Estudio comparativo de los convertidores electrónicos de potencia : reductor con filtro de entrada y super reductor

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Existen muchas aplicaciones de convertidores CC/CC que requieren, por un lado una reducción en los niveles de tensión, y por otro, corriente no pulsante o suave, al menos, a la entrada. Sin embargo, cuando se trata de comparar topologías reductoras las diferencias no son obvias y es necesario realizar un análisis detallado para conseguir sacar conclusiones relevantes. El objetivo de este proyecto es comparar las topologías reductoras de cuarto orden: Reductor con filtro LC de entrada y Súper Reductor, con el propósito de comprender y valorar las ventajas que presenta una topología respecto a la otra. La comparativa se realiza en términos estáticos y dinámicos, con el fin de dilucidar y justificar las ventajas que ofrece utilizar un convertidor Súper Reductor en lugar de un Reductor con filtro LC de entrada, y viceversa.
Ingeniería Industrial
Publicado el : viernes, 01 de julio de 2011
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Número de páginas: 187
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ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR
Departamento de Tecnología Electrónica
GRUPO DE SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE POTENCIA (GSEP)
“ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS
CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE
POTENCIA: REDUCTOR CON FILTRO DE
ENTRADA Y SÚPER REDUCTOR”
PROYECTO FIN DE CARRERA
INGENIERÍA INDUSTRIAL

AUTOR
JUAN MARTÍN BAIDES
DIRECTOR DEL PROYECTO
VIRGILIO VALDIVIA GUERRERO
TUTOR DEL PROYECTO
ANDRÉS BARRADO BAUTISTA
JULIO 2011


Agradecimientos
Quisiera dedicar este proyecto fin de carrera a mi familia, en especial a mis
padres y hermanos, por el todo el apoyo que me han brindado durante todos estos duros
años de carrera.
¡¡¡ Muchas Gracias…!!!
También quiero dar las gracias al departamento de Tecnología Electrónica, en
especial a Virgilio Valdivia Guerrero y Andrés Barrado Bautista, director y tutor del
proyecto respectivamente, por la inestimable ayuda que me han ofrecido para la
realización y consecución del mismo.
¡¡¡ Muchas Gracias…!!!
De igual modo, quiero agradecer a mis compañeros de universidad y amigos la
paciencia que han tenido conmigo durante todos estos años. Sin ellos, no habría sido
capaz de llegar al final de esta etapa de mi vida.
¡¡¡ Muchas Gracias…!!! Índice
v LISTA DE TABLAS…………………………………………………………......
LISTA DE TABLAS……………………………………...... xiii
ÍNDICE DE ACRÓNIMOS Y SIMBOLOS…………………………………… xv
3 1 INTRODUCCIÓN……………………………………………...
1.1 ÁMBITO DEL PROYECTO FIN DE CARRERA………………………. 3
1.1.1 Fuentes de alimentación lineales……………………………………... 3
1.1.2 Fuentes de alimentación conmutadas………………………………… 4
1.2 MOTIVACIÓN DEL PROYECTO………………………………………. 7
1.3 OBJETIVOS……………………………………………………………… 12
1.4 ESTRUCTURA DEL PROYECTO 13
19 2 ANÁLISIS Y COMPARATIVA ESTÁTICA………………...
2.1 ANÁLISIS ESTÁTICO…………………………………………………... 20
2.1.1 Convertidor Reductor…………………………………… 20
2.1.2 Convertidor Súper Reductor…………………………………………. 22
2.2 DIFERENCIAS EN TERMINOS DE VALORES MEDIOS Y RIZADOS 23
2.2.1 Respecto al rizado de la corriente de entrada o de la bobina L1……... 24
2.2.2 Respecto al rizado de la corriente de salida………………………….. 25
2.2.3 Respecto al valor medio de corriente por la bobina L2……………… 27
2.2.4 Resumen de las diferencias entre valores medios y rizados…………. 28
2.3 COMPARATIVA ENERGÉTICA……………………………………….. 28
2.3.1 Influencia en la comparativa energética de la bobina L1…………….. 31
2.3.2 Influencia en la comparativa energética de la bobina L2 33

Índice i 2.3.3 Comparativa energética: Reductor vs. Súper Reductor……………… 35
2.3.4 Conclusiones respecto a la comparativa energética………………….. 40
2.4 CONVERTIDOR SÚPER REDUCTOR CON BOBINAS ACOPLADAS.. 41
2.4.1 Mejoras al acoplar los inductores del Súper Reductor……………….. 43
2.4.2 Comparativa energética con el Súper Reductor Acoplado…………... 48
2.4.3 Conclusiones respecto al acoplamiento de los inductores…………… 52
57 3 ANÁLISIS Y COMPARATIVA DINÁMICA………………..
3.1 MODELADO DE LA ETAPA DE POTENCIA…………………………. 59
3.1.1 Convertidor Reductor sin filtro de entrada…………………………… 60
3.1.2 Convertidor Reductor……………………..………………………….. 61
3.1.3 Convertidor Súper Reductor…………………………………………. 63
3.2 ESTUDIO DE LA ETAPA DE POTENCIA O PLANTA……………….. 64
3.2.1 Convertidor Reductor sin filtro de entrada…………………………… 65
3.2.2 Convertidor Reductor……………………..………………………….. 67
3.2.3 Convertidor Súper Reductor…………………………………………. 70
3.2.4 Comparativa respecto a la etapa de potencia………………………… 75
3.3 EJEMPLO DE COMPARATIVA ESTÁTICA Y DINÁMICA………….. 79
3.4 ESTUDIO DEL EFECTO DAMPING EN LA PLANTA………………... 81
3.4.1 Conclusión respecto al damping........................................................... 86
3.5 ESTUDIO DEL LAZO DE REALIMENTACIÓN………………………. 87
3.5.1 Lazo interno de corriente…………………………………………….. 88
3.5.2 Lazo externo de tensión……………………………………………… 96
3.5.3 Comparativa dinámica con doble lazo implementado……………….. 101
3.6 CONVERTIDOR SÚPER REDUCTOR CON BOBINAS ACOPLADAS 103
3.6.1 Modelado de la planta…………………………………....................... 103
3.6.2 Estudio de la etapa de potencia………………………………………. 104
3.7 CONCLUSIONES RESPECTO A LA COMPARATIVA DINÁMICA… 106

Índice ii 111 4 CONCLUSIONES FINALES DEL PROYECTO……………
117 5 ESTUDIO ECONÓMICO……………………………………..
5.1 COSTE DEL DESARROLLO DE INGENIERÍA……………………….. 117
5.2 PRESUPUESTO………………………………………………………….. 118
119 ANEXOS……………………………………………………………..
ANEXO 1: OBTENCIÓN DE VALORES MEDIOS Y RIZADOS…………... 121
ANEXO 2: OBTENCIÓN DE EXPRESIONES……………………………….. 129
ANEXO 3: RESUMEN DE FORMULAS DEL CAPÍTULO 2………………... 133
ANEXO 4: OBTENCIÓN DE FUNCIONES DE TRANSFERENCIA………... 135
ANEXO 5: VALIDACIÓN DE FUNCIONES DE TRANSFERENCIA………. 143
ANEXO 6: ANÁLISIS DEL DAMPING EN OTROS EJEMPLOS………….... 151
ANEXO 7: DISEÑO DEL REGULADOR: MÉTODO DE LA K……………... 155
159 REFERENCIAS……………………………………………………..

Índice iii

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