Electrónica Industrial “A” - ciep.ing.uaslp.mxciep.ing.uaslp.mx/njjccontrol/images/pdf/tema_10.pdf · Inversor monofásico de medio puente (b) Formas de onda con carga resistiva

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Electrónica Industrial “A”

Dr. Ciro Alberto Núñez Gutiérrez

CD CA INVERSOR

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Inversores monofásicos

Inversores trifásicos

Inversores a tensión y frecuencia fija

Inversores a tensión y frecuencia variable

Técnicas PWM

Redes de amortiguamiento (snubbers)

Aplicaciones

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Los inversores son sistemas que convierten de corriente directa a

corriente alterna. Dependiendo de la configuración pueden ser:

• monofásicos

• trifásicos

• frecuencia fija o variable

• tensión fija o variable

En sistemas de baja potencia los esquemas más comunes son inversores

monofásicos, en donde el objetivo es generar una tensión de salida

monofásica, comúnmente a frecuencia y tensión fija.

Inve

rso

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CargaVCD

S1

S2

iCD

S3

S4

En los esquemas monofásicos

sólo existen cuatro

interruptores de potencia, los

cuales trabajan en base a

patrones de conmutación

establecidos.

Siempre existen dos

interruptores trabajando. Esta

es una condición que debe ser

considerada ante una falla del

sistema.

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• EL mayor campo de aplicación de los inversores monofásicos son las

UPS a frecuencia y tensión fija.

• La aplicación de inversores monofásicos para variadores de velocidad no

es común, pues los motores monofásicos necesitan un condensador de

arranque, complicando el control para el inversor.

• Los sistemas a frecuencia y tensión variables se emplean en equipos

resonantes para pruebas dieléctricos en transformadores, reactores y

condensadores de media y alta tensión, así como en hornos de inducción.

Aplicaciones generales

Inve

rso

res




Los inversores trifásicos se emplean en aplicaciones de baja, media

y alta potencia, con tensiones de salida de baja y media tensión.

La característica trifásica los hace adecuados para aplicaciones de

control de velocidad en motores de inducción de corriente alterna.

En aplicaciones de baja tensión, la salida de potencia puede ser

tomada directamente del puente inversor. En aplicaciones de media

tensión, es necesario emplear un transformador elevador cuya

función es escalar la tensión a los niveles adecuados.

Inve

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En esquemas trifásicos no

existe el neutro de forma

natural. En cargas donde

es necesaria su conexión,

se emplea un

transformador delta -

estrella en la etapa de

salida.


Carga

VCD

iCD

S1

S2

S3

S4

S5

S6

Inve

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• El campo de aplicación es más amplio en inversores trifásicos que en

inversores monofásicos.

• Las aplicaciones en UPS corresponden a inversores de frecuencia y

tensión fija.

• Los inversores en variadores de velocidad son sistemas a frecuencia y

tensión variable.

• En sistemas convertidores de tensión bifásica a tensión trifásica se

emplean inversores a frecuencia y tensión fija.

Aplicaciones generales

Inve

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Inversor medio puente

Inversor monofásico de medio puente

(b) Formas de onda con carga resistiva

(a) Circuito

(c) Corriente en una carga

altamente inductiva

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Inversor puente completo

(a)Puente

convertidor de onda

completa.

(b) S1 y S2 cerrados.

(c) S3 y S4 cerrados.

(d) S1 y S3 cerrados.

(e) S2 y S4 cerrados.

Inve

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(a) Puente inversor de onda

completa utilizando

transistores BJT

(b) Corriente en régimen

permanente en una carga

R-L.

Inve

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Puente inversor

trifásico

(a) Circuito

(b) Formas de onda para conducción a 180º

Inve

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Análisis de Fourier

Una función tiene simetría impar si

Una función tiene simetría par si

Si la función es impar y tiene simetría de media onda, entonces

presenta simetría de cuarto de onda impar

tftf

Una función tiene simetría de media onda si

tftf

Ttftf

2

1

Inve

rso

res




Si la función presenta simetría impar, entonces

00 a 0na

Los coeficientes bn están dados por (para T=2Π)

0

2tdtnsentfbn

Si presenta simetría de media onda

Armónicos pares = 0

Inve

rso

res




Si la función presenta simetría de cuarto de onda impar, entonces

2

0

4

tdtnsentfbn

00 a 0na


Inve

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El voltaje línea a línea se puede expresar como:

1

0 cos2 n

nnab tnsenbtnaa

v

Debido a la simetría de la forma de onda:

00 a 0na

32

4

nsen

nsen

n

Vb cd

n

Los coeficientes bn están dados por:

Se puede ver que los armónicos pares son cero.

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Como la señal está desplazada Π/6, se puede expresar como:

63

4

...5,3,1

tnsen

nsen

n

Vv

n

cdab

Los voltajes vbc y vca se puede determinar desplazando a vab 120° y 240°,

respectivamente:

23

4

...5,3,1

tnsen

nsen

n

Vv

n

cdbc

6

7

3

4

...5,3,1

tnsen

nsen

n

Vv

n

cdca

Se puede ver que los armónicos múltiplos de 3 son cero.

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Circuitos equivalentes para carga resistiva conectada en Y

(a) Circuitos equivalentes

(b) Voltajes de fase para conducción a 180º

Inve

rso

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Inversor Trifásico con salida en delta

Inve

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Voltajes línea-línea de salida del

Inversor Trifásico con salida en delta

Inve

rso

res



h2 = 0 h3 = 0

h4 = 0

Armónicos Pares = 0

Armónicos múltiplos de 3 = 0

Espectro en frecuencia del voltaje línea-línea de salida

Inve

rso

res



Inversor Trifásico con salida en estrella

Inve

rso

res



Voltajes línea-neutro de salida del

Inversor Trifásico con salida en estrella

Inve

rso

res



h2 = 0 h3 = 0

h4 = 0

Armónicos Pares = 0

Armónicos múltiplos de 3 = 0

Espectro en frecuencia del voltaje línea-neutro de salida

Inve

rso

res



Análisis de Fourier Una función tiene simetría impar si

Una función tiene simetría par si

Si la función es impar y tiene simetría de media onda, entonces

presenta simetría de cuarto de onda impar

tftf

Una función tiene simetría de media onda si

tftf

Ttftf

2

1

Inve

rso

res




Si la función presenta simetría impar, entonces

00 a 0na

Los coeficientes bn están dados por (para T=2Π)

0

2tdtnsentfbn

Si presenta simetría de media onda


Inve

rso

res




Si la función presenta simetría de cuarto de onda impar, entonces

2

0

4

tdtnsentfbn

00 a 0na


Inve

rso

res




Cancelación de armónicos

Inversor Monofásico

Inve

rso

res




Cancelación de armónicos

La señal presenta

simetría de cuarto de

onda impar

1cos4

nn

Vb CD

n

Inve

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Para α = 30°, el tercer armónico es igual a cero

Si

0cos 1 n

Es posible eliminar un armónico en particular

03cos 1 Si

Para α = 18°, el quinto armónico es igual a cero

05cos 1 Si

Inve

rso

res




Para α = 30°, el tercer armónico es igual a cero

Inve

rso

res




Para α = 18°, el quinto armónico es igual a cero

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