INVERSORES DC-AC

Conceptos básicos del inversorUn inversor es un convertidor estático de energía, que convierten la corriente continua DC en corriente alterna AC, permitiendo alimentar una carga en su salida de alterna, regulando la tensión y la frecuencia. Dicho de otro modo un inversor transfiere potencia desde una fuente de corriente continua a una carga de corriente alterna.

Los inversores de potencia son utilizados en:

• Automóviles• Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS)• Sistemas de corriente alterna que trabajan con la energía de una batería.• Energías alternativas (energía solar o eólica).

Conversión de DC a ACLo primero es entender la diferencia entre corriente alterna y corriente directa;

La corriente alterna cambia de manera cíclica su magnitud y dirección, es decir; se invierte la polaridad periódicamente en ciclos por segundo, llamados hercios (hertz). Sin embargo, a pesar de este constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluye del polo negativo al positivo.

La corriente continua, tiene como característica principal el desplazamiento de electrones de manera continua, tanto en su intensidad como en su dirección. La corriente fluye de mayor voltaje, a menor voltaje, manteniéndose siempre la misma polaridad.

El transformadorEs un componente eléctrico que tiene la capacidad de cambiar el nivel del voltaje y de la corriente, mediante dos bobinas enrolladas alrededor de un núcleo o centro común

La mayoría de los electrodomésticos utilizan AC. Por lo tanto, usualmente se añaden inversores al sistema para poder convertir la DC en AC.

Características

•Amplio rango de entrada de DC, así como una estable producción de AC.

•Alta eficiencia en la conversión y un bajo consumo de energía cuando está parado.

•Puede soportar un repentino aumento de energía cuando percibe cargas grandes.

•Protección contra sobrecorriente y sobrevoltaje.

•Protección contra bajos voltajes para evitar que la batería se descargue demasiado.

•Protección contra fallas en el cableado y contra conexiones (de polaridad) equivocadas, gracias a sus fusibles de rápida acción.

INVERSOR DE PUENTE COMPLETO

El inversor DC/AC es un inversor en puente completo modulado con modulación senoidal (SPWM) unipolar, que presenta las siguientes ventajas:

•El inversor en puente completo preserva la mayor amplitud del primer armónico de la tensión de salida (Vab). En comparación, esta amplitud es el doble en el puente completo que en el medio puente.

•Los armónicos en la salida aparecen a mayor frecuencia con PWM unipolar en comparación con PWM bipolar, lo que facilita su filtrado y disminuye el tamaño de los componentes de filtro.

La modulación será analógica, en la que los instantes de conmutación vienen determinados por la comparación de una señal moduladora senoidal con una portadora triangular.

Un diagrama de bloques más detallado de la parte correspondiente al inversor, se muestra en la siguiente figura.

•Consta de un circuito inversor en configuración Puente Completo. •Una etapa de control de modulación Spwm Unipolar.• Una fuente de alimentación lineal para alimentar la etapa de control. •Unos drivers para excitar cada una de las ramas del puente inversor.•Y un filtro LC para reducir el contenido armónico de alta frecuencia.

Los drivers de disparo de los IGBTs del puente inversor utilizan la técnica BootStrap, y se alimentan a partir de la segunda salida del convertidor Flyback DC/DC.

Fuente DC:La fuente del circuito es de 12 Vdc, los cuales pueden ser aportados por un conjunto de baterías en paralelos, ya que el voltaje de una batería disminuye con respecto al tiempo es necesario simular esta condición para determinar el voltaje mínimo de operación.

Inversor:

para el diseño un “puente H” o “full bridge”. A pesar que

tradicionalmente este tipo de circuito se utiliza para el

control de motores, se puede implementar para cargas

puramente resistivas al mismo tiempo que se deja cierto

grado de libertad para su uso en cargas inductivas o una

combinación de ambas, de modo que se incrementa el

número de aplicaciones que se le puede dar.

El full-bridge o H-bridge, por la forma de su circuito, en este inversor losinterruptores se cierran y abren en pares: 1A con 2B y 1B con 2A. Alcerrar 1A y 2B se aplica un voltaje positivo a la carga, al abrir los anteriores y cerrar 1B y 2A se aplica un voltaje inverso. Los interruptores 1A y 1B nunca se deben cerrar al mismo tiempo que se provoca un corto circuito, lo mismo sucede con 2A y 2B, a esta condición se le conoce en inglés como “shoot-through”.

Controlador:Se utiliza un controlador PWM para manejar los IGBT, este funciona como unoscilador que enciende y apaga los transistores, comparando la salida del inversor y ajustando el ciclo de trabajo para obtener los resultados

deseados.Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica ya sea para el envío de información en un canal de

comunicación o el voltaje que se le da a una carga.

Algunos parámetros importantes de un PWM son:• La relación de amplitudes entre la señal portadora y la moduladora, siendorecomendable que la última no supere el valor pico de la portadora y estécentrada en el valor medio de ésta.• La relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la relaciónentre la frecuencia de la portadora y la de señal sea de 10 a 1.El PWM se utiliza en inversores para regular el voltaje, alternando en ciclo detrabajo se puede aproximar el voltaje de salida al deseado.Primero se mide el voltaje de salida, si es menor a la referencia se enciende elinterruptor, si el voltaje es mayor se apaga el interruptor

Como es necesario mantener por separado las tierras del circuito de control y de potencia, se coloca un optoacoplador en la salida del circuito de control.

La resistencia R10 limita la corriente que entra al optoacoplador,

a la salida del optoacoplador se conecta la primer salida de

control a que va a los transistores,para garantizar que se

obtendrá un voltaje lo suficientemente alto para controlar los

transistores IGBT y para que el inversor funcione de manera

correcta. Para limitar la corriente se utiliza R11 de modo que no

sobre pase los 50 mA.

• Inversor de conmutación natural:

Usan tiristores que permiten controlar el ángulo de disparo.No es controlable la fase de las corrientes generadas.El factor de potencia es inductivo.

• Inversor de conmutación forzada:

Usan válvulas con control en el encendido y apagado.Permiten controlar el factor de potencia y las formas de onda.

Aplicaciones en Sistemas Eléctricos

Convertidores AC-DC (PWM-VSC)

Aplicaciones y Ventajas

•Celda básica en muchas aplicaciones industriales

Conversión de potencia AC-DC-ACAccionamientos de velocidad variableGeneración alternativa (solar, eólica, mareomotriz, etc.)Filtros activosFACTS, CUPS, HVDC

•Flujo de potencia bidireccional•Control independiente de P y Q•Bajo índice de THD•Alto nivel de control del bus de DC

Aplicaciones de CUPS - Sistemas de Energía PersonalizadosDSTATCOM y DVR - Sistemas de Distribución

Acondicionador Unificado de Calidad de la Potencia (UPQC)

Aplicaciones de Transmisión en HVDC

Proyectos de Transmisión en HVDCLa capacidad mundial de transmisión en HVDC es de 140GW repartidos en 145 proyectos.

•Suministro de energía a islas y cruce de mares•Parques eólicos offshore•Conexiones asíncronas•Alimentación a densos centros urbanos

WECS Basado en Maquina Sincrónica de Imanes PermanentesDirect Drive o Full Converter

Sistemas de Conversión de Energía Eólica (WECS)Diferentes Topologías de Convertidores|

Conexión a Red de Fuentes Alternativas de Energías

Nuevos Sistemas de Potencia

Futuros Desarrollos

•Estudio de la incorporación en gran escala de generadores basados en energíasalternativas operando en una red eléctrica inteligente (smart grids)

•Utilizando los convertidores de aerogeneradores de velocidad variable reducir laSSR en generadores sincrónicos y turbinas eólicas

•Diseño de mecanismos de sincronización y controladores para mejorar eldesempeño, en presencia de armónicos en la red eléctrica

•Utilización de mediciones remotas para la coordinación de SG, FACTS, y WECS

Conclusiones

Con la realización de esta investigación de los inversores AC-DC se ha conseguido entrar de lleno en el mundo de la electrónica de potencia, la intensificación en el estudio de este tema, se han encontrado múltiples dificultades a la hora de implementar un inversor que cumpliera con todas las especificaciones.

En la función de transferencia con el objetivo de analizar la salida de tensión del inversor en función de la señal de control de cada fase. Se debe realizar un acondicionamiento de la señal mediante un sistema de control.

El diseño de un inversor, implica mucho más que la generación de pulsos, es tan importante la parte de potencia, los circuitos auxiliares, circuitos de monitoreo y sobre todo el acoplamiento de todas estas partes, constituye un trabajo que requiere mucho cuidado ya que se trabaja con voltajes elevados que generan problemas, principalmente de ruidos, descargas estáticas,Aislamientos.

Bibliografía

http://lcr.uns.edu.ar/jp2011/presentaciones/VM04_Andres_Leon_Convertidores_AC_DC.pdf}

www.deep-ing.com.ar/productos/inversores_de_tension_dc_ac.htmlEn caché - Similares

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www.directindustry.es › ... › Alimentación eléctric

www.u-cursos.cl/ingenieria/2007/1/EM722/1/.../125337

www.buenastareas.com/materias/inversor-dc-ac/