Diseño de un inversor monofásico autónomo de baja frecuencia ajustable mediante bus DC

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Alicia Suárez Rojas
hace 6 años
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1 Universidad Carlos III de Madrid Repositorio institucional e-archivo Trabajos académicos Proyectos Fin de Carrera 9-6 de un inversor monofásico autónomo de baja frecuencia ajustable mediante bus DC Estrella Álvaro, Daniel Descargado de e-archivo, repositorio institucional de la Universidad Carlos III de Madrid

2 de un Inversor Monofásico Autónomo de Baja Frecuencia Ajustable mediante Bus DC Ingeniería Técnica Industrial: Electrónica Industrial Departamento de Ingeniería Eléctrica Autor: Daniel Estrella Álvaro Tutor: Simón n Rafael Dávila D Solano Junio 9

3 Objetivos Problemas Bloques del Resultados Experimentales Conclusiones Trabajos Presupuesto

4 Objetivos. Problemas Fuente para ensayos de pérdidas p dieléctricas en transformadores. Requisitos: Onda senoidal pura con baja distorsión n armónica Frecuencia muy baja Hz Salida ajustable en amplitud Equipo compacto y ligero 3

5 Problemas. Problemas Conversión n de energía. AC Rectificador Convertidor Dc/Dc DC Inversor AC Frecuencia de salida Filtro de armónicos no deseados

6 Diagrama de bloques. Problemas Red Carga Vac 5Hz Señal Senoidal Hz Rectificador + Filtro Filtro LC LC Control PWM CC sin regular CA con Armónicos Control SPWM Convertidor CC/CC Flyback CC regulada Inversor modulado P. P. C. C. 5

7 Rectificador AC/DC. Problemas Rectificador Generar una salida Convertidor continua a partir de Red la entrada alterna. + CC/CC Vac Filtro CC sin Flyback Topología 5Hz a Seleccionada: regular Rectificador no controlado de onda completa Carga Esquema utilizado: Señal Senoidal Hz Filtro LC LC Control PWM CA con Armónicos Control SPWM CC regulada Inversor modulado P. P. C. C. 6

8 Convertidor DC/DC. Problemas Convertidor CC/CC Flyback Generar una salida continua regulada a partir de la entrada continua no regulada. Topología a Seleccionada: Convertidor Flyback de varias salidas Bloques del convertidor: 7

Convertidor DC/DC. Problemas J 3 CONN PCB 3 RT t NTC F - T5A FUSE STW9NK9Z MOSFET de canal N C.u TX Controlador Pwm 5.5mH/A Caract.. Eléctricas Vdss C.u C.n R7 8k C6 7u CMAX C3.5n C.

9 Convertidor DC/DC. Problemas J 3 CONN PCB 3 RT t NTC F - T5A FUSE STW9NK9Z MOSFET de canal N C.u TX Controlador Pwm 5.5mH/A Caract.. Eléctricas Vdss C.u C.n R7 8k C6 7u CMAX C3.5n C.5n C u CMAX Convertidor CC/CC Flyback 9V - + Rds(on) <.3Ω Id 3 8A U D S/S VFB RT/CT VREF ISENSE VCC FAN755 GND 5 B5C33 OUT 6 C 33u CMAX 7 D7 DN8 R 33k R5 D6 R6 k C5.n UF7 C9 7p CMAX R 33k D5 UF7 R3 Lp Lsb M STW9NK9Z R.5 Transformador Flyback TX C6 n Ls Ls U3 3 STTH8L6D D9 D8 C3 7u CMAX D STTH8L6D HAA87 STTH8L6D U TL3 C7 u CMAX C n R 8 C5 n C8 u CMAX C7 n R.k R3 8 33k J CONN PCB J3 CONN PCB R8 k SET =.5 R9 k R.7k Red de Realimentación

10 Transformador Flyback. Problemas Convertidor CC/CC Flyback Energía a se almacena en el núcleo n (~( ~ 3mJ) Ferritas ETD 9/5/6 Material Ae Le Gap Características Entrehierro de.5mm (AL=55nH) N87 mm mm.5mm 9

11 Transformador Flyback. Problemas Convertidor CC/CC Flyback Cobre aislado para devanados Aislamiento entre devanados (Triplex( F-.8) Detalle del carrete:

12 Red de Realimentación. Problemas Convertidor CC/CC Flyback Variación n de la tensión n de salida mediante el ajuste de la tensión n de referencia (variación n de R en KA3). Optoacoplador ISP87 aísla a y descarga Cfb (comparador Pwm).

13 Controlador Pwm. Problemas Control PWM Controlador modo corriente FAN755: Características I. de funcionamiento 7mA Frecuencia Io (totem( totem-pole) Circuito de arranque suave Funciones de protección n integradas: Sobrecarga en la salida Sobrevoltaje de la tensión n de salida Sobrecorriente de la corriente de salida Hasta 5kHz A

14 Inversor AC/DC. Problemas Inversor modulado P. P. C. C. Generar una salida alterna a partir de la entrada continua. Topología a Seleccionada: Inversor en Puente Completo con modulación n Spwm Bloques del Inversor: 3

Inversor AC/DC. Problemas IGBT IRGBC3UD J CONN PCB C 7n R D N7A UF7 Inversor modulado P. P. C. C. Z IRGBC3UD I_G D8 D9 I_E Caract.. Eléctricas Vces R 6V UF7 Z.95V IRGBC3UD C5 7n A I_G Vce(on).

15 Inversor AC/DC. Problemas IGBT IRGBC3UD J CONN PCB C 7n R D N7A UF7 Inversor modulado P. P. C. C. Z IRGBC3UD I_G D8 D9 I_E Caract.. Eléctricas Vces R 6V UF7 Z.95V IRGBC3UD C5 7n A I_G Vce(on).95 Ic Vge A 5V D N7A I_G I_E I_G I_G3 I_E3 I_G C6 7n R R3 D3 N7A UF7 UF7 C7 7n IRGBC3UD I_G3 Z3 D D Z IRGBC3UD I_G I_E3 D5 N7A L uh Control Modulación Filtro LC C3 5u J3 CONN PCB J CONN PCB 7

16 . Problemas Control del Puente Inversor Control SPWM Generación n de la modulación n Spwm unipolar a partir de componentes analógicos: Diagrama de bloques del control: 5

7 7 8 5 8 5 8 5 8 5 8 o de un Inversor Monofásico Autónomo de Baja Frecuencia Ajustable mediante Bus DC.

5 VCC R3 -Vsen R3 K U3A C33 VCC VCC R5 VCC 8k R R55 3 n R7 U3D C35 VEE VCC C39 VCC VEE VEE + k R n C37 R8 U3C n Vsen 8k + R7 k SET =.5 OUT n k 5K Vsen_off 6 R + 8k SET =.

17 o de un Inversor Monofásico Autónomo de Baja Frecuencia Ajustable mediante Bus DC. Problemas Control del Puente Inversor V+ V- V+ V- Control SPWM Generador de ondas XR-6 Operacional TL8 K R8 SET =.5 SET =.5 VCC R3 -Vsen R3 K U3A C33 VCC VCC R5 VCC 8k R R55 3 n R7 U3D C35 VEE VCC C39 VCC VEE VEE + k R n C37 R8 U3C n Vsen 8k + R7 k SET =.5 OUT n k 5K Vsen_off 6 R + 8k SET =.5 OUT - 8 -Vsen_off U - 8k R 3 7 SET =.5 OUT 6 C3-68 OUT R 9 AMSI SYMA 8k TL8 VEE n 5-8k R 5 TL8 C36 + VCC R3 STO SYMA k7 VEE n U3B C38 TL8 C 3 R8 TL8 VCC VEE MO WAVE n n C9 R9 VCC 8k 3 R6 VCC WAVE 8k R5 SET =.5 JP n k7 K 5 TC GND VEE R9 K n C SET =.5 C u 6 TC SYNCO C3 VCC VCC Inversor 3 JP 7LS R6 n UA R3 C3 A6V D9 7 Vsen 3 3k3 A6V MUR R TR BIAS C3 + R33 6N37 UA 3 k k7 C 8 9 n JUMPER 8 u TR FSKI u OUT ISO G VEE Vtri k 7 7LS JUMPER U9 XR-6 - C8 D 6 R3 R7 VEE LM393 C6 n 3 DN8 3K3 R6 VEE 5K VEE HIN HO 7 n SET =.5 LIN LO JP3 n COM 3 R7 VCC VCC 3 JP C 8 COM G3 UB C R35 C A5V u 5 VB A6V A6V Vtri 5 3k3 MUR6 6 VCC + R36 JUMPER 6N37 3 D E VS n R 7 8 UB Optoacoplador VCC VEE 6N39 VEE OUT ISO3 3 u IR8 D Vtri Vsen_off6 k 7 R37 JUMPER C MUR SET =.5 - C9 D3 6 3K3 7LS 5K R56 LM393 C5 n 3 DN8 U k VEE n JP5 6 AMSI SYMA n VCC K R 5 R VCC R38 3 JP6 D VCC R k7 STO SYMA K U5A C3 3k3 C5 A6V A6V MUR C3 3 SET =.5 -Vsen 3 n MO WAVE + R39 JUMPER 6N37 3 n 3 8 UC R8 R SET =.5 VCC WAVE OUT ISO 5 6 G k7 TC 5 Vtri k 7 R JUMPER GND VEE U8 - C5 TC C D 6 3K3 7LS TC n 6 C3 LM393 n 3 TC SYNCO C7 DN8 R5 n VEE n JP7 HIN HO 7 7 LIN LO R3 TR BIAS n VCC COM 3 R9 k k7 C 8 9 C6 VCC R9 3 JP8 C8 8 COM G u TR FSKI u U5B C 3k3 C6 A6V u 5 VB A6V VEE Vtri 5 MUR6 6 VCC XR-6 VEE + R3 JUMPER 6N37 3 D E VS R6 n 7 8 UD VEE K OUT ISO 9 8 u IR8 D SET =.5 -Vsen_off 6 k 7 R3 JUMPER C7 MUR - C7 D 6 3K3 7LS LM393 C8 n 3 DN8 VEE n J9 J G VCC R5 VCC C7Monoestable E DM7 3 G3 3 VEE G A6V k7 C5 U n 5 E 5 J6 VCC VCC n 6 G 6 A5V UA R 9 REXT/CEXT JUMPER R5 VCC C5 7 COM Vsen 3 3k3 C8 RINT TC + R CEXT Q 6 n n U3 k CONN PCB CONN PCB 7 OUT A VCC + B D8 Q J8 k 5 A 6 N39/PLP - D7 B R5 R53 OUT LM393 DN8 7 K SET =.5 5 R5 VEE C9 - B DN8 k k n LF35/NS TC VEE VEE C5 n Comparador LM393 V+ V- V+ V- V+ V- V+ V- VCC GND V+ V V+ V- V- V+ V+ V- Driver IRS8 6

18 . Problemas Modulación Spwm unipolar Control SPWM Señales de control y generación n de los instantes de conmutación: n: 7

19 . Problemas Driver de disparo Control SPWM Driver de Medio Puente IRS8: Driver lado alto y lado bajo Corriente máxima m de salida.8a Esquema de conexión: n: Vcc a partir de la segunda salida del Flyback 8

. Problemas Alimentación del Control Control SPWM Señales de control de bajo consumo. Rectificador de onda completa + Filtro + Reguladores lineales serie 78XX y 79XX.

20 . Problemas Alimentación del Control Control SPWM Señales de control de bajo consumo. Rectificador de onda completa + Filtro + Reguladores lineales serie 78XX y 79XX. J Rectificador BC CONN PCB F - A FUSE T 6 Transformador 7 9 TRAN_ISDN_ BRIDGE D C u CMAX C5 u CMAX U LM78C IN OUT C n C6 n GND 3 3 VIN U GND VOUT C3 u CMAX LM796/TO3 U3 C n VIN C u CMAX LM786/TO GND 3 VOUT C n C9 u CMAX C n J3 CONN PCB J 3 Regulador lineal CONN PCB 3 9

21 Filtro de salida. Problemas Filtro LC LC Filtro Paso Bajo de º Orden: Filtro LC Armónicos no deseados

22 Resultados Experimentales. Problemas Disparo y corriente por el MOSFET Salida del convertidor DC/DC Señales de control Spwm unipolar Salida del Puente Inversor Salida del Filtro LC

23 Resultados Experimentales Disparo y corriente por el MOSFET (Vgs( Vgs, Is). Problemas Simulación Resultados

24 Resultados Experimentales Salida del convertidor DC/DC. Problemas Simulación Resultados 3

25 Resultados Experimentales Señales de control Spwm unipolar. Problemas Simulación Resultados

26 Resultados Experimentales. Problemas Salida del Puente Inversor Simulación Resultados 5

27 Resultados Experimentales. Problemas Salida del Filtro LC Simulación Resultados 6

28 Conclusiones. Problemas Conversión n de energía a eléctrica por medio de elementos electrónicos de potencia. Salida de amplitud variable mediante una etapa reguladora ajustable en DC. Bajo contenido armónico mediante la elección n del filtro LC. 7

29 Trabajos. Problemas Generación n digital de las señales de modulación n del Puente Inversor (Pic( Pic, DsPic). Desarrollo de una interfaz de comunicación n digital que permita modificar dinámicamente los parámetros de modulación n del Inversor. Desarrollo de mayores voltajes de salida mediante la selección n de elementos de mayor potencia. 8

30 Presupuesto. Problemas CONCEPTO Componentes, placas y PCB COSTE 8,5 Recursos humanos.8,6 TOTAL.66,5 IVA incluido 9

31 GRACIAS POR SU ATENCION TURNO DE PREGUNTAS 3

32 de un Inversor Monofásico Autónomo de Baja Frecuencia Ajustable mediante Bus DC Ingeniería Técnica Industrial: Electrónica Industrial Departamento de Ingeniería Eléctrica Autor: Daniel Estrella Álvaro Tutor: Simón n Rafael Dávila D Solano Junio 9

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ÍNDICE DE CONTENIDOS CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN A LAS FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA... 7 1.1. INTRODUCCIÓN... 9 1.2. LA RED DE SUMINISTRO ELÉCTRICO... 10 1.3. ENERGÍA ELECTROQUÍMICA... 11 1.4. ENERGÍA SOLAR