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19/08/2013 #1


Problema con fuente regulada 0-125 Vcc 0-20 Acc
Muy buenas,
Para controlar la tensión de generadores síncronos necesito regular la intensidad que voy a inyectar al campo de estas máquinas, esto lo haré con electrónica de potencia y más concretamente con una topología muy semejante a la utilizada en las fuentes de alimentación, un rectificador en puente de diodos, un filtro capacitivo, y un convertidor DC/DC con topología buck que sea capaz de dar una salida 0-150 Vcc y 0-20 Acc, pero esto será para el prototipo final, en principio las pruebas las estoy haciendo con valores bastante menores.
El problema me surge con el convertidor DC/DC, en el cual utilizo como elemento semiconductor un IGBT, de hecho, más concretamente un módulo chopper de Semikron que integra el IGBT y el diodo (SK 45 GAR 63). El problema está en la adaptación del control al circuito de potencia, es decir, en la puerta del IGBT. Para el control utilizo una tarjeta ya diseñada por una empresa que es capaz de adaptar una señal de 4-20 mA a un ciclo de trabajo (D) de manera prácticamente lineal 4(0)-20(1) , todo esto mediante modulación por ancho de pulso (PWM). Al conectar una fuente de tensión de 48 Vcc en la entrada del convertidor y una bombilla de 230 V 100 W en la carga, veo que efectivamente el convertidor varía su tensión de 0 a 48 Vcc, pero esto no lo hace de forma lineal, si no que al principio alcanza el 80 por ciento de la tensión y después aumentando el ciclo de trabajo con la tarjeta, el IGBT varía su tensión muy ligeramente. Los pulsos en la tarjeta se van dando de manera correcta pues los he medido con el osciloscopio y sin embargo el convertidor no varía su tensión de la manera correspondiente, ¿alguien tiene alguna idea de por qué podría ser? A mí no me cuadra de ninguna manera.
Un saludo a todos y gracias de antemano.

(Adjunto esquemas del equipo completo, del módulo Chopper y de la relación de los ciclos de trabajo)
19/08/2013 #2

Avatar de Scooter

El problema es que al filtrar "falseas". Pierdes linealidad.
Es decir si el igbt va al 50% se supone que tenemos el 50% de la tensión, pero lo que pasa es que n la mitad del tiempo se carga el filtro y va devolviendo después. Si no limitas la corriente de algún modo, el 50% del tiempo cargarás de con un montón de corriente y podría darse el caso que la salida se mantenga siempre próxima al 100% si el filtro es muy grande. Si la carga es mayor o el filtro menor bajará mas.
Me parece que necesitarás alguna realimentación de la señal de salida porque ahora el sistema será de todo menos lineal.
19/08/2013 #3

Avatar de fdesergio

Y porque no eliminar el filtrado de la salida PWM de potencia, la real carga osea el bobinado de excitacion no lo necesitara de hecho yo los he visto asi, en algunos modelos se usa solamente un puente rectificador semicontrolado sin filtrado, en el caso del rectificador trifasico a la entrada ahi si debes colocar el filtro para conmutar con el IGBT una señal puramente DC,es solo una idea, chauuuuuuuuuuuuuu

PD: Ojala todos los post fueran asi de documentados para no tener que Adivinarrrrrr, chauuuuuuuuuuuuuu
20/08/2013 #4


Muy buenas,

En primer lugar daros las gracias a los dos, pues yo soy ing. eléctrico y la electrónica de potencia es un mundo seminuevo en el que estoy intentando aprender todo lo que puedo, y como en todo, los libros no son más que el principio del conocimiento, por lo que vuestra experiencia es todo un apoyo.

Como os comentaba según la bibliografía existente los cálculos del convertidor eran correctos, pero nada más enfrentarme con la realidad surgieron los problemas. Y efectivamente eso que dices, Scooter, tiene toda la lógica del mundo, de hecho ya lo consideré, pero pensaba que elementos pasivos no deberían haberme afectado en los valores obtenidos, pero desde luego parece que ahí está el problema. Para solucionarlo, limitar la corriente es imposible, pues la carga que tendrá es inductiva y normalmente con valores resistivos bajos, como es el caso del campo de una máquina eléctrica, por otra parte, el propio campo de la máquina es un filtro en sí mismo bastante grande, por lo que tampoco puedo eliminarlo, así que solo me queda una solución (y con esto contesto también a fdesergio), y es no optar por la topología buck, eliminar el diodo de retorno, y poner un IGBT en serie con el campo de la máquina para que abra y cierre el circuito con el ciclo de trabajo que necesite y proporcione la tarjeta de control PWM. Ahora la cuestión quedaría en si esta forma de trabajo (con alto rizado) puede afectar negativamente a la máquina, aunque supongo que la alta frecuencia a la que trabajará el IGBT (entorno a los 3 Khz) es perfectamente asumible.

Otro par de opciones que se me ocurren y que comento en el foro es que tal veis la idea de poner el IGBT en la rama negativa del circuito, al fin y al cabo, su función de abrir y cerrar el circuito sería la misma y puede que estuviera sometido a menos estrés, o ¿puede puede que fuera peor por la descarga del campo inductivo de la máquina?; ¿sería conveniente dejar un condensador como filtro entre el IGBT y el campo o al final tendríamos el mismo problema?

Scooter, por último no se muy bien a que te refieres con lo de la realimentación de la señal de salida, a ver si me lo puedes explicar.

Fdesergio, la opción de poner un puente semicontrolado ya la consideré, pero una de las necesidades del aparato, es poder tener entradas en continua, por lo que el convertidor DC/DC es al final necesario, de ahí la elección de la topología de fuente de alimentación.

De nuevo, muchas gracias.

Os adjunto un nuevo esquema, esta vez sin el filtro.
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf Visio-Equipo rectificador Horizontal sin filtro.pdf (34,8 KB (Kilobytes), 47 visitas)
20/08/2013 #5

Avatar de fdesergio

Personalmente colocaria el elemento conmutador ya sea IGBT u otro en la rama negativa, asi seria mas facil el control, seria cuestion de hacer las pruebas, a esa frecuencia de PWM creo innecesario filtrar mas de lo que lo hara la propia carga, chauuuuuuuu
21/08/2013 #6


Gracias por contestar de nuevo,

Creéis entonces que es necesario poner el diodo de retorno en el convertidor DC/DC o ¿me ocurriría el mismo problema de no linealidad ante una intensidad tan alta y una carga tan inductiva? O quizás lo mejor sea no poner el diodo de retorno y dejar al IGBT abriendo y cerrando el circuito para que cuando esté en estado OFF no pase ninguna intensidad.

Saludos.
21/08/2013 #7

Avatar de fdesergio

Si llAmas diodo de retorno al diodo propio del IGBT pues es imposible dejarlo sin el, no te entiendo, ademas para el caso de las cargas inductivas si o si debe ir ahi para evitar daños en el elemento conmutador, ahora tu frecuencia PWM debe estar acorde a tu inductancia de carga para conseguri con esa inductancia un adecuado filtrado, lee este doc, CHAUUUUUUUU
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf PWM Filters FILTRADO.pdf (1,25 MB (Megabytes), 79 visitas)
23/08/2013 #8


Gracias por el documento, estoy echándole un vistazo, parece muy interesante.

Cuando hablo del diodo de retorno no me refiero al del IGBT, si no al que hay entre la salida (emisor) del IGBT y el negativo de un convertidor DCDC con topología buck, es el diodo que permite el paso de corriente cuando el filtro actúa y el semiconductor se encuentra en estado "OFF". Es decir, lo que utilizaría para controlar la tensión enviada al campo sería solo un IGBT en la rama negativa del circuito abriendo y cerrando el circuito, y por lo que veo en el documento que me has mandado y un esquema de un controlador de velocidad de un motor DC (una forma de trabajar a efectos técnicos parecida a la que quiero implementar) que ha llegado a mis manos, sería posible utilizar sólo este IGBT que se encargue de abrir y cerrar el circuito.

La cuestión es que si dejo este diodo el propio campo de la máquina me va a filtrar demasiado el circuito y va a hacer que mi equipo no trocee la onda adecuadamente según los pulsos que da mi tarjeta de control.

Por cierto, también se me ha quemado el IGBT, el cual no es nada barato, y no lo he utilizado con grandes tensiones, una toma de 125 Vcc cuando está preparado para soportar hasta 600 Vcc... ¿puede ser el hecho de no haber puesto un transformador de alta frecuencia en el circuito que le proporcione el aislamiento galvánico?

Muchas gracias por el tiempo prestado.

Saludos.
23/08/2013 #9

Avatar de fdesergio

Actualiza el esquema y vemos bien, vale??, chauuuuuuuuuuuu
26/08/2013 #10


He actualizado el esquema, y al diodo que me refiero es el D1, que utilizaría el dispositivo en caso de que el IGBT estuviera en estado OFF para que circule la corriente del campo de la máquina (la cual estaría conectada en el output). El dejar este diodo podría hacer que con una carga tan inductiva vuelva a tener el problema del filtrado, y el PWM no funcione correctamente. Por otra parte si lo quito, la carga vería, literalmente, un circuito abriendo y cerrando continuamente, lo cual, por una parte, haría que la tensión eficaz del circuito fuera la correcta, la que deseo, pero por otra, al final la onda que le estaría enviando al campo de la máquina sería una onda cuadrada y no continua (aunque con una frecuencia de 3 Khz) y no se si esto podría ser un problema.

Además, os adjunto el esquema de un controlador de velocidad de un motor de corriente continua, en el cual se hace el control sobre el IGBT que hay entre 1 y 3, pero no entiendo muy bien que función tiene el que hay en paralelo con la salida y con la puerta y el emisor cortocircuitados.

Otra cuestión es que en el IGBT se me ha cortocircuitado puerta, emisor y colector, después de un ligero olor a quemado, sin embargo no ha estado conectado a mucha tensión, 125 Vcc y solo unos cuantos mA. ¿Puede ser el motivo que no haya conectado a través de transformador y condensador de entrada (pues lo conecté directamente a una toma de 125 Vcc de laboratorio)? ¿Es esto tan imprescindible? A ver que me comentáis.

Un saludo.
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf vEP SET20 r2.vsd.pdf (32,2 KB (Kilobytes), 9 visitas)
Tipo de Archivo: pdf DCmotVel.pdf (34,7 KB (Kilobytes), 12 visitas)
26/08/2013 #11

Avatar de fdesergio

Yo lo usaria como va en el esquema pero sin D1, no veo su uso, lo del IGBT no creo yo los he usado hasta con tensiones dc no tan filtrados con alto rizado y no hubo problema, eso si son fragiles a moriri mejor no equivocarse, chauuuuuuu
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