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INVERSORES Y CICLOCONVERTIDORES MODULADOS POR ANCHO DE PULSO
VELARDE PADILLA DAVID OCTAVIO
OROZCO VÁZQUEZ VÍCTOR RAFAEL
MONROY OCHOA CARLOS ALBERTO
SOTO MÁRQUEZ JOSÉ JONATHAN
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INVERSORES CD/AC
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SIMBOLOGIA
INVERSOR MONOFASICO
INVERSOR TRIFASICO
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DEFINICION Y CLASIFICACION• Definición: Es un dispositivo electrónico que convierte la energía
eléctrica de corriente directa a corriente alterna. En algunos casos podemos encontrar el mismo término para equipos que convierten la corriente alterna a directa aunque en este caso el término correcto es rectificador.
• Clasificación: Se clasifican básicamente por su potencia nominal de salida, sin embargo existen otros parámetros a conciderar como son:
• el tipo de onda: cuadrada, senoidal, senoidal modificada (cuasi - senoidal),
• voltaje para protecciones,
• opciones como la de inversor - cargador, etc.
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CARACTERISTICAS
• Los inversores se fabrican considerando dos etapas convertidoras:
La etapa sintetizadora produce una onda de impulsos a partir de una tensión DC.
La etapa filtradora se ocupa de eliminar los armónicos indeseados de la onda de impulsos para tener a la salida de esta etapa una señal totalmente senoidal.
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FORMAS DE ONDA EN CA
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INVERSORES DE ONDA SENOIDAL MODIFICADA
• Son más sofisticados y caros.
• Utilizan técnicas de modulación de ancho de impulso.
• El ancho de la onda es modificada para acercarla lo más posible a una onda senoidal.
• La salida no es todavía una auténtica onda senoidal, pero está bastante próxima.
• El contenido de armónicos es menor que en la onda cuadrada.
• Son los que mejor relación calidad/precio ofrecen para la conexión de iluminación, televisión o variadores de frecuencia.
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INVERSORES DE ONDA CUADRADA.
FUNCIONAMIENTO:
• La corriente continua se hace pasar a través de un transformador, primero en una dirección y luego en la otra, mediante un sistema de conmutación.
• El dispositivo de conmutación que cambia la dirección de la corriente debe actuar con rapidez.
• A medida que la corriente pasa a través de la cara primaria del transformador, la polaridad cambia 120 veces cada segundo.
• Como consecuencia,
• la corriente que sale del secundario del transformador va alternándose, con una frecuencia de 60 ciclos completos por segundo.
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Generalidades
Generalidades sobre modulación:
VD
+
-
VR
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Generalidades sobre modulación:
VD
+
-
VR VD
Generalidades
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T
VD
![Page 13: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/13.jpg)
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T
VD
![Page 19: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/19.jpg)
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T T
tiempo
VR media
VD
VD
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
tiempo
VD
Valores medios muy aproximados
Valores medios muy aproximados
¿Pueden obtenerse señales senoidales?
Sólo valores positivos
VD>VR>0
Sólo valores positivos
VD>VR>0
VR media
VD
0
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Generalidades sobre modulación:
Generalidades
Modulación senoidal-triangular
TA +
TA -
A
DA+
DA -
0
VD
/2
VD
/2
¿Cuál cerramos?
t
TA+ si VControl>VTriangularTA- si VControl<VTriangular
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Generalidades sobre modulación:Modulación continua-triangular
TA +
A
DA+
DA -
0
VD
/2
VD
/2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
+ + +
- - -
El valor medio de la tensión es positivo
El valor medio de la tensión es positivo
TA -
Generalidades
![Page 23: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/23.jpg)
Generalidades sobre modulación:Modulación continua-triangular
TA +
A
DA+
DA -
0
VD
/2
VD
/2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
El valor medio de la tensión es nulo
El valor medio de la tensión es nulo
TA -
+ +
- - -
Generalidades
![Page 24: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/24.jpg)
Generalidades sobre modulación:Modulación continua-triangular
TA +
A
DA+
DA -
0
VD
/2
VD
/2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
El valor medio de la tensión es negativo
El valor medio de la tensión es negativo
TA -
- - -
+ + +
Generalidades
![Page 25: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/25.jpg)
INVERSORES MONOFÁSICOS CONTROLADOS POR VOLTAJEMODULACIÓN POR ANCHO DE UN SOLO PULSO.
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSOS MÚLTIPLES.
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SINUSOIDAL.
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SINUSOIDAL MODIFICADO.
![Page 26: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/26.jpg)
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO ÚNICO
• Solo hay un pulso por cada medio ciclo.
• Se hace variar el ancho del pulso para controlar el voltaje de salida.
• Las señales de disparo se generan comparando una señal de referencia rectangular (Ar) con una onda portadora triangular (Ac).
• La frecuencia de la señal de referencia determina la frecuencia fundamental de Vs.
![Page 27: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/27.jpg)
• El voltaje instanteo de salida:
• La relación en Ar y Ac es la variable de control, la cual se define como el índice de modulación de amplitud:
![Page 28: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/28.jpg)
![Page 29: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/29.jpg)
• Voltaje rms:
• Variando Ar de 0 hasta Ac se puede modificar el ancho de pulso de 0° a 180°, y Vs rms de Vo a Vs.
![Page 30: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/30.jpg)
• El tiempo y los angulos de interseccion se pueden determinar con:
que determinan el siguiente ancho d de pulso:
donde
![Page 31: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/31.jpg)
1. Generar una señal portadora triangular Ver de periodo de conmutación Ts = T/2. Comparar Ver con una señal de referencia Vr para producir la diferencia Ve = Ver - Vp que debe pasar por un limitador de ganancia para producir una onda cuadrada de ancho d con un periodo de conmutación Ts.
2. Para producir la señal de disparo g1, multiplicar la onda cuadrada que resulta por una señal unitaria V2, que debe ser un pulso unitario de ciclo de trabajo 50%, a un periodo T.
3. Para producir la señal g2 de compuerta, multiplicar la onda cuadrada por una señal lógica inversa de V2.
SECUENCIA DE DISPARO:
![Page 32: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/32.jpg)
MODULACION POR ANCHO DE PULSO MULTIPLE
![Page 33: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/33.jpg)
• La frecuencia de la señal de referencia establece la frecuencia de salida fo, y la frecuencia de la portadora fe determina la cantidad de pulsos p por cada medio ciclo.
• El índice de modulación controla el voltaje de salida y se le denomina modulación por ancho de pulso uniforme (UPWM).
![Page 34: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/34.jpg)
• La cantidad de pulsos por medio ciclo se determina con
donde se define como la relación de frecuencia.
![Page 35: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/35.jpg)
• Si es el ancho de cada pulso, el voltaje rms de salida se calcula con:
• La variación del índice de modulación M de 0 a 1 hace variar el ancho de pulso d desde 0 hasta T/2p (0 a π/p), y al voltaje rms de salida de Vo hasta Vs.
![Page 36: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/36.jpg)
• El m-ésimo tiempo tm y ángulo m de intersección se pueden determinar con:
para m = 1, 3, …, 2p
para m = 2, 4, …, 2p
![Page 37: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/37.jpg)
• Como todos los anchos son iguales, el ancho de pulso d (O el ángulo de pulso ) es:
donde p
![Page 38: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/38.jpg)
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SINUSOIDAL
• Se hace variar el ancho de cada pulso en proporción con la amplitud de una onda sinusoidal evaluada en el centro del mismo pulso.
• El Factor de distorsión (DF) Y la Harmónica de orden mas bajo (LOH) se reducen.
![Page 39: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/39.jpg)
• la frecuencia de la señal de referencia determina la frecuencia de salida del inversor
•El voltaje de salida:V= Vs (g1-g4)
•La cantidad de pulsos por medio ciclo depende de la frecuencia de la portadora.
•Se puede modificar el voltaje rms de salida, variando el índice de modulación M
•Se pueden generarlas mismas señales de disparo con una onda portadora triangular unidireccional
![Page 40: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/40.jpg)
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SINUSOIDAL MODIFICADA
• Técnica de SPWM se puede modificar para que se aplique la onda portadora durante los primeros y últimos intervalos de 60° por medio ciclo (es decir, de 00 a 60° y de 1200 a 180°).
![Page 41: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/41.jpg)
Indica que los anchos de los pulsos más cercanos al pico de la onda sinusoidal nocambian mucho al variar el índice de modulación.
Esto se debe a las características de una onda sinusoidal
![Page 42: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/43.jpg)
BENEFICIOS DE LA MSPWM
• Reduce la cantidad de conmutación de los dispositivos de potencia.
• Reduce las perdidas por conmutacion
![Page 44: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/44.jpg)
CICLOCONVERTIDORESCONVERSORES DIRECTOS DE FRECUENCIA
![Page 45: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/45.jpg)
INTRODUCCIÓN
• Objetivo: Obtener una tensión alterna a partir de otra,
modificando la frecuencia a otra inferior.
• Aplicaciones: Accionamiento de motores síncronos y asíncronos. Frecuencia de red cambiada a otra variable. Obtención de una tensión con frecuencia
constante a partir de un alternador de velocidad variable.
NOTA* Una ventaja es que reside en su funcionamiento
con bloqueo de tiristores de forma natural.
Trabaja con motores que funcionan de 0 a 20Hz
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Un cicloconvertidor es un cambiador directo de frecuencias, que convierte CA con una determinada frecuencia, en CA con otra frecuencia, en una conversión CA a CA sin un enlace intermedio de conexión CC.
El control se realiza regulando el ángulo de disparo de ambos convertidores para que las tensiones de salida sean iguales pero de sentido contrario.
Uo = UP = - UN
aP + aN = 180º
![Page 47: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/47.jpg)
FUNCIONAMIENTO DE UN CICLOCONVERTIDOR
![Page 48: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/48.jpg)
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS CICLOCONVERTIDORES MONOFÁSICOS
![Page 49: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/49.jpg)
En el primer periodo αp = α, esto es, disparando TI y T2 en α y disparando T3 y T4 en π + α.
En le segundo periodo con un
ángulo de retardo αN = π - α; esto es, disparando T ‘1 y T
’2 en π - α y disparando T ’3
y T´4 en 2 π - απ + απ – α2π – α
Son los ángulos de retardos
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EJEMPLO: CICLOCONVERTIDOR DE MEDIA ONDA
![Page 51: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/51.jpg)
EJEMPLO SIN INTENSIDAD CIRCULATORIA (MODO BLOQUEO)
![Page 52: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/52.jpg)
EJEMPLO CON INTENSIDAD CIRCULATORIA
![Page 53: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/53.jpg)
MODELO MATEMÁTICO
Para la ecuación del voltaje de salida rms :
Para la corriente rms de la carga tenemos que:
Donde YPara: ω = 2πf0
La corriente rms a través de cada convertidor esta dada por:
![Page 54: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/54.jpg)
La corriente rms a través de cada tiristor es:
La corriente rms de entrada es :
Para el factor de potencia de entrada es:
La potencia de salida se obtiene mediante:
![Page 55: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/55.jpg)
CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO - MONOFÁSICO
El principio de operación es el mismo que el anterior solo que los convertidores + y - pueden ser del tipo rectificador de media onda o de onda completa.
(A) media onda (B) onda completa
![Page 56: Inversores y Cicloconvertidores Controlados Por Ancho de Pulso - Expo](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022062305/5695d32a1a28ab9b029d0886/html5/thumbnails/56.jpg)
Formas de onda para carga resistiva en cicloconvertidor trifásico de onda completa
La síntesis de la forma de onda corresponde para una frecuencia de salida de 12 Hz, para una frecuencia de la tensión trifásica de 60 Hz.
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TRIFÁSICO - TRIFÁSICO
utilizados en el control de velocidad de motores de inducción trifásicos
cicloconvertidor trifásico de media onda
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Se hace necesario el empleo de sistemas microprogramados para el control de disparo por puerta debido a la gran cantidad de tiristores que componen el circuito.
cicloconvertidor trifásico de onda completa
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COMPARACIÓN CON LOS INVERSORES
Un inversor es más sencillo tanto en la etapa de potencia como en el control que un cicloconvertidor.
Un inversor puede regular una tensión en amplitud y en frecuencia sin que la entrada(de CC) limite la frecuencia superior.
La regeneración de energía es natural en un cicloconvertidor, mientras que en un inversor supone una gran complejidad en el control.
Un cicloconvertidor realiza la regulación en una sola etapa, mientras que el inversor necesita de un etapa previa de rectificación.