Pulsadores de potencia

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PULSADORES DE CD

9-1 Introducción

Los pulsadores se usan ampliamente en el control de los motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías eléctricos, grúas marinas, montacargas y elevadores de minas. Proporcionan control en aceleraciones continuas, una alta eficiencia y una respuesta rápida y dinámica. Los pulsadores se pueden utilizar en el freno regenerativo de los motores de cdpara devolver la energía a la alimentación, característica que da como resultado un ahorro en aquellos sistemas de transporte que tienen paradas frecuentes. Los pulsadores se pueden utiliza en reguladores de voltaje de cd, y también, junto con una inductancia, para generar una fuente de cd, especialmente para un inversor de cd.

9-2 Principio de la operación reductora

El principio de estaoperación puede explicarse de la figura 9.1a. cuando se cierra el interruptor “SW” durante un tiempo t1, el voltaje de entrada Vs aparece a través de la carga. Si el interruptor se mantiene abierto durante un tiempo t2, el voltaje a través de la carga es cero. Las formas de onda correspondientes al voltaje de salida y de la corriente de la carga se muestran en la figura 9.1b. el interruptorpulsador se puede poner en practica utilizando (1) un JBT de potencia, (2) un MOSFET de potencia, (3) un GTO, o (4) un tiristor de conmutación forzada. Los dispositivos reales tienen una caída de voltaje finita, que va desde .5 hasta 2V y por razones de simplicidad, despreciaremos las caídas de voltaje de estos dispositivos semiconductores de potencia.

El voltaje promedio de salida esta dado porY la corriente promedio de carga, Ia = Va/R = KVs/R, donde t es el periodo de pulsación, k = t1/t es el ciclo de trabajo de pulsador, y f es la frecuencia de pulsación. El valor rms del voltaje de salida se determina a partir de



Si suponemos un pulsador sin perdidas, la potencia de entrada al pulsador es la misma que la potencia de salida, y esta dada por

La resistencia efectiva deentrada, vista por la fuente es

Se puede variar el ciclo de trabajo k desde 0 hasta 1 se varia t1,T, o bien f. por lo tanto, al controlar k se puede variar el voltaje de salida V0 desde 0 hasta Vs, y se puede controlar el flujo de potencia.

El pulsador de cd de la figura 9.1a tiene una carga resistiva R=10 Ohm’s y un voltaje de entrada de Vs = 220 V. cuando el interruptor pulsador semantiene activo, su caída de voltaje es Vch = 2 V, y la frecuencia de pulsación es f=1kHz. Si el ciclo de trabajo es 50%, determine (a) el voltaje promedio de salida Va, (b) el voltaje rms de salida Va, (c) la eficiencia del pulsador (d) la resistencia efectiva de entrada R1 del pulsador y (e) el valor rms de la componente fundamental del voltaje armónico de salida.

Solución Vs = 220 V, k = .5, R = 10y Vch = 2V.
A partir de la ecuación (9-1), Va = .5 X (220-2) = 109V.

De la ecuación (9-2), V0 = .5 X (220-2) = 154.15 V.

La potencia de salida se puede determinara partir de

La potencia de entrada del pulsador se puede determinar a partir de

La eficiencia del pulsador es

De la ecuación ( 9-4), Ri = 10/.5 = 20 Ohm´s

El voltaje de salida que se muestra en la figura 9-1b puedeexpresarse en una serie de Fourier, de la forma

La componente fundamental (para n = 1) de la armónica del voltaje de salida se puede determinar a partir de la ecuación (9-7), como

Y su valor rms es

Nota. El cálculo de la eficiencia, que incluye las perdidas de conducción del pulsador, no toma en consideración las pérdidas de conmutación debidas a la activación y desactivación de lospulsadores reales. La eficiencia de un pulsador real varía entre 92 y 99%.

9-3 Pulsador reductor con carga RL

En la figura 9-2 aparece un pulsador con una carga RL. La operación del pulsador se puede dividir en dos modos. Durante el modo 1, el pulsador es conmutado y la corriente fluye de la alimentación a la carga. Durante el modo 2, el pulsador se retire de la línea y la corriente de carga...
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