Electrónica de Potencia/Módulos de regulación de continua/Troceador Clase C

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Tipo Clase C  (2 cuadrantes)[editar]

Introducción[editar]

En este caso el troceador o chopper puede operar tanto en el primer como el segundo cuadrante. Por tanto, la tensión en la carga VO sólo puede ser positiva, mientras que la intensidad IO podrá adoptar tanto valores positivos como negativos, por esto razón, se le llama también chopper de dos cuadrantes.

Este troceador se obtiene a partir de la combinación de un chopper de tipo A con otro de tipo B, tal y como se puede observar en la figura de abajo. Los interruptores S1 y D1 constituyen un convertidor de tipo A, por otro lado S2 y D2 configuran un convertidor de tipo B. Si se acciona S1 funcionará en el primer cuadrante, intensidad positiva (IO > 0). Por el contrario, si manteniendo S1 abierto se abre y se cierra S2 funcionará como un convertidor regenerativo, intensidad negativa (IO < 0). Se debe asegurar que no se produzca el disparo simultáneo de los dos interruptores, ya que la fuente primaria de alimentación se cortocircuitaría, producinedo problemas en la instalación.


Chopper Tipo B.jpg

Los interruptores S1 y S2 se abren y se cierran siguiendo una señal de periodo T denominada periodo de convertidor. El tiempo durante el cual los interruptores (S1 o S2) están cerrados, y por tanto la carga (R, L, V) se encuentra conectada a la fuente primaria de energía, se denominará tiempo de conducción, TON. Por otro lado, el tiempo que los interruptores permanecen abiertos, dejando aislada la carga, se llamará tiempo de bloqueo, TOFF.

Explicación del circuito[editar]

Al inicio del circuito, se tiene que el interruptor S1 está cerrado y S2 abierto, por tanto se obtiene el siguiente circuito. La corriente i(t) circula en sentido horario como marca la flecha.

CIRCUITO 1.jpg

Pasado un tiempo (TON) el interruptor S1 se abre impidiendo el paso de la corriente i(t). La corriente buscará otro camino alternativo al anterior; éste será el formado por la carga (R, L, V) y el diodo D1 como se muestra en la figura.

Cirucito 2.jpg

Una vez que la corriente se haya agotado, el interruptor S2 se cerrará, consiguiendo una corriente negativa como muestra la figura.

Circuitoo 3.jpg

Pasado un tiempo (TON) el interruptor S2 se abre impidiendo el paso de la corriente i(t). La corriente buscará otro camino alternativo al anterior; éste será el formado por la carga (R, L, V) y el diodo D2, como se muestra en la figura.

Circuitoo 4.jpg

De este modo se consigue el retorno de la corriente a la fuente de continua E. Este ciclo se repetirá, obteniendo la siguiente gráfica.

Trocedaor B.jpg

A continuación, se van a calcular la corriente máxima IMAX y la corriente mínima IMIN, del circuito. Para empezar se va a estudiar el primer intervalo (circuitos 4 y 1) y finalmente el segundo intervalo (circuitos 2 y 3).

Primer intervalo.jpg
Segundo intervalo.jpg

Tras estas ecuaciones se obtienen las expresiones de la corriente máxima IMAX y mínima IMIN.

Formulass.jpg

Si obtenemos que la IMAX y mínima IMIN son positivas (IMAX > 0 / IMIN > 0), el troceador se encontrará trabajando en el primer cuadrante; si por el contrario, se obtiene que ambas corrientes son negativas (IMAX < 0 / IMIN < 0), se encontrara en el segundo cuadrante. Se recuerda que la tensión Vo se mantiene positiva en todo momento.

Se podría dar un tercer caso, en el cual la corriente máxima sea positiva y la mínima sea negativa (IMAX > 0 / IMIN < 0). En esta situación se calcula el cuadrante de trabajo de la siguiente manera:

Cuadrantes.jpg

Simulación con PSPice[editar]

A continuación se deja el código para realizar la simulación con el programa PSPice A/D.

TROCEADOR TIPO C

Circuito Troceador PSPice

V1 1 0 100

X1 1 2 SCRDC PARAMS:T=1 TD=0 TP=169 F=1000

D1 0 2 DMOD

X2 2 0 SCRDC PARAMS:T=1 TD=170 TP=189 F=1000

D2 2 1 DMOD

.MODEL DMOD D

L 2 3 10M

R 3 4 5

VC 4 0 50

.LIB LEP2016.LIB

.TRAN 10U 30M 0M 1U

.PROBE

.options itl4 = 40 itl5 = 0 ; *ipsp*


SUBCIRCUITO INTERRUPTOR

.SUBCKT SCRDC 1 2 PARAMS: T=1 TD=0 TP=90 F=1000

ST 1 5 3 0 SMOD

DT 5 2 DMOD

VG 3 0 PULSE (0 {10*T} {TD/(360*F)} 0 0 {TP/(360*F)} {1/F})

RG 3 0 10MEG

.MODEL SMOD VSWITCH(RON=0.001 ROFF=10E8 VON=5 VOFF=2)

.MODEL DMOD D

.ENDS SCRDC


A continuación, se muestran unas gráficas obtenidas con el programa PSPice, donde se comprueba el correcto funcionamiento del circuito, explicado anteriormente:


Grafica de Corriente en la Carga


Grafica de Tension en la Carga