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POTENCIA

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by

Silvia Ximena

on 4 January 2013

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Transcript of POTENCIA

JONATHAN CAMPO JAIMES
CÓDIGO: 1090299
LEIDDY ASTRID CARDENAZ
CÓDIGO:1090117
SILVIA NAVARRO AMADO
CÓDIGO:1090383
OSCAR DANIEL RAMIREZ HERNANDEZ
CÓDIGO: 1090302 CONVERTIDORES RESONANTES CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC CONTROL MODO DISCONTINUO TOPOLOGIA TIPO PUENTE CONVERTIDORES RESONANTES Inversor resonante tipo semi-puente completo en serie Inversor resonante tipo puente completo en serie TOPOLOGÍA TIPO PUENTE El control de potencia en un convertidor resonante se puede lograr  moviendo la frecuencia de conmutación arriba y hacia abajo la parte empinada de la impedancia del filtro resonante CONTROL DE POTENCIA TOPOLOGÍA TIPO PUENTE Este método de control tiene dos desventajas:

El límite de hasta dónde podemos variar Ws desde W0 debido a cualquier limitación de los interruptores o por la presencia del tercer armónica en Va o Ia.


Si Q del circuito LRC no es muy alta, la curva de impedancia es muy amplia y cerca de W0. Esta amplitud requiere un gran cambio en la frecuencia para lograr una amplio rango de control. CONTROL DE POTENCIA TOPOLOGÍA TIPO PUENTE CONVERTIDORES RESONANTES t = 0 S2 y S4 on Va = 0
t = α/ws S2 off y S1 on Va = Vdc
t = (π -α)/ws S4 off y S3 on Va = 0 INVERSOR RESONANTE TIPO PUENTE EN SERIE TOPOLOGÍA TIPO PUENTE t = 0 S2 y S4 on Va = 0
t = α/ws S2 off y S1 on Va = Vdc
t = (π -α)/ws S4 off y S3 on Va = 0 INVERSOR RESONANTE TIPO PUENTE EN SERIE TOPOLOGÍA TIPO PUENTE El mismo análisis se puede realizar para el Inversor resonante tipo puente en paralelo TOPOLOGÍA TIPO PUENTE Se refiere a la interrupción que sufre la corriente o el voltaje variable en cada ciclo o semiciclo, durante estas interrupciones la variable por lo general vale cero. El circuito mostrado en (a) es el equivalente al convertidor resonante serie que opera en modo de control discontinuo. CONTROL DISCONTINUO En t0 se enciende S1, la corriente comienza a crecer alcanzando un pico máximo y luego decrece hasta cero, estableciéndose un semiciclo completo de oscilación a la frecuencia de resonancia, la corriente ia se invierte y comienza a circular a través del diodo D1. Bajo ésta condición se establece un cambio en el valor de la fuente de excitación del circuito resonante, generándose una nueva condición de oscilación como lo indica la figura. Una vez alcanzado Tr la corriente vuelve a pasar por cero y mientras la excitación de Q1 no esté presente, la corriente ia permanece nula hasta el comienzo del próximo semiciclo de conmutación. En T/2 se enciende S2, comenzando el semiciclo de conmutación inverso. Esto puede ser visto en la figura siguiente MODO DE OPERACIÓN Siempre que un interruptor se enciende, su voltaje hace un cambio a cero en forma de escalón; pero esta corriente empieza en cero y se eleva limitadamente por di/dt debido al inductor. Similarmente cuando un interruptor se apaga, hace que esta corriente vuelva lentamente a cero, reduciendo el problema de la recuperación inversa. MODO DE OPERACIÓN Se quiere encontrar la energía total entregada a la carga durante cada oscilación para el convertidor resonante en serie de la figura.
El voltaje en el capacitor determinado para el modo de control discontinuo del convertidor. EJEMPLO Un uso importante de los convertidores resonantes es para la conversión de DC/DC. Aunque se descubrió anteriormente como representar esta función con la celda canónica, normalmente a altas frecuencias los convertidores DC/DC tienen perdidas de conmutación relativamente altas. Por cada transición, los interruptores de voltaje y de corriente cambian al mismo tiempo y la potencia circunstancial puede ser disipada durante el tiempo requerido para completar la transición. INTRODUCCION CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Este convertidor puede proveer transición remota durante lo cual el voltaje o la corriente permanece cerca a cero. Para rectificar y filtrar la salida AC del convertidor, se puede realizar la conversión DC/DC sin las pérdidas de conmutación presentes en la celda canónica implementada con conmutadores prácticos. Este enfoque da una manera de aumentar la frecuencia de conmutación sobre la que la tecnología de los dispositivos semiconductores permite, en los no resonantes o en la topología de onda cuadrada. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC MODO DE OPERACIÓN Para obtener una salida DC, se debe poner un rectificador tipo puente y un filtro DC entre la carga y el filtro de la topología resonante. El filtro DC puede ser: un capacitor grande en paralelo a la carga o un inductor grande en serie a la carga.

El capacitor hace que la carga aparezca como un sumidero de voltaje en la frecuencia de conmutación, y el inductor hace que la carga aparezca como sumidero de corriente, la siguiente figura muestra un convertidor resonante tipo semipuente en serie con un filtro DC configurado de ambas maneras TOPOLOGÍAS BÁSICAS CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Una carga sumidero de voltaje creado mediante el filtrado del voltaje DC con un condensador grande Cd CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Una carga sumidero de corriente creado mediante el filtrado de la corriente continua con un inductor grande Ld CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC El puente rectificador de diodos es una topología que tiene transiciones de perdidas bajas debido a que rectifican ondas seno. Desde el lado de CA del puente rectificador, la inversión causada por la conmutación del puente de diodos hace que la carga actúe un sumidero de voltaje de onda cuadrada si se usa un capacitor en el lado DC, y un sumidero de corriente de onda cuadrada si se usa un inductor. CONSIDERACIONES CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC A comparación de los tipos de convertidores expuestos anteriormente que poseen dos terminaciones , que significa que el filtro resonante esta excitado simétricamente ,positiva y negativamente en ambos ciclos. Este convertidor solo posee una terminación.
 
El circuito de única terminación tiene aplicaciones limitadas. Por ejemplo, generalmente no es conveniente para cargas proporcionadas a través de un transformador. Se puede usar este para crear pulsos de corrientes y voltajes altos con pequeñas perdidas de conmutación. Se puede entonces usar este como base de los convertidores DC-DC poniendo filtros pasa bajo entre CR y la carga. TOPOLOGÍA DE UNICO TERMINAL CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Formas de onda de la corriente del inductor ia y la salida de voltaje Vo Un convertidor resonante de única terminación DESCRIPCIÓN OPERATIVA DEL CONVERTIDOR RESONANTE DC-DC CON UNICO TERMINAL. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Se observa en el circuito que se coloca en serie una inductancia de alto valor con la resistencia de carga para formar un filtro pasa baja. Se añade el diodo D para restringir la corriente id generada a partir de la descarga del voltaje del capacitor Vc con gran valor negativo, mientras que Q está apagado. ¿Cuál es el periodo de conmutación T requerido para que Vo = 30 V? CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICO TERMINAL. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Datos: Lr=20μH,
Cr=5μF,
Vdc=5v,
Id=20A,
Vo=30v,
Ld/R>1/T. CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC MODO DE OPERATIVIDAD

Cuando Q esta encendido, ia=0 y vc=0 el diodo de restricción permanece encendido hasta que ia = id, momento en el cual Lr y Cr empiezan a trabajar. CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC MODO DE OPERATIVIDAD

Modelando el filtro inductivo y la carga resistiva como una fuente de corriente que deja la frecuencia de resonancia no amortiguada en cuando ia= 0 de nuevo. Q se apaga id descarga Cr a cero y D se enciende. CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC MODO DE OPERATIVIDAD

La corriente de carga circula por el diodo de rueda libre D, hasta que Q se encienda en T. Si establecemos nuestro tiempo de referencia para estar cuando D se apaga y empieza a resonar. Entonces VC=(t<0)=0 y para t> 0. CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Configurando ia=0 y despejando toff, el tiempo de Q se apaga, los resultados son: MODO DE OPERATIVIDAD CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC De Vc (toff) = 80V, se necesitan 20 us para que id descargue a
Cr =0.
Ahora se puede calcular Vo, tomando el valor promedio de Vc en el período de conmutación. MODO DE OPERATIVIDAD CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC MODO DE OPERATIVIDAD CONVERTIDOR RESONANTE DC/DC CON CONTROL MODO DISCONTINUO DE ÚNICA TERMINACIÓN. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Este convertidor casi resonante se asemeja a la conexión de la celda canónica del convertidor directo. De hecho, si la frecuencia de conmutación 1 / T, es lo suficientemente alto no se puede evitar la presencia en la celda canónica la inductancia parásita comprendida en Lr y la capacidad de la unión de D que comprende Cr. Al igual que todos los convertidores vistos anteriormente, la corriente en la fuente contiene componentes de alta frecuencia a menos que añadamos filtros pasa baja entre la fuente y los interruptores. Para el circuito de la figura, este filtro se compone de un condensador a través de Vdc. que es el condensador de la celda canónica. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Un convertidor resonante DC/DC de única terminación es conocido como un convertidor DC-DC casi resonante.
El amplio rango de control que ofrece la topología tipo puente permite que la frecuencia de conmutación se mantenga constante para aquellas situaciones en las que esta condición es deseable.
Operar los convertidores con frecuencias de conmutación elevadas ofrece diversas ventajas entre las que se incluyen:
Tamaño reducido de los elementos inductivos, transformadores e inductancias. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Tamaño reducido de los capacitores

Mejores tiempos de respuesta

Sin embargo la conmutación a frecuencias elevadas presenta dos inconvenientes fundamentales:

Mayores pérdidas de conmutación
Mayor interferencia electromagnética. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC Numerosos diferentes circuitos se han desarrollado utilizando técnicas de convertidores resonantes. En todos ellos se obtiene la reducción de las pérdidas de conmutación y de la interferencia electromagnética a costo de una mayor complejidad de diseño. Un inconveniente común a la mayoría de estos diseños es que el período de transferencia de energía es comparativamente solo un pequeño porcentaje del utilizado en los convertidores convencionales de onda completa. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC En consecuencia las implementaciones de fuentes conmutadas mediante convertidores resonantes tienden a tener mayores picos de corriente, y en consecuencia mayores pérdidas por I2R, y/o picos de tensión mas elevados.

A frecuencias elevadas, los convertidores resonantes con tensión nula presentan como ventaja sobre los de corriente nula debido a la capacidad interna del elemento activo que actúa como llave. CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC En los convertidores resonantes con corriente nula, la energía almacenada en esta capacidad debe disiparse en el dispositivo al encenderse, incrementando las pérdidas por conmutación. Este problema no existe en el convertidor resonante con tensión nula.

Estos últimos convertidores se utilizan a frecuencias de hasta 1MHz, mientras que los de corriente nula pueden operar a frecuencias por encima de 10 MHz CONVERTIDORES RESONANTES DC/DC GRACIAS Si se usa un filtro capacitivo, no se puede poner la carga en paralelo con el capacitor resonante (CR), en cambio se debe poner un inductor resonante (LR) en serie con la carga. Si es al contrario es decir que en la carga aparece un sumidero de corriente, no se puede colocar en serie con el inductor pero si con el capacitor. Para un voltaje sumido de la carga, los diodos tienen cambio en la forma de onda de voltaje, pero ocurre cuando la corriente AC (ia) pasa senoidalmente a través de cero, recíprocamente, la corriente sumida de la carga, los diodos tienen un cambio en las formas de onda de su corriente, pero ocurre cuando el voltaje AC (vc) pasa senoidalmente a través de cero.
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