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CAPA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTN FACULTAD DE INGENIERA DE PRODUCCIN Y SERVICIOSESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELCTRICA
Proyecto y Construccin de un Conversor CC-CC reductor de Tensin (Buck) en Modo de Conduccin continua Responsbles del estudio: Carlos Chalco DelgadoJorge Churata Apaza Christian Biamont AguilarRandy Valencia CornejoEver Chipana HuancaGustavo Salas SozaPablo Valdeiglesias DuranAREQUIPA-PERSeptiembre, 2014
Resumen del Informe Final para la disciplina de Laboratorio de Eletrnica de Potencia curso de Ingeniera Elctrica de la Universidad Nacional de San Agustin.
Proyecto y Construccin de un Conversor CC-CC Reductor de Tensin (Buck) en Modo de Conduccin Contnua
Carlos Chalco DelgadoJorge Churata ApazaChristian Biamont AguilarRandy Valencia CornejoEver Chipana HuancaGustavo Salas SozaPablo Valdeiglesias Duran
Septiembre/2014
Profesor: Ing. Ivar OrdoezPalabra Clave: Conversor CC-CC, Conversor Buck, Conduccin continua...Nmero de Pginas: xx
RESUMEN: En este trabajo sern....
CONTENIDO
1Operacin del Conversor CC-CC Buck MCC61.1Etapas de operacion del conversor:61.2Principales Formas de Onda:61.3Ganancia Estatica y Punto de Operacin:62Especificaciones del Conversor Buck72.1Especificaciones y calculo de los esfuerzos de los dispositivos:72.1.1Calculo del esfuerzo en el interruptor:72.1.2Calculo del esfuerzo en el diodo:82.1.3Calculo del esfuerzo en el inductor:82.1.4Calculo del esfuerzo en el capacitor:82.2Dimensionamiento de los dispositivos:82.2.1Dimensionamiento del inductor:82.2.2Dimensionamiento del Capacitor:82.2.3Dimensionamiento del nucleo del inductor:83Simulacin del Conversor Buck94Dimensionamento del Estado de Potencia y del Circuito de Comando104.1Estado de Potencia104.2Circuito de Comando104.3Clculo Trmico105Construccin del Prototipo116Resultados Experimentales126.1Formas de Onda126.2Rendimiento126.3Esquemas y Layout127Conclusin138Referencias Bibliogrficas14
xx
ii
Introduccin
Los conversores estticos ...
13Universidad Nacional de San Agustin
Captulo 1Operacin del Conversor CC-CC Buck MCC
Em el conversor CC-CC Buck, .... Etapas de operacion del conversor:
Principales Formas de Onda:
Ganancia Estatica y Punto de Operacin:
En grfica N 3, si consideramos que la tension media en el inductor debe ser nula tenemos la siguiente relacion:
De donde obtenemos que la ganancia esttica esta dada por:
(1)
Captulo 2Especificaciones del Conversor Buck
Los requerimientos de diseo del conversor Buck MCC son los siguientes:
Tambin debemos considerar que el rizado de la corriente en el inductor:
Y el rizado del voltaje en el condensador:
Para determinar los esfuerzos de los dispositivos y dimensionamiento de estos, es necesario realizar clculos previos como:Ciclo de trabajo:
Resistencia de convertidor:
Corriente de salida:
Especificaciones y clculo de los esfuerzos de los dispositivos:Calculo del esfuerzo en el interruptor:Para poder elegir un interruptor adecuado es necesario determinar el esfuerzo elctrico que este debe soportar y contratastar con la hoja de datos del instrumento a usar como interruptor.
Corriente Media en el interruptor
Determinamos la corriente media en el interruptor considerando que la potencia en la entrada es igual a la potencia de salida, es decir despreciando perdidas internas.
(2) Reemplazando los valores obtenidos anteriormente del ciclo de trabajo y corriente de salida en la ecuacin (2) tenemos:
Corriente Eficaz en el interruptor
Para determinar la corriente eficaz que soportara en interruptor debemos considerar las corrientes minima y mxima que circula por el inductor
(3)
Donde
Suponiendo que la corriente del inductor aumenta en forma lineal de a podemos expressar la corriente en el interruptor como una funcion lineal de la forma:
(4)
Considerando la condicion inicial:
En Reemplazando en la ecuacion (4):
Por tanto la ecuacion lineal de la corriente en el interruptor seria:
(4)Podemos calcular entonces la corriente eficaz en el interruptor:
(5)Reemplazando (4) en (5) e integrando tenemos:
(6)
Calculamos el valor de considerando que el rizado en el inductor debe ser el 20% de la corriente de salida y a partir de la ecuacion (3)
Reemplazando los valores previamente calculados, en la ecuacion (6) obtenemos:
Calculo del esfuerzo en el diodo:La consideracin a tener en cuenta para elegir el diodo son la frecuencia de operacin, la corriente eficaz y la tensin inversa que soporta el diodo, puesto que la frecuencia esta dada por los requerimientos de diseo f=50kHz se debe calcular la tensin inversa y las corrientes:
Corriente media en el diodo
La corriente media del diodo se puede hallar aplicando la Primera Ley de Kirchoff en el nodo comprendido entre los elementos L, R y C y considerando que la corriente media en el capacitor es igual a cero.
Corriente eficaz en el diodo
Para hallar la corriente eficaz en el diodo es necesario determinar la corriente en funcin del tiempo del diodo y de la respuesta de la grafica N3 podemos asumir una funcin de forma lineal:
(7)
Considerando la condicion inicial:
En Reemplazando en la ecuacion (7):
Por tanto la ecuacion lineal de la corriente en el diodo seria:
(7)Podemos calcular entonces la corriente eficaz en el interruptor:
(8)Reemplazando (7) en (8) e integrando tenemos:
(9)
Calculamos el valor de considerando que el rizado en el inductor debe ser el 20% de la corriente de salida y a partir de la ecuacion (3)
Reemplazando los valores previamente calculados, en la ecuacion (6) obtenemos:
Tension inversa
La tensin mxima que soporta el diodo es claramente apreciada en el primer modo de operacin:
Dimensionamiento de los dispositivos:
Dimensionamiento del inductor:Para determinar la inductancia apropiada para que el convertidor opere en modo continuo, debemos tener en consideracion
Dimensionamiento del Capacitor:Dimensionamiento del nucleo del inductor:
Captulo 3Simulacin del Conversor Buck
Simulamos ....
Captulo 4Dimensionamento del Estado de Potencia y del Circuito de Comando
Estado de Potencia Indutor:
Interruptor:
Diodo:
Capacitor:
Circuito de ComandoPara comandar el interruptor....
Clculo Trmico
Es necesario verificar la potencia.....
Diodo:
Interruptor:
Captulo 5Construccin del Prototipo
Primeramente ....
Captulo 6Resultados Experimentales
Formas de Onda La Figura 61 ....
RendimientoLas medidas obtenidas ....
Esquemas y LayoutPara realizar ....
Conclusin
Este trabajo ....
Referencias Bibliogrficas
[1] MARTINS, D. C.; BARBI, I. Eletrnica de Potncia - Conversores CC-CC Bsicos No Isolados. 3 edio. Florianpolis, 2008. [2] BARBI, I. Eletrnica de Potncia. 6 edio, Florianpolis, 2006.
Apndice A Proyecto Fsico del Inductor