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LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Campus Politécnico "J. Rubén Orellana R."
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Carrera de Ingeniería Electrónica y Control
LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS
PRÁCTICA N°9
1. TEMA
CONVERSORES DC-DC EN DOS CUADRANTES
2. OBJETIVOS
2.1. Analizar la operación de los circuitos troceadores en dos y cuatro cuadrantes
teniendo como carga un motor DC serie.
3. INFORMACIÓN
En un troceador reductor (de un cuadrante), cuando el interruptor está cerrado el voltaje
en la carga es E; y cuando está abierto es 0. Entonces, tanto el valor medio del voltaje
como de la corriente en la carga son positivos y la potencia fluye desde la fuente
hacia la carga. Esta configuración es utilizada para la operación de una máquina D.C.
motor.
En el troceador que opera en el segundo cuadrante, el voltaje en la carga es 0 cuando el
interruptor está cerrado y es E cuando está abierto. Por tanto, la corriente proviene de la
carga. En vista de que el voltaje en la carga es positivo y la corriente de carga es
negativa, la potencia fluye de la carga a la fuente. Esta configuración es usada para
realizar un frenado regenerativo de una máquina D.C.
En el sistema de freno regenerativo, cuando el interruptor está cerrado, los terminales
del motor están virtualmente cortocircuitados. La corriente de armadura se eleva y la
energía es almacenada en la bobina conectada en serie a la armadura. Cuando el
interruptor está abierto la corriente de armadura es forzada a circular hacia la fuente. La
energía almacenada en el reactor de la armadura es, entonces, devuelta a la fuente.
Si se utiliza un motor serie, el reactor en serie con la armadura puede suprimirse. El
bobinado del campo serie almacena la energía durante el intervalo en el que el
interruptor está cerrado y devuelve energía a la fuente cuando está abierto.
Dirección: Ladrón de Guevara E11-253
Teléfono: (02) 2976300 Ext.2209
Quito - Ecuador
Correo: coord.electronica.control@epn.edu.ec
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Los dos troceadores antes mencionados se combinan en el troceador de dos
cuadrantes, llamado pulsador de Clase C (Figura 1). En esta configuración la dirección
de la corriente en la carga es reversible. Es positiva si está activado el interruptor S1 o
conduce el diodo D1 y es negativa si se activa el interruptor S2 o conduce el diodo D2.
Como el voltaje de la carga es positivo, la potencia puede tener cualquier sentido; el flujo
de potencia es reversible. Esta configuración de troceador puede utilizarse para accionar
una máquina D.C. como motor o para implementar un sistema de frenado regenerativo.
Figura 1. Conversor DC - DC en dos cuadrantes.
Un conversor trabaja en cuatro cuadrantes cuando el voltaje y la corriente pueden ser
positivos o negativos, se lo conoce como pulsador de Clase E (Figura 2). Se puede
obtener un conversor de cuatro cuadrantes combinando dos de Clase C.
Cuando S1 y S4 están encendidos se aplica un voltaje positivo a la carga, la corriente
fluye desde la fuente en la dirección indicada por iL, en este caso el conversor trabaja en
el primer cuadrante. Si se controla el interruptor S1 el conversor trabaja como reductor y
D2 actúa como diodo de recuperación inversa.
Para trabajar en el segundo cuadrante, se controla la conmutación del interruptor S2.
Cuando S2 está encendido el diodo D4 trabaja y la carga empieza a almacenar energía,
la misma que es devuelta a la fuente a través de los diodos D2 y D4 una vez que se
apague al interruptor S2.
Con este conversor es posible también implementar un pulsador de clase D, operación
en el primer y cuarto cuadrante (Corriente siempre positiva). Activando los
interruptores S1 y S4, el voltaje y la corriente son positivos en la carga. Si son
desactivados, la corriente de la carga seguirá siendo positiva (carga altamente inductiva),
los diodos D2 y D3 proporcionan una trayectoria para la corriente de carga y su voltaje se
invierte.
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Figura 2. Conversor DC - DC en cuatro cuadrantes
4. TRABAJO PREPARATORIO
4.1. Analizar el principio de operación y la secuencia de funcionamiento de la
configuración de troceador de dos cuadrantes mostrada en la Figura.3, con
control no simultáneo.
Figura 3. Troceador tipo A
En el troceador principal, la relación de trabajo debe ser controlada con el
método de "modulación por ancho de pulso". El troceador auxiliar deberá
conmutar en función del valor de la corriente de frenado de la máquina de tal
manera que esta se mantenga entre dos límites predeterminados: Imáx e Imín;
es decir, un control de dos posiciones.
4.2. Diseñar y traer armado el circuito de control y potencia del troceador tipo A,
para manejar un motor DC de 180V, 5 A, el control de rizado será diseñado
para una corriente de 250mA ±10%.
4.3. Analizar el principio de operación y la secuencia de funcionamiento de la
configuración de troceador en cuatro cuadrantes mostrada en la Figura 2.
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5. EQUIPO Y MATERIALES
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2 Autotransformadores monofásicos
2 Cables para variac
2 Puente de diodos
1 Capacitor (200 Vdc mín.)
Fuente de poder
Grupo motor – generador de DC
Resistencia de 1Ω / 10W
Multímetro
Osciloscopio
2 puntas de prueba
Sonda de corriente
6. PROCEDIMIENTO
6.1. Armar el circuito de potencia completo del troceador en dos cuadrantes,
probar por etapas el mismo.
6.2. Probar el circuito de fuerza correspondiente al troceador en el primer
cuadrante. Acoplar la etapa respectiva del circuito de control y probar el
funcionamiento del conjunto utilizando como carga la máquina DC como
MOTOR.
6.3. Habilitar el circuito de fuerza correspondiente al troceador en el segundo
cuadrante. Acoplar el circuito de control y probar el funcionamiento del
conjunto utilizando la máquina DC como generador. Tomar las formas de
onda de voltaje y corriente en todos los puntos y ramas de interés para
diferentes valores de voltaje medio en el generador, y para diferentes valores
de corriente media y rizado en la corriente de frenado.
6.4. Tomar formas de onda de voltaje y corriente tanto en la entrada como en la
salida del módulo disponible en el laboratorio que corresponde al conversor
DC-DC cuatro cuadrantes.
7. INFORME
7.1. Analizar y comentar las formas de onda obtenidas e incluir los circuitos
diseñados con sus valores experimentales.
7.2. Presentar las formas de onda obtenidas en el laboratorio.
7.3. Comentar los resultados obtenidos en la práctica.
7.4. Conclusiones y Recomendaciones
7.5. Bibliografía.
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8. REFERENCIAS
[1] M. Rashid, “Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and Applications,” USA:
Elsevier, 2011.
[2] Ned Mohan, "Power Electronics, a First Course", John Wiley & Sons, Inc. USA
2012, ISBN13: 978-1118074800
[3] M. Rashid, "Electrónica de Potencia," 3ra edición Prentice Hall, 2010, ISBN-10:
9702605326
Responsable:
Ing. Santiago Chaglla
Revisado por:
Nelson Sotomayor, MSc.
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