Electronica Aplicada

E0601 y E0602

ELECTRO´ NICA DE POTENCIA MANUAL DE PRACTICAS (SIMULACIO´ N/EXPERIMENTAL) Facultad de Ciencias

UASLP

Dr. Daniel U. Campos Delgado Profesor-Investigador VI Facultad de Ciencias UASLP

2005

I

1. Presentaci´on

La electr´onica de potencia ha tenido un gran desarrollo en las u´ltimas d´ecadas. Debido a este desarrollo, nuevos dispositivos permiten hacer ahora una mejor y m´as eficiente con- version de potencia para mu´ltiples aplicaciones. Estas aplicaciones pueden variar desde: alimentaciones para equipo electr´onico, control de motores, transporte de energ´ıa, calen- tamiento industrial, etc. Por lo que es importante que el estudiante conozca estos nuevos dispositivos y reconozca las estructuras b´asicas de conversi´on de potencia.

2. Ob jetivo de la Materia

Este curso busca introducir a los estudiantes a la electr´onica de potencia. Las t´ecnicas basica de conversion de potencia ser´an revisadas. En especial se analizar´an los converti- dores de corriente alterna a directa (CA-CD) y los convertidores de corriente directa a directa (CD-CD). Aplicaciones generales ser´an analizadas.

3. Practicas y Experimentos

A continuacion se detallan 12 pr´acticas que se llevar´ıan dentro del curso. Estas pr´acti- cas se disen˜aron para realizarse en simulaci´on utilizando MATLAB/SIMULINK (SimPo- werSystems Blockset) o experimentalmente en el laboratorio (Instrumentaci´on y Control). El material experimental con el que debe contar el laboratorio es el siguiente:

1. Puntas de corriente CD/AC Tektronix AD622,

2. Puntas de voltaje diferencial Tektronix P5200,

3. Osciloscopio digital de 4 canales TDS2014 con m´odulo de comunicaci´on serial,

4. Puntas de prueba BNC Tektronix,

5. Medidor de calidad de energ´ıa Fluke 43B,

6. Computadora personal,

7. Puentes rectificadores monof´asicos y trif´asicos,

8. 3 Diodos de potencia,

9. Resistencia de carga de potencia,

10. Capacitores de alto voltaje,

11. Rectificadores controlados monof´asico y trif´asico,

12. Convertidores cd-cd (reductor, elevador y reductor/elevador).

3.1. Introducci´on a MATLAB/SIMULINK 1

Objetivo : introducir al estudiante al uso de MATLAB como una herramienta para rea- lizar c´alculos matem´aticos y desplegar resultados por medio de gr´aficas. Adem´as definir el concepto de un programa en MATLAB, por medio de un archivo-m para ejecutar una serie de comandos de manera conjunta.

Material :

Computadora personal, MATLAB/SIMULINK.

Descripci´on :

1. Graficar una sen˜al senoidal de frecuencia 60 Hz y amplitud 170 V por 0.25 segundos, utilizando 500 puntos intermedios con el comando plot. Ejemplo:

>>t=linspace(0,0.5,500); < enter >

>>v=170*sin(2*pi*60*t);< enter >

>>plot(t,v) < enter >

>> xlabel(’tiempo (seg)’) < enter >

>> ylabel(’Voltaje (V)’) < enter >

2. Graficar la misma sen˜al pero ahora con los comandos stem, stairs, bar y area.

Ejemplo:

>> stairs(t,v) < enter >

>> stem(v) < enter >

>> bar(t,v) < enter >

>> area(t,v) < enter >

3. Realizar un archivo-m para graficar 3 sen˜ales de voltaje de 170 V a 60 Hz, pero desfasadas cada una 120o. Incluyendo etiquetas para los ejes y titulo. Ejemplo: t=linspace(0,0.5,500); % Vector de tiempo

A=170; % Amplitud

W=2*pi*60; % Frecuencia Angular en rad/seg O=120*pi/180; % Desfasamiento en radianes v1=A*sin(W*t);

v2=A*sin(W*t-O); v3=A*sin(W*t+O); figure; subplot(3,1,1); plot(t,v1,’b’);

xlabel(’tiempo (seg)’); ylabel(’Voltaje 1 (V)’); title(’Grafica de 3 Voltajes Desfasados 120 ˆo’); subplot(3,1,2);

plot(t,v2,’r’);

xlabel(’tiempo (seg)’); ylabel(’Voltaje 2 (V)’);

subplot(3,1,3);

plot(t,v3,’g’);

xlabel(’tiempo (seg)’); ylabel(’Voltaje 3 (V)’);

Resultados : el estudiante analizar´a la ventajas de utilizar a MATLAB como herramienta computacional, y aprender´a a realizar programas dentro del editor interno.

3.2. Introducci´on a MATLAB/SIMULINK 2

Objetivo : introducir al estudiante al uso de SIMULINK como una herramienta para rea- lizar diagramas de simulacion utilizando bloques de funciones. Utilizar los comandos internos para definir las condiciones de simulaci´on.

Material :

Computadora personal, MATLAB/SIMULINK.

Descripci´on :

1. Realizar un diagrama de bloques donde se tenga una fuente senoidal de amplitud unitaria a 60 Hz:

V (t) = sen(2π60t)

e incluir bloques que implementen las siguientes funciones:

V 1(t) = V

µ 0.3 ¶

t − 60

Z

V 2(t) = (2π60)

V (t)dt

V 3(t) = sign(V (t))

V 4(t) = sat(V (t))

V 5(t) = |V (t)|

2. Multiplexar de manera individual la sen˜al de salida de cada bloque con la entrada, y visualizar las 6 sen˜ales a trav´es de un Scope.

3. Definir la simulacion con los siguientes par´ametros:

Start time 0.0

Stop time 0.1

Solver ode15s

Relative tolerante 1e-6

Absolute tolerante 1e-6

4. Correr la simulacion y visualizar las sen˜ales en Scope.

5. Explicar a los estudiantes la manera de personalizar los diagramas de Simu- link, para dar color a los bloques utilizar las funciones Background Color y Foreground Color por medio del bot´on derecho del rat´on. Adem´as de incluir etiquetas de texto para agregar t´ıtulos utilizando el rat´on.

6. Guardar el diagrama de Simulink como una imagen en formato BMP, por medio del comando:

>> print -s -dbitmap nombre.bmp < enter >

7. Enviar todas las sen˜ales de salida al Workspace por medio de los bloques To Workspace para cada una de la variables. Tomar tambi´en la sen˜al de tiempo de los bloques fuente Source y enviar la salida al espacio de trabajo

8. Graficar las sen˜ales directamente en MATLAB utilizando la informaci´on gene- rada durante la simulacion. Ejemplo:

>> plot(t,V,’b’) < enter >

>> hold on < enter >

>> plot(t,V1,’r’) < enter >

>> plot(t,V2,’g’) < enter >

>> plot(t,V3,’b-.’) < enter >

>> plot(t,V4,’r-.’) < enter >

>> plot(t,V5,’g-.’) < enter >

>> grid on < enter >

>> axis([0 0.1 -1.25 1.25]); < enter >

>> legend(’V’,’V1’,’V2’,’V3’,’V4’,’V5’); < enter >

9. Salvar el archivo en Simulink: nombre.mdl. Cerrar el diagrama y limpiar la memoria de MATLAB con el comando clear.

10. Correr la simulacion desde la linea de comandos con la funci´on sim y graficar algunas variables. Ejemplo:

>> sim(’nombre’) < enter >

>> plot(t,V,’b’,t,V1,’r’,t,V2,’g’) < enter >

Resultados : que el estudiante aprenda a utilizar SIMULINK para realizar diagrama de bloques para simulacion, y realize un disen˜o por si mismo.

Transport

Delay

(2*pi*60)

Gain1

1 s

Integrator

Sine Wave Sign

Scope

To Workspace6

V

Saturation

|u|

Abs

V1

Clock

t

To Workspace5

Practica #2

Electronica de Potencia I

UASLP

To Workspace

V2

To Workspace1

V3

To Workspace2

V4

To Workspace3

V5

To Workspace4

3.3. Obtenci´on de la Serie de Fourier a trav´es de MATLAB

Objetivo : que el estudiante realize el calculo num´erico de la serie de Fourier de un onda cuadrada de voltaje con amplitud de 170 V y frecuencia de 60 H z.

Material :

Computadora personal, MATLAB/SIMULINK.

Descripci´on :

1.

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