Presentacin de PowerPoint
Etapa de disparo de mosfet del Puente H.
Conversor CD/CA: Inversor En Puente Completo.
41IntroduccinPlanteamiento del ProblemaLas lmparas HID MH son
eficientes tienen una larga vida til proveen una luz de buena
calidad y son de tamao reducido a pesar de eso, este tipo de
lmparas se han venido manejando con balastros electromagnticos que
presentan algunas desventajas; gran peso y tamao, baja eficiencia,
parpadeo en la luz.Sin embargo el desarrollo de balastros
electrnicos para las lmparas de alta descarga se han visto
limitados por el fenmeno de resonancia acstica. Las mismas se deben
por varias razones; como geometra del tubo de descarga, presin del
gas de llenado, dispersin de la manufactura, potencia de la lmpara,
temperatura de operacin, frecuencia de operacin y modos propios de
resonancia acstica de la Cavidad. Dichas modulaciones provocan la
aparicin de ondas de presin estacionarias dentro del gas de relleno
esto da lugar a un crecimiento exagerado en la longitud del arco
provocando un sobre voltaje en el balastro y una posible extincin
del mismo, que visualmente se manifiestan como un parpadeo en la
luz generada por la lmpara.f4Alcance del ProyectoDebido al
comportamiento no lineal y a su dificultad de definir un
comportamiento dinmico del conjunto balastro lmpara, se pretende
disear e implementar un controlador Fuzzy, esto bajo la premisa de
proveer una corriente constante, siendo la variable a manipular la
corriente de la lmpara, con lo cual se busca obtener un control
indirecto sobre el voltaje de la misma. Al mantener la corriente de
la lmpara constante se pretende eliminar la resonancia acstica, as
como el mejoramiento de las especificaciones de la lmpara como son:
el tiempo de vida, intensidad luminosa, eliminacin del parpadeo o
flicker y reduccin de su peso y tamaof5Objetivos del
ProyectoGeneralDisear e implementar un controlador Fuzzy para una
lmpara HID-MH de 250W.
EspecficosImplementar el balastro electrnico para controlar la
potencia elctrica de la lmpara.Establecer las reglas para la lgica
Fuzzy, para facilitar el posterior anlisis del sistema.Determinar
las funciones de pertenencia, tanto para las entradas como para la
salida.Controlar el comportamiento dinmico de la lmpara a travs del
diseo e implementacin de un controlador Fuzzy, con el fin de evitar
la resonancia acstica.Comparar los resultados obtenidos
experimentalmente por medio de simulaciones con los del modelo
obtenido.Marco Terico
LMPARAS DE ALTA INTENSIDAD DE DESCARGA (HID)
10Balastro
11
12EL FENMENO DE LA RESONANCIA ACSTICALas lmparas HID MH son
eficientes tienen una larga vida til proveen una luz de buena
calidad y son de tamao reducido sin embargo tienen la desventajas
de ser susceptibles al fenmeno de las resonancias acsticas.
13
ConvertidoresConversor CA/CDInversor CD/CALos convertidores
ca/cd, denominados tambin rectificadores, son aquellos equipos o
sistemas electrnicos dedicados a convertir una tensin alterna
sinusoidal de frecuencia y amplitud constante en una tensin
continua de salida.
Se entiende por convertidor cc/ca o inversor a que el circuito
que es capaz de transformar una corriente continua en alterna
Conversor CD/CDUn convertidor cd/cd se pueden dividir en tres
grupos: los que disminuyen la tensin a su salida (reductor), los
que aumentan su tensin a su salida (elevador), y los que son
capaces de realizar ambas funciones.15Lgica Fuzzy16Conjuntos
difusosUn conjunto difuso permite valores intermedios de
pertenenciaPermiten formalizar expresiones lingsticas que
tpicamente contienen algn grado de ambigedad, es decir, proveen un
mtodo para expresar matemticamente conceptos tales como "alto",
"fro", "rpidoLos conjuntos difusos permiten manejar la imprecisinLa
traduccin de pensamiento humano a operaciones de computadores
digitales, en otras palabras, transferir al computador el sentido
comn.Funciones de pertenencia
Funciones de Pertenencia
Control DifusoControl DifusoSistemas DifusosSistema difuso:
MandamiFuzzificador :Este elemento transforma las variables de
entrada del modelo (y) en variables difusas. Para esta interfaz se
deben tener definidos los rangos de variacin de las variables de
entrada y los conjuntos difusos asociados con sus respectivas
funciones de pertenenciaMecanismo de inferencia difusa : Realiza la
tarea de calcular las variables de salida a partir de las variables
de entrada, mediante las reglas del controlador y la inferencia
difusa, entregando conjuntos difusos de salidaDefusificacin. Este
elemento provee salidas discretas y determinsticas a partir de los
conjuntos difusos C' obtenidos como resultado de la inferencia.
Sistema difuso: Mandami
Sistema difuso: Mandami
Sistema difuso: Takagi-Sugeno
Fuzzificador :MamdaniMecanismo de inferencia difusa : Mamdani
Base de Reglas Difusas: Las reglas de la base de conocimiento de un
sistema Sugeno no es una etiqueta lingstica sino que es unafuncin
de la entradaque tenga el sistema en un momento dado
Sistema difuso: Takagi-Sugeno
Implementacin Del Balastro ElectrnicoBalastro Electrnico
Conversor CA/CD
Conversor CD/CDConversor CD/CARectificador en puente
CompletoBuck-BoostInversor en Puente CompletoDefinicin Buck-BoostUn
convertidor Buck Boost es una combinacin en cascada con Buck
seguido de un Boost, donde solo se utiliza un inductor. El sistema
permite entregar a su salida una tensin mayor o menor a la
suministrada, la polaridad de salida del convertidor puede ser
negativa o positiva segn su configuracin, para este caso se trabaja
con la configuracin no invertida.
33Calculo de la bobina34Calculo de la bobina3536Seleccin del
Ncleo ToroidalSmboloMS-226060ProductorArnoldLongitud16mmDimetro
interior26mmDimetro exterior58mmMaterial del ncleoSendust (85 %
hierro ,9% silicio, 6 % aluminio)Coeficiente de inductividad138
nHFrecuencia mxima500 kHz
Numero de Espiras.38Calculo del Capacitor39Diseo e Implementacin
de control 4445Seleccin de Entrada y salida.46Seleccin de Entrada y
salida.47Esquema del control FUZZY
49Variables Lingsticas5051Establecer los bordes de las funciones
de Pertenencia.
TablaFuncin matemtica para cada funcin de pertenencia.
5354ErrorGNPNZPPGPDutyGPPPZPNGN55565758Simulacin del control
Fuzzy.
Fuente de alimentacin 160 [v].Inductor 1 [mh].Capacitor
47[uf]Resistencia que representa la lampara HID-MH 250 [ohm].
Como resultado se tienes una especie de respuesta subamortiguada
cclica ante un valor constante de duty generando una corriente
fluctuante.60La corriente se mantiene estable con un tiempo de
establecimiento aproximado a los 40 ms y un sobre pico del 23
%.
61Anlisis de ResultadosBuck BoostEl convertidor se ha alimentado
con distintos voltaje, los valores van desde 20[V] hasta los 60
[V]. En pasos de 10 voltios no son tan elevados debido a que se
busca evitar daos en los elementos. As como los valores de ciclo de
trabajo son del 40 %, 50 % y 60 %. Con los cuales se pondr en
funcin de reductor y elevador el Buck-Boost.
Buck BoostFuenteSalidaDuttyCon CargaSin CargaEficienciaGanancia
VGanancia IEficienciaGanancia VGanancia
IVinIinPinVoutIoutPout%Vout/VinIout/IinIout/IinVout/VinIout/IinIout/Iin20.000.071.4012.000.070.8440.000.600.601.000.481.440.330.153.0018.200.112.0050.000.670.910.730.611.840.330.336.6027.500.174.6860.000.711.380.520.682.220.3130.000.113.3018.800.122.2640.000.680.631.090.731.450.50.236.9028.030.174.7750.000.690.930.740.71.820.380.5015.0042.100.2610.9560.000.731.400.520.732.190.3340.000.156.0025.430.164.0740.000.680.641.070.661.460.450.3112.4037.770.249.0650.000.730.940.770.681.810.380.6726.8056.500.3519.7860.000.741.410.520.752.170.3550.000.199.5032.230.206.4540.000.680.641.050.671.450.460.3919.5047.700.3014.3150.000.730.950.770.721.790.40.8542.5071.200.4532.0460.000.751.420.530.772.140.3660.000.2213.2038.900.259.7340.000.740.651.140.771.440.530.4728.2057.500.3620.7050.000.730.960.770.771.770.431.0261.2085.600.5446.2260.000.761.430.530.752.070.36
Puente HPara el anlisis del Puente H se vio en la necesidad de
trabajar con el conjunto balastro-lmpara, debido a que es necesario
determinar la potencia neta en la lmpara, as como el de obtener el
valor de la resistencia que se colocara en serie con la lmpara la
misma que facilitar su encendido.Frecuencia [kHz]Ciclo de Trabajo
[%]Resistencia de 30 [Ohm]Resistencia de 20
[Ohm]Potencia[W]Potencia Lmpara [W]Potencia [W]Potencia Lmpara
[W]117.0052.00134.67114.57134.67121.27117.0052.40148.92127.02148.92134.32117.0052.80159.39136.29159.39143.99117.0053.20170.10145.80170.10153.90117.0053.60181.05155.55181.05164.05117.0054.00190.08163.68190.08172.48117.0054.40197.10170.10197.10179.10117.0054.80204.24176.64204.24185.84117.0055.20209.71181.51209.71190.91117.0055.60219.80190.70219.80200.40117.0056.00232.70202.40232.70212.50117.0056.40238.58207.97238.58218.18117.0056.80246.38215.17246.38225.58117.0057.20251.90220.39251.90230.90117.0057.60259.90227.80259.90238.50Puente
HOndas del BalastroSalida del Balasto
En la seal de salida se nota como la accin proporcional de
controlador Fuzzy hace que presente una respuesta oscilante
amortiguada. No solo en la parte positiva sino tambin en la parte
negativa de la seal. Una de las caractersticas es que las
oscilaciones van decreciendo en un 25% con respecto a la anterior,
pero el error en estado estacionario no es cero su valor est entre
el 2% y el 5% de su valor final.Ondas del BalastroConversor
Buck-Boost Sin Seal de ControlNotamos que el conversor al ser
sometido a perturbaciones de voltaje, la corriente tiende a seguir
dichas perturbaciones, es decir, que si el voltaje de alimentacin
aumenta, la corriente tambin lo hace. Esto se debe a que el valor
del ciclo de trabajo es fijo y no compensa dichas perturbaciones,
que para este caso elevan tanto el voltaje como la corriente de
salida, permitiendo que la lmpara sufra de resonancias acsticas que
se traducen en parpadeos de la misma.
Ondas del BalastroConversor Buck-Boost Con Seal de ControlEl
conversor al ser sometido a una perturbacin de voltaje, est ya no
se ven reflejada en la corriente de salida. Esto se debe a que el
valor del ciclo de trabajo ya no es fijo sino que este busca
compensar dicha perturbacin, ya sea aumentando o reduciendo su
valor.
Conclusiones y RecomendacionesConclusiones:Al aplicar la seal de
control al Buck-Boost se logr mantener la corriente en un valor
deseado que es de 1 A. Para ello se decidi emplear un control
proporcional Fuzzy ya que este disminua en gran medida que la
lmpara se vea afectada por la resonancia acstica acosta de tener un
ess de 2% el cual es aceptable. Las otras tcnicas de control
disminuan el ess pero volvan a la lmpara muy susceptible a la
resonancia acstica lo cual afectaba a la estabilidad del plasma,
haciendo que la lmpara parpadee.
El controlador acta de manera totalmente predecible y adems es
posible conocer el estado del sistema en cualquier momento, esto se
debe a las definiciones utilizadas en las bases de conocimiento y
en las funciones de pertenencia. El controlador difuso implementado
ha sido una alternativa robusta y flexible de control para el
conjunto balastro-lmpara ya que esta permite una fcil adaptacin a
nuevos problemas, ahorrando tiempo de desarrollo del
mismo.Recomendaciones:Para el caso del controlador se recomienda
para futuros proyectos utilizar un DSPIC30f2020 este micro
controlador es especializado para el control de conversores.
Se recomienda que al momento de disear el controlador Fuzzy se
cambien los bordes de las funciones de pertenencia para ver cmo
esta variacin afecta al control y como este puede mejorar o
empeorar al controlador.
Al momento de energizar el circuito de control y el circuito de
potencia se deben utilizar fuentes independientes al no hacerlo la
etapa de potencia induce ruido hacia la de control dificultando el
funcionamiento del balastro.
Para pruebas y experimentacin se deben utilizar capacitores
mayores o iguales a 400 voltios para evitar destruccin de los
mismos, esto se aplic al momento de realizar variaciones en la
alimentacin para probar el controlador.