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 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