Benemrita Universidad Autnoma de PueblaFacultad de Ciencias de la ElectrnicaElectrnica de Potencia IIIng. Victor Manuel Perusqua Romero

CLASIFICACIN DE PULSADORES

CLASIFICACIN DE PULSADORES

1. INTRODUCCIN

Un pulsador de CD, convierte directamente de CD a CD.En muchas aplicaciones industriales, es necesario el convertir una fuente de CD de voltaje fino a una fuente de CD de voltaje variable. Tambin se conoce como convertidor de CD a CD.

Los pulsadores se aplican en el control de motores de traccin de automviles elctricos, tranvas elctricos, montacargas y elevadores.

2. CIRCUITO PRINCIPAL DE APOYOPulsador reductor o Buck.

CLASIFICACIN DE PULSADORES Existen 5 tipos de pulsadores de acuerdo a los cuadrantes de operacin.

Pulsador clase A : Opera dentro del cuadrante l.Pulsador clase B : Opera dentro del cuadrante II.Pulsador clase C : Opera dentro de dos cuadrantes I y II.Pulsador clase D : Opera dentro de los cuadrantes I y IV.Pulsador clase E : Opera dentro de los cuatro cuadrantes.

1. Pulsador clase A

Tambin llamado pulsador reductor (de un cuadrante).

Vi se transfiere a la carga y la intensidad crece exponencialmente

La intensidad tiende a decrecer y en la bobina se induce una f.e.m. negativa que provoca que el diodo D entre en conduccin, actuando como un diodo volante o de libre circulacin.

2. Pulsador clase B

Cuando el interruptor S se cierra, la tensin VO se hace cero, quedando el diodo polarizado en inverso. Al mismo tiempo, la batera V, provocar la circulacin de corriente a travs de R-L-S, almacenando la bobina energa.Cuando se produzca la apertura del interruptor, la aparicin de una fuerza electromotriz en la bobina se sumar a V. Si VO > E, el diodo quedar polarizado en directo, permitiendo la circulacin de corriente hacia la fuente.

3. Pulsador clase CLos dos pulsadores antes mencionados se combinan formando el pulsador de dos cuadrantes, llamado pulsador de Clase C. S1 y D1 constituyen un convertidor clase A. Por otro lado S2 y D2 configuran un convertidor clase B. Si se acciona S1 funcionar en el primer cuadrantePor el contrario, si manteniendo S1 abierto se abre y se cierra S2 funcionar como un convertidor regenerativo.

5. Pulsador clase DLa intensidad en la carga permanece siempre positiva, mientras que la tensin en la carga es positiva cuando pasan a conduccin los interruptores S1 y S2. Por el contrario cuando se bloquean estos dos, la fuerza electromotriz inducida en L hace que el voltaje total en la carga sea negativo, polarizndose los diodos y provocando que la corriente circule hacia la fuente E.

Pulsador clase ECuando S1 y S4 est encendido se aplica un voltaje positivo a la carga Si se controla el interruptor S1 el conversor trabaja como reductor y D1 acta como diodo de recuperacin inversa.Segundo cuadrante, se controla la conmutacin del interruptor S2. Cuanto S2 est encendido el diodo D3 trabaja y la carga empieza a almacenar energa, la misma que es devuelta a la fuente a travs de los diodos D1 y D4 una vez que se apague al interruptor S2.

3. DESARROLLO ANALTICO

El voltaje promedio de salida esta dado por:

Y la corriente promedio de carga, donde T es el periodo de pulsacin, k = t1 / T es el ciclo de trabajo del pulsador, y f es la frecuencia de pulsacin. El valor rms del voltaje de salida se determina a partir de:

Ecuacin 1 Ecuacin 2

Si suponemos un pulsador sin prdidas, la potencia de entrada al pulsador es la misma que la potencia de salida, y esta dada por:

La resistencia efectiva de entrada, vista por la fuente es:

Se puede variar el ciclo de trabajo k desde 0 hasta 1 si se vara t1, T, o bien f. Por lo tanto, al controlar k se puede variar el voltaje de salida Vo desde 0 hasta Vs, y se puede controlar el flujo de potencia.

Ecuacin 3Ecuacin 4

4. EJEMPLO NUMRICO El pulsador de cd tiene una carga resistiva R=10 y un voltaje de entrada de Vi=220 V. Cuando el interruptor pulsador se mantiene activo, su cada de voltaje es Vch=2 V, y la frecuencia de pulsacin es f= 1KHz. Si el ciclo de trabajo es de 50%, determine:

a) El voltaje promedio de salida Va.b) El voltaje rms de salida Va.c) La eficiencia del pulsador.d) La resistencia efectiva de entrada Ri del pulsador.e) El valor rms de la componente fundamental del voltaje armnico de salida.

Solucin:Tomando en cuenta los valores Vi=220 V, K=0.5, R=10 y Vch=2V.(a) Aplicamos la ecuacin 1, Va=(0.5) (220-2)=109V.

(b) De la ecuacin 2,

(c) Considerando un pulsador sin perdidas entonces tenemos que:

; as la eficiencia del pulsador es del 100%.

(d) De la ecuacin (4),

(e) El voltaje de salida que se muestra en la figura 1 puede expresarse en una serie de Fourier, de la forma:

La componente fundamental (para n=1) de la armnica del voltaje de salida se puede determinar a partir de la ecuacin 5, como:

Nota: El clculo de la eficiencia, que incluye las prdidas de conduccin del pulsador, no toma en consideracin las perdidas de conmutacin debidas a la activacin y desactivacin de los pulsadores reales. Las eficiencias de un pulsador real varia entre 92y 99 %.

Circuito para Simulacin del ejemplo numrico

Simulacin del Ejemplo Numrico

clculos de los ejemplos numricos:

EjemploVoltaje de alimentacinFrecuencia de trabajoVoltaje de salidaVoltaje RMS de salidaEficiencia Resistencia EfectivaVoltaje RMS de l armnico1220V1Khz109V154.15V99.09%20 Ohms93.35V2220V3Khz109V154.15V99.09%20 Ohms115.86V3 220V500 hz109V154.15V99.09%20 Ohms28.49V4220V10khz109V154.15V99.09%20 Ohms102.8V5220V30khz109V154.15V99.09%20 Ohms74.8V

PRCTICA 1PULSADOR REDUCTORObjetivo: Conocer el funcionamiento de un circuito Pulsador reductorAnalizar el comportamiento del pulsador reductorDisear un pulsador reductorMaterial 1 Fuente de alimentacin 1 Diodo1 Osciloscopio1 Generador2 Resistencias1 Transistor NPN2 Inductancias1 Capacitor1 Multmetro

Desarrollo

Calcular los valores de Ce, L, Le, por medio de las ecuaciones anteriores, vistas en el tema de reguladores reductores. Implementar los valores en el circuito que se muestra en la figura 1.Conectar las puntas del osciloscopio en el Capacitor, para comparar el voltaje de salidaConectar las puntas del Multmetro para comparar la corriente I (Le) Simular el circuito anterior para comparar los resultados que se obtuvieron en las grficas con los datos iniciales de la prctica. (A) I (Vx) (B) I (Le) (C) (Ce)

Un pulsador reductor se muestra a continuacin, en el que el voltaje de entrada es Vs=110 V, el voltaje promedio de carga es Va=60 V y la corriente promedio de la carga es Ia=20 A, lafrecuencia de pulsacin f=20 KHz, las componentes ondulatorias pico a pico son 2.5% del voltaje de la carga, 5% de la corriente de la carga y 10% de la corriente Le del filtro.DiagramaFigura 1

Determine los valores de Ce, Le y L

Si suponemos una elevacin lineal de la corriente de carga durante el tiempo que corre desde t=0 hasta t=kT, en forma aproximada el valor de L quedara como:

Comprobando los valores anteriores en un simulador queda:

A continuacin se muestra el programa para la simulacin en PspicePULSADORVS 1 0 DC 110VY 1 2 DC 0VG 7 3 PULSE (0V 20V 0 0.1NS 0.1NS 27.28US 50US)RB 7 6 250 LE 3 4 681.82uHCE 4 0 8.33UF IC=60VL 4 8 40.91UHR 8 5 3VX 5 0 DC 0VDM 0 3 DMOD.MODEL DMOD D(IS=2.2E-15 BV=1800 TT=0)Q1 2 6 3 QMOD.MODEL QMOD NPN(IS=6.734F BF=416.4 BR=.7371 CJC=3.638P CJE=4.493P TR=239.5N TF=301.2P).TRAN 1US 1.6MS 1.5MS 1US UIC.PROBE .OPTIONS ABSTOL=1.00N RELTOL=0.01 VNTOL=0.1 ITL5=50000.FOUR 20KHZ I(VY).END

Esta es la figura con los valores que se encontraron anteriormente, primero se encuentra la grfica de la corriente de la carga que es equivalente a la corriente I (Vx):Como se puede observar el valor de esta grfica es de 19.931 A, que es igual a la corriente de la carga Ia=20 A.

En est grfica se puede apreciar una lnea constante que es el voltaje de entrada que como se haba mencionado es de 110 V, esto es para comprobar que es circuito esta haciendo el proceso de reduccin de voltaje.

El voltaje de carga no es igual a el voltaje de salida que como se puede observar est reducido en comparacin con la entrada que tambin representa el voltaje promedio de la carga, que para la grafica es de 59.362 V y el valor dado es de 60 V por lo que los clculos anteriores fueron correctos.

Resultados obtenidos

Caso1Frecuenciade pulsacin20KHzCorriente Prom. de la carga 20AVoltaje de entrada110vLe681.82uHL40.91uHCe8.33uFIs10.91ACaso2Frecuenciade pulsacin20KHz12AVoltaje de entrada110v1.136mH23.37mH14.58uF6.54ACaso3Frecuenciade pulsacin20KHz30AVoltaje de entrada110v454.5uH27.27uH12.5uF16.36ACaso4Frecuenciade pulsacin500Hz30AVoltaje de entrada100v0.016H1.2mH1.5mF18A

6. BIBLIOGRAFA: TTULO: Electrnica de Potencia (Circuitos, Dispositivos y . Aplicaciones) AUTOR: Muhammad H. RashidEDITORIAL: Prentice HallTRADUCCIN: Ing. Gabriel Snchez GarcaEDICIN: Segunda edicinIMPRESIN MxicoCAPTULOS: 12No PGINAS 702 TTULO: Electrnica Industrial ModernaAUTOR: Timothy J. MaloneyEDITORIAL: Prentice mayEDICIN: Tercera EdicinIMPRESIN MxicoCAPTULOS: 18No PGINAS 972 TITULO: Simulacin electrnica con PSPICE AUTORES: Juan Aguilar Pea Antonio Domnech Martne Javier Garrido SnchezEDITORIAL: AlfaomegaEDICIN: Original publicada por RA-MAIMPRESIN MxicoCAPTULOS: 13No PGINAS 416

Cuestionario1 Cuntos tipos de pulsadores existen?2 Qu tipo de dispositivos de conmutacin necesitan los circuitos pulsadores?3 Menciona algunas de las aplicaciones de los pulsadores en cuanto a control de motores?4.- Cules son los tipos de pulsadores de acuerdo a sus cuadrantes de operacin y da una pequea descripcin de ellos?5.-Qu clase de pulsador funciona como rectificador?.6.- Qu clase de pulsador funciona como inversor?7.-Si combinamos un pulsador de clase A y uno de clase B que tipo de pulsador tendremos8.- Cmo puede operar un pulsador de clase D? 9.- Cmo se forma un pulsador clase E combinando 2 pulsadores de clase C?10.- Qu es un pulsador de 4 cuadrantes?

Cuestionario con respuestas1: Cuntos tipos de pulsadores existen?R = Existen 5 tipos de pulsadores de acuerdo a los cuadrantes de operacin, dichos cuadrantes se muestran a continuacin. 2: Qu tipo de dispositivos de conmutacin necesitan los circuitos pulsadores?R = los circuitos pulsadores necesitan tiristores, pues estos permiten gran velocidad de respuesta y un control de ngulo de conduccin total.3: Menciona algunas de las aplicaciones de los pulsadores en cuanto a control de motores?R = Los pulsadores se utilizan ampliamente en el control de los motores de traccin de automviles elctricos, tranvas elctricos, gras marinas, montacargas y elevadores de minas.

4: Cules son los tipos de pulsadores de acuerdo a sus cuadrantes de operacin y da una pequea descripcin de ellos?R = Pulsadores de Clase A: Tanto el voltaje como la corriente de la carga son positivos, por lo que se le llama de un solo cuadrantePulsador de Clase B : Para este tipo de pulsador la corriente fluye fuera de la carga, el voltaje de la carga es positivo, pero la corriente de la carga es negativa, ste al igual que el pulsador clase A es de un solo cuadrante, operando en el segundo cuadrante del plano cartesianoPulsador de Clase C: La corriente de carga es positiva o negativa y el voltaje de la carga es positivo, ste tipo de pulsador se le conoce como de dos cuadrantesPulsador de Clase D: En ste tipo de pulsador la corriente es positiva y el voltaje de la carga es positivo o negativo.Pulsador de Clase E: La corriente y el voltaje de carga pueden ser tanto negativo como positivo y debido a estas caractersticas se le conoce como pulsador de cuatro cuadrantes.5.- Qu clase de pulsador funciona como rectificador?R= Pulsador de clase A de un solo cuadrante.6.- Qu clase de pulsador funciona como inversor?R= Pulsador de clase B y opera en el segundo cuadrante del plano cartesiano.7.- Si combinamos un pulsador de clase A y uno de clase B que tipo de pulsador tendremos y como se le conoce?R= Pulsador de clase C ya que este opera en los primeros cuadrantes respectivamente8.- Cmo puede operar un pulsador de clase D? R= como rectificador y como inversor9.- Cmo se forma un pulsador clase E?R= Al combinar 2 pulsadores de clase C10.- Qu es un pulsador de 4 cuadrantes?R= Es un pulsador donde la corriente de carga puede ser positiva o negativa al igual que el voltaje de carga