Convertidores de Potencia. Aplicaciones y Análisis con el PSIM 

Índice de Ejercicios PSIM 10.0.6 

  Prof. Herman E. Fernández H    

 

   

Capítulo II: Descripción del PSIM Palabras claves: Análisis de un filtro pasa bajos. Pruebas en régimen transitorio, por frecuencia y paramétrico. Ejercicios PSIM: 4   Análisis transitorio de un filtro pasa bajos. Ejercicio2_1.psimsch Fig.2.25 Análisis transitorio de un filtro pasa bajos con ruido añadido. Ejercicio2_2.psimsch Fig.2.26 Respuesta en frecuencia  Ejercicio2_3.psimsch Fig.2.27 Análisis paramétrico  Ejercicio2_4.psimsch Fig.2.29, Fig.2.30  Ejemplo:  Análisis transitorio de un filtro pasa bajos con ruido añadido  

  Respuesta en frecuencia   

 

 

Capítulo III: Diodos y Tiristores 

Palabras Claves: rectificador no controlado, arreglos DIAC‐TRIAC, control de fase, circuito para determinar  el  estado  de  un  tiristor,  transformador  de  pulsos,  convertidores  PWM  AC/AC  y AC/DC, convertidor con GTO, circuito de mando de un GTO y modelo discreto de un GTO.  Ejercicios PSIM: 19  3.1 Rectificador monofásico conectado a una carga RLE. Modo discontinuo de corriente (DCM). Ejercicio3_1.psimsch  Fig.3.3  3.2 Rectificador monofásico conectado a una carga RLE. Modo Continuo de Corriente (CCM). Ejercicio3_2.psimsch Fig.3.4  3.3 Rectificador monofásico. Carga resistiva. Usando el Alpha Controller. Ejercicio3_3.psimsch  Fig.3.7  3.4 Rectificador monofásico Carga RL. Determinación del  ángulo de extinción de  la corriente (β). Ejercicio3_4.psimsch  Fig.3.8, Fig.3.9  3.5 Característica de voltaje‐corriente de un DIAC. Ejercicio3_5.psimsch  Fig.3.15, Fig.3.16  3.6 Circuito DIAC‐TRIAC basado en un Alpha Controller. Ejercicio3_6.psimsch  Fig.3.17, Fig.3.18  3.7 Circuito DIAC‐TRIAC basado en un Gating Block. Ejercicio3_7.psimsch  Fig.3.19  3.8 Circuito DIAC‐TRIAC. Primera opción. Ejercicio3_8.psimsch  Fig.3.21, Fig.3.22  3.9 Circuito DIAC‐TRIAC. Análisis paramétrico. Ejercicio3_9.psimsch  Fig.3.23  3.10 Circuito DIAC‐TRIAC. Segunda opción. Ejercicio3_10.psimsch  Fig.3.24  3.11 Convertidores PWM AC/AC y AC/DC PWM implementados con GTO. Ejercicio3_11.psimsch  Fig.3.28  

 Usando ópto‐electrónica para determinar el estado de un tiristor (SCR):  3.12 Tiristor operativo. Ejercicio3_12.psimsch  Fig.3.34  3.13 Tiristor en corto circuito (en falla). Ejercicio3_13.psimsch  Fig.3.35  3.14 Tiristor en circuito abierto (en falla) Ejercicio3_14.psimsch  Fig.3.36  3.15 Determinación de la característica voltaje‐tiempo de un transformador de pulsos.  Ejercicio3_15.psimsch  Fig.3.38  3.16 Efecto de saturación de un transformador de pulsos. Ejercicio3_16.psimsch  Fig.3.39  3.17 Diseño de un circuito de puerta de un tiristor basado en una red RC. Ejercicio3_17.psimsch  Fig.3.42  3.18 Diseño de un circuito de puerta de un tiristor basado en modulación de pulsos. Ejercicio3_18.psimsch  Fig.3.43  3.19 Modelando un GTO. Ejercicio3_19.psimsch  Fig.3.44     

Ejemplo:  3.19 Modelando un GTO     

     

  

   

Capítulo IV: Transistores de Potencia Palabras Claves: PBJT, MOSFET, IGBT y un interruptor trifásico. Etapa de mando, evaluación de pérdidas de dispositivos de potencia. Aplicaciones básicas. Ejercicios PSIM: 10   4.1 Unidad de mando de un PBJT. Etapa de mando aislada ópticamente, con amplificador de pulsos y etapa de potencia simple. Ejercicio4_1.psimsch  Fig.4.8, Fig.4.9  4.2 Servomotor a lazo abierto. Ejercicio4_2.psimsch  Fig.4.10  4.3 Servomotor a lazo cerrado. Carga a par constante. Ejercicio4_3.psimsch  Fig.4.11  4.4 Circuito de mando para MOSFET con protección de cortocircuito. Carga resistiva. Ejercicio4_4.psimsch  Fig.4.18  4.5 Circuito de mando para MOSFET con protección de cortocircuito. Carga RL. Ejercicio4_5.psimsch  Fig.4.19  4.6 Arranque suave de una máquina DC basada en circuito con IGBT. Ejercicio4_6.psimsch  Fig.4.28  4.7 Circuito de mando de un IGBT con protección de cortocircuito. Ejercicio4_7.psimsch  Fig.4.29  4.8  Convertidor  DC/DC.  Evaluación  de  pérdidas  de  conmutación  y  de  conducción. Consideraciones térmicas. Ejercicio4_8.psimsch  Fig.4.30, Fig.4.31, Fig.4.32   4.9  Convertidor  DC/AC.  Evaluación  de  pérdidas  de  conmutación  y  de  conducción. Consideraciones térmicas.   Ejercicio4_9.psimsch  Fig.4.33, Fig.4.34  4.10 Arrancador para motor de inducción usando un interruptor trifásico. Ejercicio4_10.psimsch  Fig.4.35, Fig.4.36     

Ejemplo:  4.5 Circuito de mando para MOSFET con protección de cortocircuito. Carga RL   

  

    

Capítulo V: Convertidores DC/DC Palabras  Claves:  Reductor,  Elevador,  Reductor‐Elevador,  Fly‐Back,  Push‐pull  and  Puente  H. PWM (modos unipolar y bipolar), Feedforward‐PWM, controlador de un ciclo y por variación de  frecuencia.  Control  a  lazo  abierto  y  a  lazo  cerrado:  control  de  corriente  y  regulación  de voltaje. Aplicaciones básicas con el UC3825 y el UC3844. Aplicaciones básicas: Fuente en Modo Conmutado (SMPS), Accionamiento DC y UPS. Modo discontinuo de corriente (DCM).   Ejercicios PSIM: 17  5.1 Convertidor DC/DC reductor (Buck converter). Configuración a lazo abierto. Control PWM. Ejercicio5_1.psimsch  Fig.5.12  5.2 Convertidor DC/DC elevador (Boost converter). Control PWM y regulación de voltaje. Ejercicio5_2.psimsch  Fig.5.13  5.3 Convertidor redactor basado en un  controlador UC3825. Ejercicio5_3.psimsch  Fig.5.14, Fig.5.15  5.4 Convertidor reductor basado en un controlador UC3825. Condición de cortocircuito. Ejercicio5_4.psimsch  Fig.5.16, Fig.5.17  5.5  Convertidor  reductor  basado  en  un  controlador  UC3825.  Medición  de  corriente discontinua. Ejercicio5_5.psimsch  Fig.5.18   5.6  Accionamiento  simple  DC  basado  en  un  convertidor  reductor  DC/DC.  Condición  a  lazo abierto. Ejercicio5_6.psimsch  Fig.5.19  5.7 Convertidor elevador. Ejercicio5_7.psimsch  Fig.5.22  5.8 Controlador PWM por Adelanto PWM. Ejercicio5_8.psimsch  Fig.5.23, Fig.5.24  5.9 Convertidor reductor controlado en corriente (arreglo discreto). Ejercicio5_9.psimsch  Fig.5.25  5.10 Convertidor elevador controlado en corriente usando un UC3842. Ejercicio5_10.psimsch  Fig.5.26, Fig.5.27    

5.11 Convertidor Clase C (operación en un cuadrante). Ejercicio5_11.psimsch  Fig.5.33, Fig.5.34  5.12 Convertidor Clase C (operación en dos cuadrantes). Ejercicio5_12.psimsch  Fig.5.35  5.13 Configuración Puente H. Operación en cuatro cuadrantes. PWM bipolar. Accionamiento DC. Ejercicio5_13.psimsch  Fig.5.38  5.14  Configuración  Puente  H.  Operación  en  todos  los  cuadrantes.  PWM  Unipolar. Accionamiento DC. Ejercicio5_14.psimsch  Fig.5.39  5.15 Convertidor Reductor‐Elevador. Regulación de voltaje basado en un regulador PI. Ejercicio5_15.psimsch  Fig.5.41  5.16 Convertidor Flyback a lazo cerrado.  Ejercicio5_16.psimsch  Fig.5.43, Fig.5.44  5.17 Configuración DC/DC medio puente con aislamiento. Ejercicio5_17.psimsch  Fig.5.46     

Ejemplo:  5.4 Control de corriente y regulación de voltaje usando un UC3825   

 

 

Capítulo  VI:  Generador  de  pulsos  y  circuitos  de  sincronismo  para  convertidores  AC/DC  y AC/AC. Palabras Claves: detector de cruce por cero, circuito de control de fase, circuitos de control de fase para  convertidores monofásicos  y  trifásicos.  VCO.  SRF‐PLL  y  SRF‐PLL  para  convertidores trifásicos,  respuesta  de  frecuencia  de  un  SRF‐PLL,  sincronización  trifásica  basada  en  PLL, control coseno, control integral de ciclos y controladores PWM.      Ejercicios PSIM: 20   6.1 Detector de cruce por cero. Dos topologías. Ejercicio6_1.psimsch  Fig.6.3  6.2 Red de sincronización usando un ópto‐acoplador. Ejercicio6_2.psimsch  Fig.6.4  6.3 Circuito de control de fase. Método de la rampa. Ejercicio6_3.psimsch  Fig.6.5  6.4 Circuito de control de fase. Rampa de pendiente negativa. Ejercicio6_4.psimsch  Fig.6.6  6.5 Generación de pulsos de disparo basado en el método del contador a frecuencia variable.  Ejercicio6_5.psimsch  Fig.6.7, Fig.6.8  6.6 Generación de pulsos de disparo basado en el método del contador con referencia digital. Ejercicio6_6.psimsch  Fig.6.9  6.7 Generador de pulsos de disparo para un rectificador trifásico de media onda. Ejercicio6_7.psimsch  Fig.6.12, Fig.6.13, Fig.6.14  6.8 Generador de pulsos de disparo para un rectificador trifásico totalmente controlado. Ejercicio6_8.psimsch  Fig.6.16, fig.6.17  6.9 Generador de pulsos basado en un VCO. Ejercicio6_9.psimsch  Fig.6.19  6.10 Generador de pulsos basado en un circuito monoestable. Ejercicio6_10.psimsch  Fig.6.20  6.11 Circuito de sincronización monofásico usando un SRF‐PLL (Synchronous Reference Frame ‐ Phase Locked Loop). Ejercicio6_11.psimsch  Fig.6.24, Fig.6.25 

 6.12 Circuito de sincronización monofásico usando un SRF‐PLL (Synchronous Reference Frame ‐ Phase Locked Loop) basado en la transformación de Park. Ejercicio6_12.psimsch  Fig.6.26  6.13 Generador de pulsos para un convertidor trifásico bajo un SRF‐PLL de arreglo monofásico. Ejercicio6_13.psimsch  Fig.6.27, Fig.6.28  6.14 Análisis de respuesta de frecuencia de un SRF‐PLL. Ejercicio6_14.psimsch  Fig.6.29  6.15 Sincronismo trifásico usando un SRF‐PLL. Ejercicio6_15.psimsch  Fig.6.30  6.16 Esquema de control coseno. Función f(ωt)=1+cos(ωt). Ejercicio6_16.psimsch  Fig.6.34  6.17 Esquema de control coseno. Función f(ωt)=cos(ωt). Ejercicio6_17.psimsch  Fig.6.35  6.18 Control integral de ciclos. Ejercicio6_18.psimsch  Fig.6.37  6.19 Generador de pulsos SPWM para un convertidor AC/DC. Ejercicio6_19.psimsch  Fig.6.38  6.20 Generador de pulsos SPWM para un convertidor trifásico.  Ejercicio6_20.psimsch  Fig.6.39    

 Ejemplo:  6.4 Circuito de control de fase. Rampa de pendiente negativa    

    

    

 

Capítulo VII: Rectificadores Controlados Palabras  Claves:  configuración  monofásica.  Convertidores  trifásicos  de  media  onda  y totalmente  controlados.  Análisis  de  armónicas.  Esquema  de  control  coseno.  Aplicaciones básicas:  Accionamiento  DC  drive  y  cargador  de  baterías.  Conexión  serie  de  convertidores. Rectificador de seis fases. Efecto del inductor de línea. Evaluación del rectificador conectado a cargas:  inductiva,  RLE  y  de  corriente  constante.    Controlador  del  factor  de  potencia  (PFC). Aplicando  la  herramienta  SmartCtrl  para  fijar  parámetros  de  un  PFC.  PFC  con  control  de corriente con banda de histéresis. Rectificadores PWM. Configuración Vienna.   Ejercicios PSIM: 24  7.1 Rectificador monofásico conectado a una carga de corriente constante.  Ejercicio7_1.psimsch  Fig.7.3, Fig.7.4  7.2 Rectificador monofásico conectado a una carga RL. Ejercicio7_2.psimsch  Fig.7.5, Fig.7.6  7.3 Rectificador monofásico de media onda conectado a una carga de corriente constante.  Ejercicio7_3.psimsch  Fig.7.8  7.4 Rectificador monofásico de media onda conectado basado en el método de control coseno.  Ejercicio7_4.psimsch  Fig.7.9, Fig.7.10  7.5 Rectificador monofásico asimétrico de media onda. Ejercicio7_5.psimsch  Fig.7.11  7.6  Accionamiento  DC  implementado  con  un  rectificador  monofásico  asimétrico  de  media onda. Ejercicio7_6.psimsch  Fig.7.12  7.7 Rectificador monofásico totalmente controlado.  Ejercicio7_7.psimsch  Fig.7.14  7.8 Rectificador monofásico totalmente controlado bajo la estrategia de control coseno. Ejercicio7_8.psimsch  Fig.7.15, Fig.7.16  7.9 Accionamiento DC implementado con un módulo de tiristores. Control coseno. Ejercicio7_9.psimsch  Fig.7.17  7.10 Convertidor trifásico de media onda.  Ejercicio7_10.psimsch  Fig.7.19  

7.11 Convertidor trifásico de media onda con diodo de libre circulación. Ejercicio7_11.psimsch  Fig.7.22, fig.7.23  7.12  Rectificador  trifásico  totalmente  controlado.  Esquema  de  control  coseno.  Carga  de corriente constante. Operación a dos cuadrantes. Ejercicio7_12.psimsch  Fig.7.28, Fig.7.29  7.13  Cargador de baterías con un rectificador trifásico totalmente controlado.  Ejercicio7_13.psimsch  Fig.7.30  7.14 Accionamiento DC implementado con un rectificador trifásico totalmente controlado. Ejercicio7_14.psimsch  Fig.7.31  7.15 Conexión serie de rectificadores trifásicos. Ejercicio7_15.psimsch  Fig.7.32, Fig.7.33  7.16 Rectificador de seis fases. Ejercicio7_16.psimsch  Fig.7.34, Fig.7.35  7.17 Efecto del inductor de línea. Rectificador monofásico. Ejercicio7_17.psimsch  Fig.7.37  7.18 Efecto del inductor de línea. Rectificador trifásico. Ejercicio7_18.psimsch  Fig.7.38  7.19 PFC basado en un UC3854. Ejercicio7_19.psimsch  Fig.7.44, Fig.7.45  7.20 Aplicando la herramienta SmartCtrl para fijar parámetros de un PFC. Ejercicio7_20.psimsch  Fig.7.46  7.21 PFC controlado en corriente con banda de histéresis. Ejercicio7_21.psimsch  Fig.7.48, Fig.7.49  7.22 Configuración simple de un rectificador PWM. Ejercicio7_22.psimsch  Fig.7.52, Fig.7.53, Fig.7.54  7.23 Rectificador Vienna. Ejercicio7_23.psimsch  Fig.7.55 

 7.24 Rectificador PWM con control del factor de potencia. Ejercicio7_24.psimsch  Fig.7.56, Fig.7.57  Ejemplo:   7.11 Convertidor trifásico de media onda con diodo de libre circulación  

 

    

Capítulo VIII: Convertidores AC/AC Palabras  Claves:  monofásico.  Convertidores  trifásicos  de  media  onda  y  totalmente controlados.    Configuraciones  en  estrella  y  en  delta.  Compensador  estático  de  potencia reactiva  (VAR).    Topologías  especiales. Métodos  de  control:  control  de  fase, marca‐espacio, PWM,  SPWM,  control  en  un  ciclo  y  control  integral  de  ciclos.  Multiplicador  de  frecuencia. Convertidor matricial. Ejercicios PSIM: 24  8.1 Convertidor AC/AC monofásico de media onda. Ejercicio8_1.psimsch  Fig.8.2, Fig.8.3  8.2  Convertidor  AC/AC  monofásico  totalmente  controlado.  Carga  resistiva.  Análisis  de armónicas. Ejercicio8_2.psimsch  Fig.8.6, Fig.8.7  8.3  Convertidor  AC/AC  monofásico  totalmente  controlado.  Carga  inductiva.  Análisis  de armónicas. Ejercicio8_3.psimsch  Fig.8.9, Fig.8.10  8.4  Convertidor  AC/AC monofásico  totalmente  controlado  usando  control  integral  de  ciclos. Análisis de armónicas. Ejercicio8_4.psimsch  Fig.8.12, Fig.8.13  8.5  Convertidor  AC  trifásico  totalmente  controlado.  Operación  en  múltiples  modos.  Carga resistiva.  Ejercicio8_5.psimsch  Fig.8.16, Fig.8.17  8.6  Convertidor  AC  trifásico  totalmente  controlado.  Operación  en  múltiples  modos.  Carga inductiva.  Ejercicio8_6.psimsch  Fig.8.18  8.7 Convertidor AC trifásico de media onda. Operación en múltiples modos. Carga resistiva. Ejercicio8_7.psimsch  Fig.8.22  8.8 Convertidor AC trifásico de media onda. Operación en múltiples modos. Carga inductiva. Ejercicio8_8.psimsch  Fig.8.23, Fig.8.24  8.9 Configuración de tiristores en delta. Carga resistiva. Ejercicio8_9.psimsch  Fig.8.27, Fig.8.28  8.10 Configuración de tiristores en delta. Carga inductiva. Ejercicio8_10.psimsch  Fig.8.29 

8.11 Principio de operación de un compensador de energía reactiva. Ejercicio8_11.psimsch  Fig.8.30, Fig.8.31  8.12 Arreglo asimétrico. Convertidor trifásico con control en dos fases.  Ejercicio8_12.psimsch  Fig.8.32  8.13 Arreglo asimétrico. Convertidor trifásico con control en una fase.  Ejercicio8_13.psimsch  Fig.8.33  8.14 Arreglo asimétrico. Control en cada fase con carga conectada en configuración delta. Ejercicio8_14.psimsch  Fig.8.34  8.15 Arreglo asimétrico. Convertidor trifásico con tiristores conectados en configuración delta. Carga trifásica conectada en serie con la red AC. Ejercicio8_15.psimsch  Fig.8.35  8.16 Convertidor AC monofásico con control marca‐espacio. Ejercicio8_16.psimsch  Fig.8.37, Fig.8.38  8.17 Convertidor monofásico. Generador de pulsos bajo SPWM. Ejercicio8_17.psimsch  Fig.8.39  8.18 Convertidor monofásico. Controlador de un ciclo. Ejercicio8_18.psimsch  Fig.8.40  8.19 Convertidor monofásico. Evaluación dinámica del controlador de un ciclo. Ejercicio8_19.psimsch  Fig.8.41  8.20 Control integral de ciclos con PWM. Ejercicio8_20.psimsch  Fig.8.42  8.21 Multiplicador de frecuencia.  Ejercicio8_21.psimsch  Fig.8.43  8.22 Cicloconvertidor de trifásico con salida monofásica. Ejercicio8_22.psimsch  Fig.8.45, Fig.8.46     

8.23 Configuración simple de un convertidor matricial. Ejercicio8_23.psimsch  Fig.8.51  8.24 Convertidor matricial con número reducido de partes. Ejercicio8_24.psimsch  Fig.8.52, Fig.8.53   Ejemplo:  8.6  Convertidor  AC  trifásico  totalmente  controlado.  Operación  en  múltiples  modos.  Carga inductiva.     

 

 

   

Capítulo IX: Convertidores DC/AC Palabras  Claves: medio  puente  de  onda  cuadrada,  configuración  en  puente  H,  control  de conducción igual a π y a 2π/3, modulación de pulso simple, uniforme, PWM, SPWM Bipolar y SPWM Unipolar.  Inversor  trifásico  SPWM, HIPWM,  Eliminación  Selectiva  de  Armónicas  (tres casos), MSPWM, SVPWM. Inversor sinusoidal (filtro LC). Efecto de reflexión en accionamiento AC.  Control  con  histéresis.  Inversor  de  tres  niveles,  FC‐MLI,  inversor  Push‐pull  usando  el UC3825, controlador delta, inversor conectado a la red, inversor conectado a una carga serie resonante RLC. Inversor Fuente de Corriente (CSI). Ejercicios PSIM: 29  9.1 Convertidor monofásico de media onda. Ejercicio9_1.psimsch  Fig.9.9  9.2 Configuración monofásica tipo puente. Ejercicio9_2.psimsch  Fig.9.12  9.3 Inversor trifásico. Conducción igual a π. Ejercicio9_3.psimsch  Fig.9.15, Fig.9.16  9.4 Inversor trifásico. Conducción igual a 2π/3. Ejercicio9_4.psimsch  Fig.9.18  9.5 Generador PWM de pulso simple o uniforme. Ejercicio9_5.psimsch  Fig.9.20, Fig.9.23  9.6 Generador de múltiples pulsos (UPWM) para convertidor tipo puente.  Ejercicio9_6.psimsch  Fig.9.25, Fig.9.26  9.7 Inversor tipo puente bajo un Modulador Síncrono SPWM (SSPWM) bipolar. Ejercicio9_7.psimsch  Fig.9.31, Fig.9.32  9.8 Inversor tipo puente bajo un Modulador Síncrono SPWM (SSPWM) Unipolar. Ejercicio9_8.psimsch  Fig.9.34  9.9 Inversor trifásico basado en SPWM. Ejercicio9_9.psimsch  Fig.9.36  9.10 Inversor trifásico bajo Inyección de Tercera Armónica (HIPWM). Ejercicio9_10.psimsch  Fig.9.38, Fig.9.39    

9.11 Inversor trifásico bajo Eliminación Selectiva de Armónicas‐TLN1. Ejercicio9_11.psimsch  Fig.9.42, Fig.9.43  9.12 Inversor monofásico bajo Eliminación Selectiva de Armónicas‐SLN1. Ejercicio9_12.psimsch  Fig.9.44, Fig.9.45  9.13 Inversor monofásico bajo Eliminación Selectiva de Armónicas‐SLL. Ejercicio9_13.psimsch  Fig.9.46  9.14 Inversor monofásico bajo Modulación Sinusoidal Modificada PWM (MSPWM). Ejercicio9_14.psimsch  Fig.9.48  9.15 Inversor trifásico bajo Modulación en el Espacio del Vector de Tensión (SVPWM). Ejercicio9_15.psimsch  Fig.9.51, Fig.9.52  9.16 Procedimiento de diseño de un filtro aplicado en un inversor monofásico bajo SPWM. Ejercicio9_16.psimsch  Fig.9.62, Fig.9.63, Fig.9.64, Fig.9.65  9.17 Análisis del efecto de reflexión in un inversor trifásico bajo SPWM. Ejercicio9_17.psimsch  Fig.9.66  9.18 Configuración de un  filtro LC para  reducir el efecto de  reflexión en un  inversor  trifásico bajo SPWM. Ejercicio9_18.psimsch  Fig.9.68  9.19 Configuración de un filtro pasa bajos de doble bancada. Ejercicio9_19.psimsch  Fig.9.69  9.20 Controlador por banda de histéresis aplicado a un inversor monofásico. Ejercicio9_20.psimsch  Fig.9.71  9.21 Controlador con banda de histéresis con circuito de muestreo y retención aplicado a un inversor monofásico. Ejercicio9_21.psimsch  Fig.9.72  9.22  Inversor  de  múltiples  niveles  DC‐MLI  (Diodes  Clamping‐Multiple  Level  Inverter)  bajo SPWM. Ejercicio9_22.psimsch  Fig.9.76, Fig.9.77   

9.23 Inversor de múltiples niveles (Flying Capacitor‐MLI) bajo SPWM. Ejercicio9_23.psimsch  Fig.9.78  9.24 Inversor Push‐pull. Ejercicio9_24.psimsch  Fig.9.80  9.25 Modulador Delta aplicado a un inversor monofásico. Ejercicio9_25.psimsch  Fig.9.82  9.26 Inversor monofásico conectado a la red AC (Generación Distribuida). Ejercicio9_26.psimsch  Fig.9.84, Fig.9.85  9.27 Inversor monofásico conectado a la red AC. Control del factor de potencia. Ejercicio9_27.psimsch  Fig.9.86  9.28 Convertidor resonante con carga serie RLC. Ejercicio9_28.psimsch  Fig.9.87  9.29 Inversor Fuente de Corriente (CSI) bajo SPWM. Ejercicio9_29.psimsch  Fig.9.89, Fig.9.90  Ejemplo: 9.11 Inversor trifásico bajo Eliminación Selectiva de Armónicas‐TLN1.    

  

   

 

    

 

Capítulo X: Sistemas Electrónicos de Potencia. Análisis y simulaciones Palabras  Claves:  accionamiento DC  a  lazo  abierto,  accionamiento DC  basado  en  el  UC3842, Accionamientos DC a lazo cerrado  (dos casos), sistema de tracción. Aplicación con ventilador (dos  casos).  Control  Vectorial.  Accionamientos:  SRM,  BDCM,  and  PMDC.  Modelo  de  una bacteria de plomo‐ácido (VRLA), carga con control de corriente limitando el voltaje. Prueba de una batería de Iones de Litio. Modelo simplificado de un súper capacitor, cargador de baterías para VRLA, SMPS con el UC3844, UPS en modo de respaldo, convertidor AC/DC controlado en corriente.   Ejercicios PSIM: 23  

 10.1 Accionamiento DC a lazo abierto. Ejercicio10_1.psimsch  Fig.10.4  10.2 Accionamiento DC a lazo abierto bajo demanda de carga. Ejercicio10_2.psimsch  Fig.10.5  10.3 Accionamiento DC controlado en corriente basado en el UC3842. Ejercicio10_3.psimsch  Fig.10.6  10.4 Accionamiento DC a lazo cerrado. Opción I. Ejercicio10_4.psimsch  Fig.10.7  10.5 Accionamiento DC a lazo cerrado. Opción II. Ejercicio10_5.psimsch  Fig.10.8  10.6 Accionamiento DC aplicado a un sistema de tracción. Ejercicio10_6.psimsch  Fig.10.10, Fig.10.11, Fig.10.12  10.7 Arranque directo de un ventilador industrial. Ejercicio10_7.psimsch  Fig.10.16, Fig.10.17     10.8  Accionamiento  de  Control  Escalar.  Motor  de  inducción  acoplada  mecánicamente  a  un ventilador industrial Ejercicio10_8.psimsch  Fig.10.18, Fig.10.19  10.9 Accionamiento de Control Vectorial.  Ejercicio10_9.psimsch  Fig.10.26  10.10 Accionamiento de una Máquina Síncrona de Reluctancia (SRM). Ejercicio10_10.psimsch  Fig.10.31 

 10.11 Accionamiento de una Motor Síncrono de Imán Permanente (PMSM). Ejercicio10_11.psimsch  Fig.10.32, Fig.10.33  10.12 Accionamiento de un Motor DC sin Escobillas (BDCM o BLDC). Ejercicio10_12.psimsch  Fig.10.34  10.13 Modelo genérico de una batería de plomo‐ácido. Ejercicio10_13.psimsch  Fig.10.37, Fig.10.38  10.14 Cargador de baterías: modo de corriente constante y control de limitación de voltaje. Ejercicio10_14.psimsch  Fig.10.39  10.15 Carga a corriente constante de una batería Ión‐Litio.   Ejercicio10_15.psimsch  Fig.10.40  10.16 Descarga a corriente constante de una batería Ión‐Litio.   Ejercicio10_16.psimsch  Fig.10.40   10.17 Modelo simplificado de un ultra‐capacitor. Ejercicio10_17.psimsch  Fig.10.41  10.18 Modelo simplificado de un ultra‐capacitor de múltiples celdas. Ejercicio10_18.psimsch  Fig.10.42  10.19 Cargador de baterías basado en un convertidor DC/DC en modelo promediado. Modo de corriente constante y condición de flotación. Ejercicio10_19.psimsch  Fig.10.45, Fig.10.46, Fig.10.47  10.20 Fuente de Poder en Modo Conmutado (SMPS) basada en un UC3844. Ejercicio10_20.psimsch  Fig.10.50  10.21 UPS en modo de respaldo. Ejercicio10_21.psimsch  Fig.10.56  10.22 UPS en modo de respaldo. Regulación de voltaje. Ejercicio10_22.psimsch  Fig.10.57    

10.23 Máquina de soldar basada en un rectificador trifásico totalmente controlado.  Ejercicio10_23.psimsch  Fig.10.59  Ejemplo:  10.5 Accionamiento DC a lazo cerrado.   

 

 

 

    

Capítulo  XI:  Energías  renovables:  sistemas  fotovoltaicos  y  turbinas  de  viento.  Celdas  de combustible Palabras Claves: Turbinas de viento: BDCM, PMSG y DFIG. Modelo de una celda solar, análisis paramétrico. MPPT: circuito simple, P&O, HC e Inc‐Cond. Cargador solar de baterías y bomba solar.  Modelo  de  una  PEMFC.  Conexión  de  una  PEMFC  a  un  convertidor  DC/DC  elevador. Conexión  PEMFC‐DC/DC‐DC/AC.  Generación  distribuida  usando  una  PEMFC. Modelo  de  una SOFC. Conexión SOFC‐DC/DC‐accionamiento DC/AC. PSIM exercises: 17  

 11.1  Turbina  de  viento  basada  en  un  BDCM  (Brushless  DC  Machine)  con  banco  de almacenamiento. Ejercicio11.1.psimsch  Fig.11.19  11.2 Turbina de viento basada en un PMSG (Permanent Magnet Synchronous Generator). Ejercicio11.2.psimsch  Fig.11.20, Fig.11.21  11.3 Turbina de viento basada en un PMSG. Fijando Ids=0. Ejercicio11.3.psimsch  Fig.11.22  11.4 Turbina de viento basada en una DFIG (Double Fed Induction Machine). Ejercicio11.4.psimsch  Fig.11.23, Fig.11.24  11.5 Modelo funcional de una celda fotovoltaica. BP 3175. Ejercicio11.5.psimsch  Fig.11.44, Fig.11.45  11.6  Modelo  físico  de  una  celda  solar.  Solarex  MSX60.  Análisis  paramétrico  bajo  radiación variable. Ejercicio11.6.psimsch  Fig.11.46, Fig.11.47  11.7 Configuración simple de un circuito MPPT (Seguimiento del Punto de Máxima Potencia). Ejercicio11.7.psimsch  Fig.11.48  11.8 Método MPPT de Perturbación y Observación. Ejercicio11.8.psimsch  Fig.11.50, Fig.11.51  11.9 Método MPPT  de Conductancia Incremental. Ejercicio11.9.psimsch  Fig.11.52  11.10 Cargador solar de baterías.  Ejercicio11.10.psimsch  Fig.11.53  

11.11 Sistema de bombeo solar. Ejercicio11.11.psimsch  Fig.11.54, Fig.11.55  11.12 Celda de combustible con Membrana para Intercambio de Protones (PEMFC). Ejercicio11.12.psimsch  Fig.11.61, Fig.11.62  11.13 PEMFC conectada a un convertidor elevador. Ejercicio11.13.psimsch  Fig.11.63, Fig.11.64  11.14 Generación AC usando una PEMFC. Ejercicio11.14.psimsch  Fig.11.65  11.15 Generación distribuida bajo una PEMFC. Ejercicio11.15.psimsch  Fig.11.66  11.16 Celda de combustible de Óxido‐Sólido (SOFC). Ejercicio11.16.psimsch  Fig.11.69, Fig.11.70, Fig.11.71  11.17 Accionamiento AC drive basado en una SOFC. Ejercicio11.17.psimsch  Fig.11.72     

 Ejemplo: 11.11 Sistema de bombeo solar  

 

    

  Apéndice Ejercicios: 11 (PSIM, PSCAD y PSpice)  A.1  Herramienta  SmartCtrl  aplicada  al  diseño  de  la  etapa  de  regulación  de  un  convertidor reductor.  EjercicioA_1.psimsch  A.2 Modelando una lámpara HID (High‐Intensity Discharge Lamp). EjercicioA_2.psimsch  A.3 Circuito de sincronismo basado en PSCAD.  A.4 Circuito de control de fase basado en PSCAD.  A.5 Generador trifásico de pulsos usando el PSCAD.  A.6 Accionamiento DC con IGBT usando un convertidor reductor. Herramienta PSCAD.  A.7  Generador  de  pulsos  aplicado  a  un  rectificador  trifásico  totalmente  controlado. Herramienta PSCAD.  A.8 Modo de generación de una máquina DC.  A.9 Amplificador de pulsos. Herramienta PSpice.  A.10 Generador de rampa. Herramienta PSpice.  A.11 Controlador AC Delta. Herramienta PSpice.     

Ejemplo: A.1 Usando  el  SmartCtrl  en  el  diseño  de  la  etapa  de  regulación  de  un  convertidor  reductor DC/DC   

 

 

//SmartCtrl parameters //Outer Regulator parameters R2 = 2.77781k Ohm C2 = 2.65267u F Vref = 2.5 V Vp = 3 V R11 = 10k Ohm //Outer Sensor parameters Ra = 9.5k Ohm Rb = 500 Ohm //Power Stage parameters R = 10 Ohms RC = 50m Ohms 

C = 612u F IC_C = 50 V RL = 1n Ohms L = 5m H IC_L = 5 A Vin = 100 V //Modulator parameters Vpp = 2 V fsw = 2k Hz Dramp = 800m Vv = 1 V //Other parameters fdc = 15 Hz  <<<<<<<<<<<<<<<<  INPUT DATA >>>>>>>>>>>>>>>> INPUT DATA  Single loop     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐     Frequency range (Hz) : (1, 999 k)     Cross frequency (Hz) = 15     Phase margin     (°) = 122     Plant     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         Buck (voltage mode controlled)         R (Ohms)  = 10         L    (H)  = 5 m         RL(Ohms)  = 1 n         C    (F)  = 612 u         RC(Ohms)  = 50 m         Vin  (V)  = 100         Vo   (V)  = 50         Fsw (Hz)  = 2 k         Steady‐state dc operating point         ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         Mode      = Continuous         Duty cycle= 0.5         Vcomp(V)  = 2.25         IL   (A)  = 5         ILmax(A)  = 6.25         ILmin(A)  = 3.75         Io   (A)  = 5         Vo   (V)  = 50     Sensor     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         Voltage divider         Vref/Vo  = 0.05     Regulator     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         PI         Gmod      = 0.4         R11(ohms) = 10000         Vp(V)     = 3 

        Vv(V)     = 1         tr(sec)   = 0.0004         Vref(V)   = 2.5         Steady‐state dc operating point         ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         IC_C2(V)  = 250m <<<<<<<<<<<<<<<<  RESULTS >>>>>>>>>>>>>>>>>>> RESULTS     Regulator (Analog):     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         Kp         = 277.781 m         Kint       = 7.36863 m         R2  (Ohms) = 2.77781 k         C2  (  F ) = 2.65267 u         fz  ( Hz ) = 21.599         fi  ( Hz ) = 5.99979         b2  ( s^2) = 0         b1  ( s  ) = 0.00736863         b0         = 1         a3  ( s^3) = 0         a2  ( s^2) = 0         a1  ( s  ) = 0.0265267         a0         = 0     Sensor:     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         Ra  (Ohms) = 9.5 k         Rb  (Ohms) = 500         Pa (Watts) = 237.5 m         Pb (Watts) = 12.5 m     Loop performance parameters:     ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         PhF ( Hz ) = out of frequency range under study         GM  ( dB ) = ...         Atte( dB ) = ‐37.146