< Elevado consumo el"ctrico

Ace"eración de" e1icu"o


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TRO$E8/SESE=uipos con regu"ación por troceadores,

Ventaas< *horro considerable de electricidad< 9ínimo mantenimiento del troceador

< ;osibilidad de frenado regenerativo

< 1peración suave del vehiculo

Desentaas< 4e requiere mantenimiento del motor

DC y los contactores

< Construcción abierta del motor DC

riesgo de deterioro en las condiciones

de aislamiento de los devanados

TRO$E8/SES


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TRO$E8/SESE=uipos con inersores de o"tae

Principio


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E=uipos con inersores de o"tae

< 'tili$ado desde los 78Bs Principio< Considerable ahorro de electricidad

< renado regenerativo


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TRO$E8/S G/ITO


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TRO$E8/SES G/ITOESG/E)A OR5ANIFACIONA$


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ESG/E)A OR5ANIFACIONA$

CONVERTIDORES DC-DC


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;osteriormente veremos que en el campo de aplicación de

los troceadores están "as fuentes conmutadas en a"ta

frecuencia? donde entre la salida y la carga se inserta un!"o=ue de fi"trado *fi"tro $C+ para eliminar lascomponentes alternas de la salida del troceador y la

componente continua aplicarla a cargas activas (sistemas

electrónicos)

Vo"tae troceado*DC+4*AC+ Vo"tae *DC+Vo"tae *DC+


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4

-

oTROCEADOR

i!

(I$TRO CAR5A

V V

QV

CONVERTIDORES DC-DC


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#as configuraciones básicas de las fuentes conmutadas en

alta frecuencia (S+itch )ode Po+er Supply%S)PS) semuestran en la figura siguiente.

En el elemento de conmutación (914E?) de todas lasconfiguraciones se utili$a el principio de 9odulación por

*ncho de ;ulso (Pulse 0ith )odulation%P0)).

#a frecuencia de troceo del elemento de conmutación!

generalmente es constante (entre 8 y 88 -h$)

CONVERTIDORES DC-DC(uentes conmutadas en a"ta frecuencia


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CONVERTIDORES DC-DC


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El CP/ (;rocesador) utili$ado en servidores ycomputadores de escritorio tales como el Inte" Pentium L?Qeon o A)D K! requieren corrientes de 1asta Mamperios con voltaes de salida de % Vo"tio y lo que es mascritico con respuestas transitorias del orden de los J Aus,

;ara estas aplicaciones los diseadotes prefieren utili$ar

topologías de convertidores de fases m2ltiples sincroni$adas. #a parte constitutiva fundamental del diseo

es precisamente un TROCEADORTROCEADOR clase * con )odulaciónde Ancho de Pulso (Pulsed 0ith )odulation%P0)).

(uentes conmutadas en a"ta frecuencia


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&-P1ase S:nc1ronous P0) Contro""er IC Proides anIntegrated So"ution for Inte" VR) , Design 5uide"ines

(uentes conmutadas en a"ta frecuencia


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e!ales de salida de los tres troceadores

)OS(ET7s


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Contro"ador

P0)sincroni


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TROCEADORES-CHOPPERS(uentes conmutadas en a"ta frecuencia


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Troceador

Entrada DC

Sa"ida DC

(i"tro $C

# f i d t


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#a frecuencia de troceo

es de F -h$

$)'JKJ-JCout


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IND/CTOR *$%+DIODO

SHOTU*D%+

THURECTOR

SISTE)A DE CONTRO$PARA PESA.E SCA$E

SUSTE)S 5SE-&J


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A"t d 1i "


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*lternador enfriado por agua (uente5 Aosch ;ress)

A"ternadores para e1icu"os


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)oderno sistema de regu"ación de o"tae de "a !ater9a de unauto

;ara prevenir que la batería sea sobrecargada el


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;ara prevenir que la batería sea sobrecargada! el

sistema de regulación de voltae deberá mantener el

voltae de las baterías ;lomo%acido por debao del nivel

de gasificación.

'n nivel de voltae de G. &H% I se ha utili$ado

tradicionalmente para todos los sistemas de carga de

voltios. Es vital un e:acto control de voltae medianteel uso de sistemas electrónicos lo que inclusive ha

permitido el uso de baterías selladas y la posibilidad de

sobrecarga es mínima.

El m"todo de control de la$o cerrado! que sensa el

voltae de salida e incrementa el voltae del rotor si la

salida es baa o lo disminuye si la salida es demasiado

alta


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TroceadorC"ase A

Rectificador

trif>sico tota"mentecontro"ado


(renado de motores de inducción


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Introduccion Troceadores