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Prácticas Electrónica de Potencia. 3ºGITI
http://www.dinel.us.es/
PRÁCTICA 5. Integración de Convertidores en un Sistema de
Potencia
1. Objetivo
El objetivo de esta práctica es analizar mediante simulación el funcionamiento de los
convertidores estudiados en prácticas anteriores y conocer el funcionamiento de todos
ellos operando conjuntamente.
2. Software de simulación
La práctica se realizará en el Centro de Cálculo de la E.S. de Ingenieros de la Universidad
de Sevilla, donde se hará uso de:
 Software de simulación Matlab – Simulink
 SimPowerSystems Toolbox.
3. Conocimientos previos
El alumno debe haber estudiado y asimilado los conceptos referentes a las prácticas
anteriores.
4. Realización de la práctica (2 horas)
4.1 Esquema general y aplicación del sistema a implementar en las practicas
El circuito a implementar durante las siguientes prácticas presenta el siguiente esquema:
400 Vac
Fuente trifásica
Convertidor
Elevador
Rectificador de
diodos trifásico
800 Vdc
BUS DC
DC
DC
AC
DC
DC
Rectificador
monofásico con
tiristor
Paneles
solares
Convertidor
Flyback
PRÁCTICA 5
AC
DC
Horno
Industrial
Figura 1. Esquema general del sistema de potencia a implementar durante las prácticas de la asignatura
1
Motor
M
AC
DC
DC
Inversor
trifásico
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En esta práctica, se trabajará con la parte del sistema de potencia que se encuentra
dentro del cuadro sombreado marcado como PRÁCTICA 5 en la figura 1. Como se puede
observar, esta parte del sistema completo consta los convertidores de potencia
simulados en prácticas anteriores.
NOTA GENERAL ACERCA DE LAS SIMULACIONES EN SIMSCAPE:
Cualquier simulación que incluya bloques de la librería Simscape de Simulink necesita
del bloque POWERGUI. Por tanto, hay que incluir dicho bloque y configurarlo como
continuo permitiendo el funcionamiento de componentes ideales y sin snubber.
Se debe configurar el tipo de simulación que se va a realizar en Simulink. Para configurar
esto se debe acceder a las opciones de configuración del “Solver” a través de la ventana
“Configuration parameters” empleando el menú “Simulation→Configuration Pameters”.
Configurarlo como de paso variable de tipo ode15s. El paso máximo de simulación
(max step size) se deberá configurar para poder sacar un resultado de simulación
óptimo en cada momento. Se aconseja que este valor no supere los 10
microsegundos.
4.2 Integración de los convertidores en un único modelo
Para estudiar el funcionamiento de los convertidores se deben copiar los modelos ya
desarrollados en prácticas anteriores e integrarlos en un único modelo. Se aconseja
hacer esto paso a paso:
1. Partir del modelo de la práctica 2 y comprobar su buen funcionamiento. Para ello,
imponer un salto en la temperatura deseada del horno desde 300 grados hasta
500 grados.
2. Calcular la temperatura máxima que se puede tener en el horno de forma
controlada. Comprobar que si se impone este valor se puede llegar a controlar y
si se impone un valor superior, la temperatura ya no sube.
3. Añadir a este modelo el convertidor elevador de la práctica 3 eliminando la
resistencia de salida del rectificador no controlado así como la fuente de tensión
de entrada del convertidor elevador.
4. El convertidor elevador debe tener la posibilidad de trabajar tanto en bucle abierto
como en bucle cerrado. La elección del tipo de operación se hará mediante el
componente “manual switch”.
5. El convertidor elevador operará (en bucle abierto ó cerrado) de forma automática
únicamente cuando la tensión de entrada del convertidor haya superado los 490
voltios. Si no se cumple esto, el controlador PI debe estar reseteado. Para ello,
hay que habilitar un reset externo por nivel en el bloque PID de simulink.
6. Efectuar un cambio de carga en el convertidor elevador desde 5kW a 1kW y
viceversa para ver la evolución de la tensión de salida que debe estar controlada
a 800 voltios.
7. Añadir el convertidor Flyback con aplicación fotovoltaica al sistema de potencia
eliminando su resistencia de salida.
8. El convertidor flyback debe tener la posibilidad de trabajar tanto en bucle abierto
como en bucle cerrado. La elección del tipo de operación se hará mediante el
componente “manual switch”.
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9. El convertidor flyback operará (en bucle abierto ó cerrado) únicamente si la tensión
de salida del convertidor haya superado los 790 voltios. Si no se cumple esto, el
controlador PI debe estar reseteado y para ello hay que habilitar un reset externo
por nivel en el bloque PID de simulink. Además, el inicio de operación del
convertidor flyback debe ser manual.
10. Habilitar el funcionamiento del convertidor flyback controlando que la tensión de
la fuente que emula el panel sea 200V cuando la carga del convertidor elevador
sea de 5kW.
11. Habilitar el funcionamiento del convertidor flyback controlando que la tensión de
la fuente que emula el panel sea 200V cuando la carga del convertidor elevador
sea de 1kW. Calcular en este caso la tensión de referencia que hay que imponer
en la fuente que emula el panel para que el sistema siga siendo controlable.
Simularlo y comprobarlo.
Para comprobar el buen funcionamiento de todos estos experimentos, representar en un
scope de cuatro ejes:
 EJE 1:
o Tensión de salida deseada y la tensión de salida del convertidor boost
o Tensión de salida del rectificador no controlado
 EJE 2:
o Valor instantáneo del duty cycle del convertidor elevador y del flyback
 EJE 3:
o Tensión del panel fotovoltaico (tensión de entrada del convertidor flyback)
multiplicada por 10
o Potencia media que proporciona la fuente de corriente que emula el panel
fotovoltaico.
 EJE 4:
o Temperatura deseada del horno y temperatura media de salida
o Valor instantáneo del ángulo de disparo del tiristor
Se debe entregar una memoria de la práctica que incluya todos los experimentos
planteados en este enunciado de la práctica indicando en cada caso las formas de onda
necesarias obtenidas del scope.
NOTA 1: Resumen de valores del modelo (para otros valores, tomar los
correspondientes de prácticas anteriores):
RECTIFICADOR DE DIODOS: Vgrid=400VRMS fase-fase, L=5mH, C=10mF
BOOST: L=3mH, C=6.6mF, f=10kHz, Kp=0.0025, Ki=10
FLYBACK: N2/N1=2.5, Lm=8.2mH, C_PV=1.5mF, f=10kHz, Kp=0.0001, Ki=250
NOTA 2: Se aconseja vivamente que los modelos que se integren estén limpios y
ordenados usando bloques Subsystem. Además, se aconseja eliminar todos los
bloques que se consideren innecesarios para la realización de la integración del
sistema completo (dejar bloques innecesarios ralentiza las simulaciones).
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