SAAEI 2005

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Electrónica Industrial
2do curso de Ingeniería Técnica Industrial
Especialidad Electricidad
Lección 18 Convertidores CC/CA Inversores
Profesor Diego González Lamar
Transparencias basadas en el material realizado
por Arturo Fernández
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Convertidores CA/CC Inversores
Índice de la Lección

• Introducción
• Topologías básica de inversores no modulados
• Inversor en medio puente
• Inversor en puente completo
• Inversor Push-Pull
• Control de armónicos y amplitud
• Obtención de tensión senoidal
• Inversores modulados Idea básica

Electrónica Industrial Lección 18
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Convertidores CA/CC Inversores
Introducción
Muchas aplicaciones necesitan una tensión alterna
para funcionar Además, en muchas aplicaciones
relacionadas con motores, es necesario regular
esa tensión alterna para controlar el motor Para
obtener una tensión alterna controlada (V, f),
las mejoras prestaciones se obtienen cuando el
convertidor trabaja desde una tensión continua
Electrónica Industrial Lección 18
En la actualidad, el esquema más habitual es el
siguiente
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Convertidores CA/CC Inversores
Introducción
Las aplicaciones principales de los inversores
son
Control de motores se necesita tener tensión y
frecuencia ajustables para controlarlos
Electrónica Industrial Lección 18
Sistemas de alimentación ininterrumpida
(SAI) Uninterruptible Power Systems (UPS)
Se cae la red
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Convertidores CA/CC Inversores
Topologías básicas de inversores no modulados
Inversor en medio puente
M1
T
T/2
M2
M2
V0
Electrónica Industrial Lección 18
Vin
V0
M1
La tensión de salida (V0) es alterna (valor medio
nulo) Forma de onda cuadrada
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Convertidores CA/CC Inversores
Topologías básicas de inversores no modulados
Inversor en puente completo
M1, M2
T
T/2
M1
M3
M3,M4
V0
Electrónica Industrial Lección 18
Vin
V0
M4
Vin
M2
-Vin
La tensión de salida (V0) es alterna (valor medio
nulo) Forma de onda cuadrada
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Convertidores CA/CC Inversores
Topologías básicas de inversores no modulados
Inversor en Push-Pull
M1
n1
T
T/2
V0
M2
Electrónica Industrial Lección 18
Vin
M2
V0
M1
La tensión de salida (V0) es alterna (valor medio
nulo) Forma de onda cuadrada
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Convertidores CA/CC Inversores
Control de armónicos
Supondremos una carga resistiva para simplificar.
Cuando la carga es puramente resistiva, la
corriente tiene la misma forma de onda que la
tensión
El método de las series de Fourier resulta muy
práctico para analizar formas de onda
(Descomposición en señales senoidales)
Electrónica Industrial Lección 18
En el caso de una forma de onda cuadrada, las
series de Fourier sólo tienen los armónicos
impares
V0
VPico
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Convertidores CA/CC Inversores
Control de armónicos
La forma de onda que se obtiene con un inversor
de onda cuadrada no es demasiado buena en
comparación con una senoidal.
Una opción para obtener una mejor forma de onda
cambiar levemente el esquema de conmutación
Electrónica Industrial Lección 18
Menor contenido armónico
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Convertidores CA/CC Inversores
Control de armónicos
Vin
V0
?
?
?
?
M1
T
T/2
Vin
V0
iL
M1
Electrónica Industrial Lección 18
M4
M2
2
1
M1
M3
M2
M4
M2
4
3
M4
M3
M1
M3
4
3
1
2
1
M4
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Convertidores CA/CC Inversores
Obtención de tensión senoidal
Evidentemente, si filtramos la forma de onda
obtenida podemos quedarnos con el armónico
fundamental
Electrónica Industrial Lección 18
Para ello, debemos diseñar el filtro con una
frecuencia de corte superior a la frecuencia del
primer armónico e inferior a la del resto El
inconveniente de este sistema es que, al ser la
frecuencia de red muy baja,el tamaño de los
componentes (L y C) es muy grande
fC
50
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Convertidores CA/CC Inversores
Inversores modulados Idea básica
La idea básica es trocear la forma de onda a alta
frecuencia en vez de hacer conmutaciones a baja
frecuencia
VRL
VRL
20 ms
10 ms
Electrónica Industrial Lección 18
V0
El filtro se diseña para un frecuencia de 50 Hz
VRL
El filtro se diseña para un frecuencia del orden
de kHz
20 ms
10 ms
V0
lt1ms
Menor tamaño
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Convertidores CA/CC Inversores
Inversores modulados Idea básica
Al trabajar a alta frecuencia, podemos hacer que
la anchura del pulso cambie durante un ciclo de
red Si obligamos a que la anchura del pulso varíe
según un patrón senoidal, el filtrado necesario
para tener una forma de onda senoidal a la salida
será aún más sencillo. A esta estrategia se la
denomina MODULACIÓN
Electrónica Industrial Lección 18
Modulando la anchura del pulso senoidalmente
obtenemos una forma de onda muy parecida a la
senoidal
Mayor complejidad Pérdidas de conmutación más
elevadas
Desventajas
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Convertidores CA/CC Inversores
Inversores modulados Idea básica
Las topologías de potencia usadas para los
inversores modulados son las mismas que las
vistas en los inversores no modulados
Inversor en Puente Completo
Inversor en Medio Puente
Electrónica Industrial Lección 18
M1
M2
M3
V0
Vin
V0
Vin
M1
M2
M4
Únicamente cambia la estrategia de conmutación de
los inversores
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Convertidores CA/CC Inversores
Inversores modulados Idea básica
Para generar las señales de control de los
interruptores de forma que se consigan formas de
onda de este tipo son necesarias dos señales
Una señal de referencia es la forma de onda que
se pretende conseguir a la salida. En caso de los
inversores suele ser una senoide.
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Electrónica Industrial Lección 18
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Una señal portadora es la que establece la
frecuencia de conmutación. Se utiliza una señal
triangular.
Portadora
-
Salida
Referencia

Salida
Comparador