Manual de Practica
Manual de Practica
Manual de Practica
Electrnica de Potencia
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ITSON Instituto Tecnolgico de Sonora
5 de Febrero 818 Sur. C.P. 85000
Ciudad Obregn, Sonora, Mxico.
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Contenido
Prctica I. Utilizacin del equipo bsico de medicin para el laboratorio de electrnica de potencia.
Prctica VIII. Implementacin de un inversor monofsico medio puente con tensin de salida
rectangular.
Prctica IX. Implementacin de un inversor monofsico medio puente con tensin de salida modulada
en anchura de pulso senoidal.
Prctica XI. Implementacin de un inversor trifsico con modulacin por anchura de pulso senoidal.
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Instituto Tecnolgico de Sonora
Electrnica de Potencia
Prctica I
Objetivo
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Antecedentes tericos
Multmetro
Medicin de resistencias
Precaucin:
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Figura 1.1 Medidor de resistencia.
Dado que la corriente de prueba del medidor fluye a travs de todos los caminos
posibles entre las puntas de las sondas, el valor medido de una resistencia en un circuito
frecuentemente es diferente al valor nominal de la resistencia.
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Medicin de tensin
Medicin de tensin ca
El medidor presenta los valores de tensin ca como lecturas rms (raz cuadrada de la
media de los cuadrados, valor eficaz). El valor rms es la tensin cd equivalente que
disipara la misma cantidad de calor en una resistencia que la tensin medida. El medidor
realiza lecturas de valor eficaz (rms) real, que son exactas para ondas sinusoidales y otras
formas de ondas (sin compensacin en cd), tales como ondas cuadradas, ondas triangulares,
y ondas escalonadas para en el caso de tensin de ca con compensacin de cd, utilice ca+cd
=V.
Medicin de tensin cd
Configure el medidor para medir tensin cd tal como se muestra en la figura 1.2.
Todas las funciones o modos de los botones pulsadores estn disponibles para la lectura
estndar de tensin cd.
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Figura 1.2. Forma de medir tensin en ca y en cd.
Medicin de corriente
Nota: Para evitar fundir el fusible de 440 mA del medidor, utilice la terminal
mA/A solamente si est seguro que la corriente es mayor que 400 mA.
Para medir corriente alterna, configure el medidor tal como se muestra en la figura
1.3.
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Medicin de corriente continua.
Para medir corriente continua, configure el medidor tal como se muestra en la figura
1.4.
Osciloscopio
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Los osciloscopios tambin pueden ser analgicos digitales. Los primeros trabajan
directamente con la seal aplicada, sta una vez amplificada desva un haz de electrones en
sentido vertical proporcionalmente a su valor. En contraste los osciloscopios digitales
utilizan previamente un conversor analgico-digital (A/D) para almacenar digitalmente la
seal de entrada, reconstruyendo posteriormente esta informacin en la pantalla.
Los mandos ms usuales del osciloscopio son el On/Off, control de intensidad del
haz de electrones, el enfoque, centrado horizontal y vertical, amplitud vertical y horizontal,
selector de base de tiempos y sincronismo exterior o interior.
Controles
o BRIGHT
Controla la intensidad lumnica (o brillo) de la pantalla. Esto es muy til ya que los
osciloscopios (a diferencia de las computadoras) no disponen de protector de pantalla.
Entonces, si deja un trazo brillante en la pantalla durante tiempos muy largos, puede
suceder que esa imagen quede quemada sobre la superficie fluorescente del tubo
quedando permanentemente visible, incluso con el instrumento apagado. Si desea (o
necesita) dejar el instrumento conectado mucho tiempo con una seal esttica ser
necesario bajar el brillo del trazo al mnimo para evitar este inconveniente. Cabe aclarar
que la superficie quemada est en el interior del tubo, no pudiendo ser reparado de ninguna
forma.
o Focus
Este mando permite ajustar la definicin del trazo. Un trazo fuera de foco se ve
difuso y poco definido, mientras que un trazo enfocado correctamente permite una clara y
rpida visualizacin.
o Graticule
Este control permite iluminar una escala (o grilla) que facilita la medicin de la
seal visualizada. Usualmente es una pelcula plstica colocada sobre la superficie del tubo
la cual est dibujada con una matriz de cubos de 1 cm2, generalmente con lneas punteadas.
Comparando la matriz con la forma de onda, es posible efectuar la medida tanto de tensin
como de frecuencia. Si el control se apaga la grilla no ser visible.
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o Trace
o Trigger level
Un trazo que exhibe una forma de onda sin el uso del TRIGGER (o disparador) se
desplaza de forma similar que lo hace un sistema de TV cuando su sistema de traba
horizontal est desajustado. El trigger detiene el trazo de una seal, hasta que una
determinada parte de la forma de onda aparezca. Esto produce que el tubo se borre
exactamente en el punto adecuado de la forma de onda para que sta parezca estacionaria o
quieta en un mismo lugar, facilitando su comprensin. Este control, por consiguiente,
permite establecer el punto de la forma de onda donde debe actuar.
o Trigger selector
o Timebase
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La velocidad con la que se dibuja un trazo en la pantalla del tubo puede ser ajustada
con el control TIMEBASE. ste est calibrado en segundos (s), milisegundos (ms = 0.001
segundos) o microsegundos (s = 0.000001 segundos).
o Input level
o Position
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Desarrollo experimental
a Alimente tres resistencias en serie con una fuente de cd y entonces compruebe la ley
de voltajes de Kirchhoff.
b Alimente 3 resistencias en paralelo con una fuente de voltaje con las caractersticas
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del punto a y entonces compruebe la ley de corrientes de Kirchhoff.
d Con el canal uno del osciloscopio en la fuente de excitacin y con el canal dos en el
capacitor haga un barrido en frecuencia comenzando desde 100 Hz hasta 1 MHz y
anote que le pasa a la magnitud y a la fase del voltaje en el capacitor. Llene la tabla
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1.1 sin cambiar la amplitud del voltaje del generador.
e A partir de los datos obtenidos en la tabla 1.1 construya las grficas de Bode de
Magnitud y Fase y anote sus observaciones.
Bibliografa
Savant, C. J., Roden, M., & Carpenter, G. (1992). Diseo electrnico. Adisson Wesley 2.
Edicin Mxico.
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Electrnica de Potencia
Prctica II
Objetivo
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Antecedentes tericos
Desarrollo experimental
a. Ingresar a todos los programas, ir a la carpeta Cadence Switch Released 17.2 2016 y
elegir Capture CIS Lite
b. Seleccionar New Project
c. Poner nombre a su archivo: Name: curvadiodo
d. Seleccionar Analog or Mixed A/D
e. En location Crear una carpeta dentro de Cadence a la cual le pueden llamar:
PRACTICAS
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f. Dar click en ok.
g. Elegir create a blank proyect.
Figura 2.1. Circuito para obtener la curva voltaje-corriente del diodo D1N4002.
h. Dar doble clic al valor de voltaje de la fuente de corriente directa y ponga 0.8Vdc.
i. Ponga un marcador de corriente en el nodo del diodo.
j. Realice la simulacin en PSpice => New Simulation Profile => Create
k. En Analysis establezca los valores de la figura 2.2.
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Figura 2.2. Parmetros de simulacin para el circuito de la figura 1.
a. Dibuje el circuito de la figura 2.3 para obtener la grfica v-i del MOSFET.
b. Para insertar el IRF150 es necesario agregar la librera como se hizo para el caso
del diodo, indicado en el paso b del apartado anterior.
M1 V1
10Vdc
I
V2 IRF150
6Vdc
c. Elija PSpice => New Simulation Profile y establezca los valores de la figura 2.4.
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Figura 2.4. Parmetros de simulacin para el circuito de la Figura 3 (fuente VGS).
.
a. Establezca un marcador de corriente en el drenaje del transistor MOSFET.
b. Visualice las curvas V-I del transistor Mosfet.
c. Determinar la potencia disipada del transistor cuando conduzca 40 A de drenaje a
fuente.
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Circuito con diodo
500
V1 = 0 V1
V2 = 100 D7
I
TD = 0
TR = 0.25u D1N4002
TF = 0.25u
PW = 0.25ms
PER = 0.5ms 0
Figura 2.6. Circuito con diodo para medir el tiempo de recuperacin inversa.
b. Establecer 1mS como tiempo de simulacin y 0.01uS como Maximum Step Size
como en la figura 2.7.
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d. Poner un marcador de corriente en el diodo y determinar el tiempo de recuperacin
inversa.
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R2
V2
R1 M1 V
75Vdc
I
10
IRF150
V1 = 0 V1
V2 = 15
TD = 0
TR = 0.23U
TF = 0.25U
PW = 5U 0
PER = 10U
Figura 2.9. Circuito con Mosfet en modo conmutacin para medir el tiempo de encendido y
apagado.
Figura 2.11 (a) Circuito para verificar la conmutacin del MOSFET, (b) formas de onda tpicas de
conmutacin del MOSFET.
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umbral. Si VGSVT, el transistor se desactiva. El tiempo de encendido es td(enc) + tr y el
tiempo de apagado se considera como td(apag)+ tf.
Bibliografa
Savant, C. J., Roden, M., & Carpenter, G. (1992). Diseo electrnico. Adisson Wesley 2.
Edicin Mxico.
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Electrnica de Potencia
Prctica III
Objetivo
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Antecedentes tericos
Casi toda la energa elctrica se produce en generadores trifsicos y se transmite por lneas
de transmisin trifsicas. El rectificador trifsico es muy utilizado en aplicaciones de alta
energa. La figura 3.1 muestra un rectificador trifsico de onda completa. Los diodos estn
numerados en orden de secuencia de conduccin, cada uno de ellos conduce durante 120.
La secuencia de conduccin de los diodos es 12, 23, 34, 45, 56 y 61. El par de diodos
conectados entre el par de lneas de alimentacin que tengan la diferencia de potencial
instantneo ms alto de lnea a lnea sern los que conduzcan.
Vcd = 1.654 Vm
Vrms = 1.6554 Vm
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Si la carga es resistiva, la corriente pico a travs del diodo es Im = 3 Vm / R y el
valor rms de la corriente del diodo es:
Ir = 0.5518 Im
el valor rms de la corriente secundaria del transformador es:
Is = 0.7801 Im
donde Im es la corriente de lnea pico del secundario.
Desarrollo experimental
a. Ingresar a todos los programas y elegir Orcad Family Released 9.2 Lite Edition.
b. Ingresar a Cadence Release 17.2 - 2016
c. Seleccionar File=> New => Project
d. Poner nombre a su archivo: Name: rectrifasico
e. En location Crear una carpeta dentro de ORCADLITE a la cual le pueden llamar:
PRACTICAS
f. Dar click en ok.
g. Elegir create a blank proyect.
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Figura 3.2. Circuito del rectificador trifsico en Pspice.
Simulacin
Figura 3.3. Parmetros de simulacin del circuito del circuito de la figura 3.2.
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Resultados
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Bibliografa
Savant, C. J., Roden, M., & Carpenter, G. (1992). Diseo electrnico. Adisson Wesley 2.
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Electrnica de Potencia
Prctica IV
Objetivo
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Antecedentes tericos
D1 D3
is
R vo
vg vs
D4 D2
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1
y f es la frecuencia del voltaje de red, y si no se consideran prdidas en el
T
rectificador, se pueden calcular los parmetros de rendimiento del rectificador de la
siguiente forma:
T 2
2 2Vm
Vocd
T
0
Vm sen t dt
0.6366 Vm (4.1)
1 2
2 T 2
V sen t 0.707Vm
2
Vorms m (4.2)
T 0
Pocd
; (Eficiencia de rectificacin) (4.4)
Poca
Vorms
FF ; (Factor de forma) (4.6)
Vocd
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RF FF 2 1 ; (Factor de rizo) (4.7)
Pocd
TUF ; (Factor de utilizacin del transformador) (4.8)
Vs I srms
rms
1 2
I
2
HF rms 1
s
; (Factor de armnico de la corriente de entrada) (4.10)
I s1rms
I s1rms
PF cos ; (Factor de potencia) (4.11)
I srms
Vm
Vor ( pp ) (4.12)
2f R C
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El voltaje promedio en la carga est dado por:
Vm
Vocd Vm (4.13)
4f RC
Vm
Voca (4.14)
4 2 f RC
Voca 1
RF (4.15)
Vocd 2 (4 f R C 1)
1 1
C 1 (4.16)
4f R 2 RF
Cantidad Material
1 Multmetro
1 Osciloscopio
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1 Resistencia de carga de 50 (resistencia con base metlica)
1 Inductor 600 mH
4 Diodos 1N4007
1 Protoboard
Desarrollo experimental
D1 D3
is
R vo
vg vs
D4 D2
c. Obtenga la forma de onda del voltaje de salida vo en el osciloscopio. Tome una foto
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de la seal y anote la escala de voltaje y de tiempo utilizada para poder agregarla al
reporte.
d. A partir de la forma de onda del voltaje de salida, calcule Vorms , Vocd , Voca , el factor
de forma FF, el factor de rizo RF. Incluya en el reporte las ecuaciones, la
sustitucin de los valores obtenidos en las ecuaciones y el resultado final.
a. Disee un filtro capacitivo para el circuito de la figura 4.3, con un factor de rizado
mximo RF de 5%. Utilizar la ecuacin (4.16) con RF=0.05.
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io
D1 D3
is
C RL vo
vg vs
D4 D2
c. Mida, con un multmetro, el valor de corriente efectiva de salida I orms y del voltaje
efectivo en la carga Vorms . Incluir en el reporte.
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io
D1 D3
is
L vo
vg vs
RL
D4 D2
c. Mida, con un multmetro, la corriente rms en la carga I orms y el voltaje rms de salida
Vorms .
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Tabla 4.1. Parmetros de calidad de energa del rectificador monofsico.
Rectificador con
carga resistiva
Rectificador con
filtro capacitivo
Rectificador con
carga inductiva
Bibliografa
Savant, C. J., Roden, M., & Carpenter, G. (1992). Diseo electrnico. Adisson Wesley 2.
Edicin Mxico.
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Electrnica de Potencia
Prctica V
EL SCR y el TRIAC
Objetivo
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Antecedentes tericos
El SCR tiene tres terminales: nodo, ctodo y compuerta. La Figura 5.1 muestra el
smbolo de este tiristor.
G
K
MT1
MT2
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Material y equipo empleado
Cantidad Descripcin
1 Fuente de cd
1 Osciloscipio
1 SCR C106B0
1 TRIAC SC146B
2 Diodos 1N4007
1 Transformador 110/12 V
1 Resistencia 100
1 Resistencia 470
1 Resistencia 1k
1 Resistencia 2.2k
1 Potencimetro 1 k
1 Foco de 12 V, 4W.
2 LEDs
1 Capacitor 0.047 F
El SCR en condiciones de cd
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En cada uno de los pasos siguientes verifique el estado de encendido o apagado del
foco.
Foco
R1
12V
SW1
SW2
R2
c. Con los dos interruptores abiertos, SW1 y SW2, aplique el voltaje de cd al circuito.
El TRIAC en condiciones de cd
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Foco
R1
MT 1
12V
G MT 2
SW1
SW2
R2
b. Con los dos interruptores abiertos, SW1 y SW2, aplique el voltaje de cd al circuito.
El SCR en condiciones de ca
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Foco
1k
LEDs
R1
127Vca
12Vca
60Hz
A
G K
SW1
R2
El TRIAC en condiciones de ca
a. Implemente el circuito de Figura 5.6 con el interruptor SW1 abierto. Utilice R1=100
y R2=470 .
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Foco
1k
1 2 3
SW1
LEDs
R1
127Vca
12Vca
60Hz
MT1
G
MT2
R2
Foco
2.2k
1k
MT1
G
127Vca MT2
12Vca
60Hz
0.047 F
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e. Conecte el osciloscopio en paralelo con el foco.
Actividades complementarias
Bibliografa
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Electrnica de Potencia
Prctica VI
Objetivo
53 de 109
Antecedentes tericos
Reguladores reductores.
Reguladores elevadores.
Reguladores reductores-elevadores.
Regulador reductor
Vo
D (6.1)
Vi
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ton
encendido del transistor y el periodo de conmutacin D
Ts
I i DI o (6.2)
Vo (1 D)
L (6.3)
f s I L
Vo (1 D)
C (6.4)
8 L Vo f s 2
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Material y equipo empleado
Cantidad Descripcin
1 Osciloscopio
1 Fuente de cd
1 Multmetro
2 Diodo 1N4148
1 CI 7L494
1 CI IR2110
3 Capacitores de 100nF
1 Resistencia de 4.7 k @ W
2 Resistencias de 5.6k @ W
1 Resistencia de 10 @ W
1 Capacitor de 0.1 uF
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1 Resistencia de carga de 18 @ 5 W.
Desarrollo experimental
b Implemente la configuracin de una sola salida del CI TL494 (ver figura 6.1).
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4.7 k
Vpwm
0.1 uF
Vvariable
+
1N4148 Vcontrol
Figura 6.1. Configuracin del CI TL494 para generar el PWM del convertidor reductor.
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ms cercano a los pines correspondientes del CI IR2110.
+
Vgs
+
Vpwm
f Con el osciloscopio flotado, mida el voltaje de disparo entre compuerta y fuente del
MOSFET, Vgs.
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obtenido.
Nota: medir el voltaje Vi con multmetro para cada valor del voltaje de
control Vcontrol.
Tabla 6.1. Datos para graficar la relacin entre la ganancia del convertidor y el voltaje de control.
Vcontrol Vi Vo Vo/Vi
0.4
0.8
1.2
1.4
1.8
2.2
60 de 109
2.6
2.8
Vo
c Explique la funcin de transferencia del convertidor reductor ( D ).
Vi
Bibliografa
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Electrnica de Potencia
Prctica VII
Objetivo
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Antecedentes tericos
Reguladores reductores.
Reguladores elevadores.
Reguladores reductores-elevadores.
1
Vo Vi (7.1)
1 D
Vi D
L (7.2)
f I
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Para el clculo del capacitor se utiliza la ecuacin:
Io D
C (7.3)
f Vc
Cantidad Descripcin
1 Osciloscopio.
1 Multmetro.
1 Fuente de voltaje.
1 Protoboard.
1 CI TL494.
1 CI IR2110.
1 MOSFET IRF840.
1 Diodo MUR860.
1 Resistencia de 4.7 k Watt.
1 Capacitor de 1 F a 63 V.
1 Capacitor de 1000 F a 50 V.
1 Inductor (L=1 mH).
1 Resistencia de carga (RL=150 ) Base metlica.
2 Resistencia de 5.6 k a Watt
1 Resistencia de 10 a Watt
2 Capacitores de 100 nF.
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Desarrollo experimental
4.7 k
Vpwm
0.1 uF
Vvariable
+
1N4148 Vcontrol
65 de 109
+
Vgs
+
Vpwm
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Tabla 7.1. Datos para graficar la relacin entre la ganancia del convertidor y el voltaje de control
Vcontrol Vi Vo Vo/Vi
0.4
0.8
1.2
1.4
1.8
2.2
2.6
2.8
Nota: Medir el voltaje Vi.
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Bibliografa
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Electrnica de Potencia
Prctica VIII
Objetivo
69 de 109
Antecedentes tericos
De forma ideal, las formas de onda del voltaje de salida de un inversor deberan ser
senoidales. Sin embargo, en los inversores reales no son senoidales y contienen ciertas
armnicas. Para aplicaciones de mediana y baja potencia, se pueden aceptar los voltajes de
onda cuadrada o casi cuadrada; para aplicaciones de alta potencia, son necesarias las formas
de onda senoidales de baja distorsin. Dada la disponibilidad de los dispositivos
semiconductores de potencia de alta velocidad, es posible minimizar o reducir
significativamente el contenido armnico del voltaje de salida mediante las tcnicas de
modulacin.
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Figura 8.1. Circuito inversor bsico.
Para evitar un corto circuito se debe asegurar que los transistores M1 y M2 no estn
activos simultneamente.
2Vcc
Vo
n 1,3,5.... n
sen n t (8.1)
Para n impar y
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Vo=0 para n par
2Vs
V1 0.45Vcc (8.2)
2
Cantidad Descripcin
1 Osciloscopio
1 Generador de funciones
2 Mosfet IRFF840
1 Diodo MUR860
1 Multmetro
1 Protoboard
1 Fuente de C.D.
1 IR2110
1 CI 74LS14
2 Diodos 1N4148
72 de 109
2 Resistencias de 1 k
2 Resistencias de 10
1 Capacitor de 10 uF
2 Capacitores de 1000 uF
2 Capacitores de 10 nF cermicos
Desarrollo experimental
a. Utilice el generador de funciones para entregar una seal de disparo TTL con una
frecuencia de fo=60 Hz y un ciclo de trabajo del 50 %. El periodo de la seal ser
To= 16.66 ms y el ancho de pulso activo ser de ton=8.33 ms. Es importante trabajar
el osciloscopio en el transcurso de la prctica en acoplamiento en cd.
b. A partir de la seal del generador de funciones se necesita obtener dos seales de
disparo, una para cada transistor del inversor medio puente, para esto se utiliza un
inversor lgico de tal forma que se obtenga la seal complementaria. Tambin es
necesario asegurar que exista tiempo muerto, esto se logra implementando el
circuito de la figura 8.3.
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D
Generador
de f unciones
CI CI CI
5V
8.33ms 1k +
10nF
8.33ms S2
t
D: 1N4148 -
D
CI: 74LS14
CI CI CI
+
1k
10nF S1
Figura 8.3. Circuito de generacin de disparo para el inversor medio puente con tensin de salida
rectangular.
c. Una vez implementado el circuito de la figura 8.3 y aplicando la seal del generador
de funciones, mida en el osciloscopio las seales S1 y S2. Compruebe que las
seales tienen la frecuencia y ciclo de trabajo deseado y que sean complementarias.
d. Una vez que se tienen las seales de disparo complementarias y con tiempo muerto
se aplicarn al circuito inversor. Implemente el circuito inversor medio puente de la
figura 8.4.
e. Aplique las seales de disparo S1 y S2 de la figura 8.3 al circuito de la figura 8.4.
f. Con una sola punta del osciloscopio observe el disparo entre compuerta y fuente del
transistor M2, VgsM2.
g. Utilizando nicamente un canal del osciloscopio observe el voltaje de disparo del
transistor M1, VgsM1. Incluir la forma de onda en el reporte indicando claramente la
escala de tiempo y de voltaje.
h. Utilizando nicamente un canal del osciloscopio observe el voltaje de salida del
inversor, Vo. Incluir la forma de onda en el reporte.
i. Mida con el multmetro el voltaje de salida rms. Calcule el voltaje de salida
promedio.
j. Mida con el medidor de potencia FLUKE 39 la distorsin armnica del voltaje de
salida, Vo. %THD-R (distorsin armnica total como porcentaje del valor efectivo
total).
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k. Utilicen el modo de visualizacin de armnicos del FLUKE 39, para obtener el
valor rms de los armnicos del voltaje de salida.
l. Dibuje el espectro de frecuencia del voltaje de salida indicando el valor rms de cada
armnico.
m. Identifique, del espectro de frecuencia del voltaje de salida, la armnica de orden
ms bajo (LOH).
n. Llene la tabla con los datos del medidor de potencia.
Seal rectangular
5V 15 V
10 M1 1000 uF
8 7
100nF 9 6 +
VgsM1
S1 10uF + Vo - 15V
10 5 -
11 4
S2 12 3 MUR860
100nF
13 2 M2
10 1000 uF
14 1
+
VgsM2
-
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Bibliografa
Holmes, D. G., & Lipo, T. A. (2003). Pulse width modulation for power converters:
principles and practice (Vol. 18). John Wiley & Sons.
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Electrnica de Potencia
Prctica IX
Objetivo
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Antecedentes tericos
Vreferencia Vtriangular
1/f
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Figura 9.1. Comparacin de la seal de referencia y seal triangular para el inversor monofsico
medio puente modulado en anchura de pulso senoidal.
La figura 9.2 muestra el diagrama esquemtico del inversor medio puente. En este
diagrama no se incluye la generacin de tiempo muerto ni los drivers.
+
Vcd
+ 2
VGS1 -
-
+ VO - +V
cd
- 2
+
VGS2
-
vo
Vcd/2
Vcd/2
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Material y equipo empleado
Cantidad Descripcin
1 Osciloscopio
1 Generador de funciones
2 Mosfet IRF840
1 Resistencia de carga (RD=50) de base metlica.
1 Multmetro
1 Fuente de cd.
1 IR2110
1 CI TL494
1 CI 74LS14
2 Resistencias de 1k
2 Resistencias de 10
2 Resistencias de 330
2 Resistencias de 5.6 k
2 Capacitores de 100nF cermicos
2 Capacitor de 10nF cermico
1 Capacitor de 1uF
2 Capacitores de 1000uF
1 Capacitor de 0.1uF
Desarrollo experimental
a. Se requiere generar una seal modulada en anchura de pulso senoidal. Esto se
realiza comparando una seal diente de sierra con una seal senoidal. Se utilizar el
circuito integrado TL494 para este propsito. Es necesario sealar que el integrado
TL494 est diseado para aplicaciones de convertidores cd-cd o fuente conmutadas
de cd, sin embargo se puede utilizar para realizar la modulacin por anchura de
pulso. Implemente el circuito de la figura 9.4 despus de realizar el paso 2.
b. Calcule el valor de la resistencia RT utilizando la siguiente frmula:
1.1
fosc (9.3)
RT CT
80 de 109
2.2k
PWM
-
1N4148
Vmod
Figura 9.4. Diagrama a Bloques del CI TL494 y sus conexiones, que compara la seal diente
sierra y la seal senoidal, para generar la seal PWM.
81 de 109
b Mida el voltaje pico-pico (Vpp) de la seal diente de sierra. Mida el voltaje de offset
que tiene la seal diente de sierra.
c Con el generador de funciones, aplique en el ctodo del diodo una seal senoidal
con frecuencia de 60 Hz y un voltaje pico a pico aproximado a (0.8)(Vpp) medido en
la terminal 3 del CI TL494. Es decir, el voltaje pico a pico de la seal senoidal
deber ser el 80% del voltaje pico a pico de la seal diente de sierra. Sume un nivel
de offset a la seal senoidal de tal forma que sea siempre positiva. El osciloscopio
debe estar en acoplamiento en cd y se debe asegurar que la seal sea siempre
positiva dado que el CI TL494 no soporta voltajes negativos.
d Utilice dos canales del osciloscopio con el mismo nivel de cero Volts y la misma
escala de voltaje para visualizar un ciclo de la seal senoidal junto con la seal
diente de sierra tal como se muestra en la figura 9.6 visto en el osciloscopio en la
terminal 3 del CI TL494.
Figura 9.6. Formas de onda de la seal diente de sierra y la seal senoidal que se compararan
mediante el CI TL494 para generar la seal PWM.
82 de 109
Figura 9.7. Forma de onda de la seal de Disparo PWM senoidal, que se obtiene mediante la
comparacin de la seal diente de sierra y senoidal.
D
CI CI CI
+
1k +
PWM 10nF
S2
-
- D
CI CI CI
+
1k
10nF S1
Figura 9.8. Circuito de generacin de disparo para el inversor medio puente con tensin de salida
rectangular.
83 de 109
g Una vez implementado el circuito de la figura 9.8 y aplicando la seal de disparo
PWM senoidal, mida en el osciloscopio las seales S1 y S2. Compruebe que las
seales tienen la frecuencia y ciclo de trabajo deseado y que sean complementarias.
h Una vez que se tienen las seales de disparo complementarias y con tiempo muerto
se aplicarn al circuito inversor. Implemente el circuito inversor medio puente de la
figura 9.9.
5V 15 V
10 M1 1000 uF
8 7
9 6 +
100nF VgsM1
S1 10uF + Vo - 15V
10 5 -
11 4
S2 12 3 MUR860
100nF
13 2 M2
10 1000 uF
14 1
+
VgsM2
-
PWM senoidal
84 de 109
p Analice los resultados y presntelos en el reporte.
q Exponga las conclusiones de la prctica.
Bibliografa
Holmes, D. G., & Lipo, T. A. (2003). Pulse width modulation for power converters:
principles and practice (Vol. 18). John Wiley & Sons.
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Instituto Tecnolgico de Sonora
Electrnica de Potencia
Prctica X
Objetivo
86 de 109
Antecedentes tericos
Cantidad Descripcin
1 Osciloscopio
1 Generador de funciones
1 Protoboard
4 Mosfet IRF840
1 Resistencia de carga (RD=50 ) de base metlica.
1 Multmetro
1 Fuente de C.D.
2 IR2110
2 CI TL494
2 CI 74LS14
4 Resistencias de 5.6 k
4 Resistencias de 330
1 Capacitor de 1000 uF.
2 CI LM741
87 de 109
7 Resistencias de 10 k
4 Resistencias de 1 k
4 Resistencias de 10
4 Resistencias de 300
8 Capacitores de 100 nF
2 Capacitores de 1 uF
2 Diodos MUR860
1 Diodo 1N4148
Desarrollo experimental
a. Para realizar la modulacin del inversor, se necesita generar dos seales de
referencia desfasadas 180 grados a partir de una seal senoidal obtenida de un
generador de funciones. La tensin de referencia se define como:
Vref Vm sen t donde:
2 f y (10.2)
f 60Hz
La amplitud de la tensin de referencia, Vref, se establece como:
Vpk
Vm 0.8 (10.3)
2
A partir de los voltajes de referencia, Vref1 y Vref2, se obtienen los voltajes de
referencia Vref1m y Vref2m que se utilizarn para modular el voltaje de cada rama del
inversor puente completo. Las ecuaciones que representan a estos voltajes de
referencia se definen como:
V pk
Vref 1m Vm sen t
2
(10.4)
V pk
Vref 2 m Vm sen t 180
2
Los voltajes de referencia, Vref1 y Vref2 se obtienen implementando el circuito de la
figura 10.1. Incluya capacitores de desacoplo para las fuentes de alimentacin de los
dos amplificadores operacionales. Capacitores de 100 nF (cermicos) entre la
alimentacin positiva y tierra y la alimentacin negativa y tierra.
88 de 109
+ Vcc
+ vref2
-
10 k - Vcc
+ Vcc
Vref
10 k
15 V 10 k
15 V
Vpk/2
- Vcc
10 k + Vcc
+ vref1
-
10 k - Vcc
10 k
Vpk/2
10 k
b. Las tensiones de referencia obtenidos en el paso anterior se tienen que comparar con
la seal diente de sierra que se obtendr en el paso C. Debido a que son dos seales
de referencia es necesario implementar dos circuitos TL494. Es importante resaltar
que el primer circuito TL494 ser el maestro de tal forma que aqu se obtendr la
seal diente de sierra conectando el arreglo RT y CT y el segundo circuito TL494
ser el esclavo, por tal motivo no ser necesario conectar el arreglo RT, CT y la seal
diente de sierra se obtendr del circuito maestro.
c. Para determinar la amplitud de las seales de referencia es necesario medir el valor
pico-pico de la seal diente de sierra, Vds, que se utilizar para la modulacin del
ancho de pulso. El valor pico-pico se denominar como Vpk-pk. Realice la medicin
de Vpk-pk en el circuito de la figura 10.2. Tomando en cuenta que el valor de la
resistencia RT se obtiene de la siguiente frmula:
1.1
fosc (10.1)
RT CT
89 de 109
La figura 10.2 y 10.3 muestra la disposicin de los circuitos moduladores en
anchura de pulso.
VCC
1 k
Vds
+
S1
0.1 F
Vref1 +
1N4148 Vref1m
90 de 109
VCC
De la terminal 5 del
circuito maestro 1 k
+
S3
0.1 F
Vref2 +
1N4148 Vref2m
91 de 109
(a)
92 de 109
+ Q1 + Q3
vgs1 vgs3
- iO -
a R b
Vcd = 15 V 1000 uF
+ vO -
+ Q4 + Q2
vgs4 vgs2
- -
Figura 10.5. Diagrama del circuito de potencia del inversor puente completo.
e. Obtenga las seales de referencia Vref1m y Vref2m utilizando los dos canales del
osciloscopio. Verifique que estn desfasadas 180 y que tienen el offset establecido
en el punto 2.
g. Obtenga el voltaje de salida del inversor puente completo. Debido a que la carga no
est referido a tierra, es necesario utilizar nicamente un canal del osciloscopio.
Observe que la tensin de salida est modulada en anchura de pulso senoidal
unipolar.
93 de 109
Modulacin por
anchura de pulso
senoidal
j. El anlisis de resultados se debe realizar en cada seccin donde se presente cada uno
de ellos.
Bibliografa
Holmes, D. G., & Lipo, T. A. (2003). Pulse width modulation for power converters:
principles and practice (Vol. 18). John Wiley & Sons.
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Instituto Tecnolgico de Sonora
Electrnica de Potencia
Prctica XI
Objetivo
95 de 109
Antecedentes tericos
Inversores trifsicos
+ Q1 + Q3 + Q5
vgs1 vgs3 vgs3
- - -
a b c
Vcd Ci
+ Q4 + Q6 + Q2
vgs4 vgs2 vgs2
- - -
96 de 109
Modulacin de inversores trifsicos
Las tcnicas que se utilizan comnmente para modular el inversor trifsico son:
modulacin por ancho de pulso nico y modulacin por anchura de pulso senoidal.
La modulacin por anchura de pulso nico utiliza un solo pulso en cada semiciclo
de la seal de lnea para aplicarlo a una rama del convertidor y ajusta el valor del voltaje de
salida variando el ancho de ese pulso.
97 de 109
+
m sin wt + 0.5 Q1
-
m sin (wt+120)+0.5 +
Q3
Seales de -
referencia
+
m sin (wt-120)+0.5 Q5
-
1
0
seal portadora
Figura 11.2. Generacin de seales de disparo para los transistores del inversor trifsico.
1 Osciloscopio
1 Protoboard
6 Mosfet IRF840
1 Fuente de C.D.
3 IR2111
1 Capacitor de 1000uF a 50V
3 Diodos MUR860
15 Resistencias de 10 k a de Watt
3 Resistencias de 4.7 k a de Watt
98 de 109
3 Capacitores de 470 nF a de Watt
6 Resistencias de 5.6 k a de Watt
6 Resistencias de 10 a de Watt
6 Resistencia de 1 k a de Watt.
Resistencia para el oscilador del TL494
Capacitor para el oscilador del TL494
Amplificador operacional LM741
3 Arreglos de resistencias y potencimetro.
Pre-reporte:
Desarrollo experimental
99 de 109
(2) BZX55C2V4
470 nF 470 nF
470 nF
10 k
10 k
- 10 k
-
4.7 k + S1 -
4.7 k + S3 4.7 k + S5
S 1 10 k + Vcc
+ vref1
-
10 k - Vcc
10 k
Vpk/2
10 k
(a)
S 3 10 k + Vcc
+ vref3
-
10 k - Vcc
10 k
Vpk/2
10 k
100 de 109
(b)
S 5 10 k + Vcc
+ vref5
-
10 k - Vcc
10 k
Vpk/2
10 k
(c)
Figura 11.4. Circuitos para agregar un nivel de offset a las seales del oscilador.
101 de 109
VCC
1 k
Vds
+
S1 1
sw
vref1
1N4148
Figura 11.5. Diagrama de conexiones del CI TL494 maestro para generar sw1.
102 de 109
De la terminal 5 del
circuito maestro
+
S3
Figura 11.6. Diagrama de conexiones del CI TL494 esclavo para generar sw3.
103 de 109
De la terminal 5 del
circuito maestro
+
S3
Figura 11.7 Diagrama de conexiones del CI TL494 esclavo para generar sw5.
Se utiliza el driver IR2111 para disparar cada transistor de una rama con el tiempo
muerto integrado en el mismo circuito integrado.
104 de 109
(a)
(b)
105 de 109
MUR860
Vcd = 15 V
Vcc= 15 V
VCC VB 1000 uF
0.1 uF 10 uF 10 +
IN HO Q5
vgs5
SW5 COM VS - b
LO
IR2111 10
+ Q2
vgs2
-
(c)
Figura 11.8 Diagrama de conexiones de los drivers IR2111 para activar las tres ramas del
inversor trifsico.
106 de 109
Figura 11.9. Circuito inversor trifsico con carga resistiva en estrella.
e. Mediante el multmetro mida los voltajes rms de lnea (Vab, Vbc y Vca) y de fase
(Van, Vbn y Vcn) y comprelos con los calculados.
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Bibliografa
Holmes, D. G., & Lipo, T. A. (2003). Pulse width modulation for power converters:
principles and practice (Vol. 18). John Wiley & Sons.
108 de 109
Bibliografa
Holmes, D. G., & Lipo, T. A. (2003). Pulse width modulation for power converters:
principles and practice (Vol. 18). John Wiley & Sons.
Savant, C. J., Roden, M., & Carpenter, G. (1992). Diseo electrnico. Adisson Wesley 2.
Edicin Mxico.
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