Controladores de Potencia Recti cador Activo o PWMprof.usb.ve/bueno/Controladores/Rect_PWM_Laminas.pdf · Recti cador Activo o PWM Controladores de Potencia Recti cador Vienna 4 El

Controladores de Potencia

Recti�cador Activo o PWM

Prof. Alexander Bueno M.Profesor Visitante

18 de noviembre de 2011

USB

Recti�cador Activo o PWM Controladores de Potencia

Aspectos Generales

4 En los últimos años, los puentes recti�cadores con control por ancho de pulso(PWM ), han sido introducidos en los procesos de conversión de energíaAC-DC. Estos puentes por su esquema de conmutación, no sólo permitenreducir la inyección de armónicos de baja frecuencias en el sistema de potencia,adicionalmente permite el control del factor de potencia consumido por elpuente. El esquema de control de los recti�cadores PWM permite, regular lamagnitud de la tensión en la barra de corriente continua.

4 Existen dos con�guraciones de puente recti�cador PWM , uno se realiza conun puente de diodos y un chopper en la barra de corriente continua y el otro serealiza con un puente inversor que alimenta directamente la barra de corrientecontinua.

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Tipos de Recti�cadores

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Recti�cador Monofásico V SR

Figura 1: Recti�cador PWM monofasico

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Tabla 1: Tensión vrec para el recti�cador PWM monofásico

Q1 Q2 vrec0 0 01 0 VDC0 1 −VDC1 1 0

4 Calculando la corriente suministrada por la fuente de alterna (if(t)) en la�gura 1, se obtiene:

if(t) =1

Lσ

∫(vf(t)− vrec) dt (1)

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Figura 2: Esquema de control del recti�cador PWM monofásico

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Recti�cador Trifásico V SR

Figura 3: Recti�cador PWM trifasico

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4 El esquema de control del puente trifásico es similar al del monofásico si utili-zamos los vectores espaciales en vez de las magnitudes medidas. Recordemosque:

−→vf(t) = −−→vrec(t) + Lσd−→if (t)dt

(2)

Donde:

−→if (t) =

√23

[1 ej

2π3 ej

4π3

] ia(t)ib(t)ic(t)

(3)

−−→vrec(t) =

√23

[1 ej

2π3 ej

4π3

] Q1

Q2

Q3

VDC (4)

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4 El vector[

Q1 Q2 Q3

]trepresenta el estado de los interruptores del puen-

te trifásico y es de dimensión 3x1. En este vector el elemento "1" correspondeal encendido del interruptor superior, mientras que "0" indica el encendidodel interruptor inferior de la misma rama. El vector espacial de tensiones delrecti�cador presenta solamente ocho posibles estados correspondientes a lascombinaciones de los interruptores.

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Tabla 2: Vectores espaciales de tensiones del recti�cador (−−→vrec) trifásico

Q1 Q2 Q3−→vfn

0 0 0 0

0 0 1 −√

23VDC ej

π3

0 1 0 −√

23VDC e−j

π3

0 1 1 −√

23VDC

1 0 0√

23VDC

1 0 1√

23VDC e−j

π3

1 1 0√

23VDC ej

π3

1 1 1 0USB 9


Figura 4: Tensión espacial del recti�cador (−−→vrec) trifásico.

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Figura 5: Esquema de control del recti�cador PWM trifásico

4 Utilizando la teoría de vectores espaciales para modi�car la estrategia de controldel puente recti�cador por ancho de pulso, es posible utilizar este puente comorecti�cador activo, controlar el factor de potencia en la barra donde estaconectado, regular la tensión de la barra de corriente continua, compensar losarmónicos introducidos por otros puentes convertidores electrónicos conectados

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a la misma barra de alimentación en corriente alterna y controlar el �ujoinstantáneo de potencia activa y reactiva instantánea.

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Recti�cador Trifásico CSR

Figura 6: Recti�cador CSR trifásico

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4 En este puente se controla la corriente de la fuente alterna (−→if (t)) mediante

el vector de conectividades[

Q1 Q2 Q3

]ty la fuente de tensión (−→vf(t))

como:

−→if (t) =

−→iC(t) +

−→irec(t)

= Cd−→vf(t)

dt+−→irec(t) (5)

donde:

−→irec(t) =

√23

[1 ej

2π3 ej

4π3

] Q1

Q2

Q3

IDC (6)

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Recti�cador PWM tipo Boost

Figura 7: Recti�cador PWM Boost monofasico

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Figura 8: Recti�cador PWM Boost trifasico

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Figura 9: Esquema de control del recti�cador PWM con chopper

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Recti�cador Vienna

4 El recti�cador tipo Vienna fue propuesto en 1993 por el Prof. Johann W. Kolar

y consiste en un puente recti�cador de tres niveles(0,±VDC2

)con transistores

con capacidad de conducción de corriente bidireccional.

4 Se utiliza en fuentes trifásicos con neutro aislado.

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Figura 10: Puente recti�cador Vienna monofásico

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Figura 11: Recti�cador trifásico tipo Vienna

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Ejemplos Control de Potencia

4 En este ejemplo se controla la potencia activa y reactiva instantánea consumidapor el recti�cador activo desde un sistema de potencia balanceado de secuenciapositiva y con tensión equilibrada

vf(t) = sin(ωt)

4 Durante la operación se cambio la referencia de potencia activa de positiva anegativa, y la de potencia reactiva de cero a positiva.

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Figura 12: Potencia activa y reactiva instantánea en la barra del Sistema

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Figura 13: Tensión y corriente de la fase �a� en la barra del Sistema

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(a) Tensión (b) Corriente

Figura 14: Contenido armónico de la tensión y corriente en la fase �a� del sisetma

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Ejemplos Control de Potencia con Presencia de

Armónicos

4 En este ejemplo se controla la potencia activa y reactiva instantánea consumidapor el recti�cador activo desde un sistema de potencia balanceado de secuenciapositiva y con tensión equilibrada y distorsionada

vf(t) = 1,0 · sin(ωt) + 0,2 · sin(5 · ωt)

4 Durante la operación se cambio la referencia de potencia activa de positiva anegativa, y la de potencia reactiva de cero a positiva.

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Ejemplos Control de Corriente

4 En este ejemplo se controla la corriente instantánea consumida por el recti�-cador activo desde un sistema de potencia balanceado de secuencia positiva ycon tensión equilibrada y distorsionada

vf(t) = 1,0 · sin(ωt) + 0,2 · sin(5 · ωt)

4 Durante la operación se cambio la magnitud y fase de la corriente consumidapor el recti�cador activo

i(t) = I · sin(ωt− ϕ)

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Ejemplo Recti�cador Activo para Variador de

Velocidad

4 En la �gura 21, se presenta las formas de onda de tensión línea a línea ycorriente en la fase �a� del sistema de potencia que alimenta un recti�cadorpor modulación de ancho de pulso con �ltro pasa bajos (LC) en el lado decorriente continua.

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Figura 21: Tensión y corriente en el sistema que alimenta un recti�cador trifásicopor PWM

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Figura 22: Especto armónico de la tensión y corriente en el sistema que alimentaun recti�cador trifásico por PWM

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