OCW Universidad de Málaga

��

CA

RG

AGenerador Necesita

�

��

CA

RG

AGenerador de Tensión

Continua

Necesita Corriente

Alterna

OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Trujillo, F.D.; Pozo, A; Triviño, A (2011) Electrónica de Potencia. Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

��

Lo que queremos

obtener

�

Lo que obtenemos

Obtengo un tren de pulsos. La forma del tren de pulsos depende del inversor

Luego hay que aplicar un filtro


�� !�"��

Componente

Armónicos

�� ! ��"

# �� $��

# ��

�� #

ComponenteFundamental


�� !��"

� �� %��

� � �� %�� &1v

vD nn = Valor eficaz

� �� %��&

$

100·......

1

22

3

2

2

v

vvvTHD

n ++++=

2/1

2

2

21

1

��

�

�

��

�

��

�

�=

∞

=n

n

n

V

VDF

Teniendo en cuenta el filtro


%&��

� � � ��%� � ��&

� �� %��'�� &

� (�� (��

Casi un 25% de las aplicaciones de Electrónica de Potencia son inversores.

(�� (��

� ��$��

� )�*�� +��

� ,��

�


'��%��&��

(


'��) � ��

*


� ��& ��!�"Crea un campo magnético que genera una corriente en un recipiente ferromagnético.Esta corriente inducida provoca calor que se traspasa al contenido del recipiente

+

1. Genero una corriente alterna en el cable enrollado (litz wire: reduce pérdida superficial y pérdidas por proximidad)

2. La corriente variable genera un campo magnético variable3. El campo magnético variable induce una corriente eléctrica en un

conductor (Ley de Faraday)4. Como la olla no es un conductor perfecto, las resistencias que posee

producen calor que se traspasa al contenido


� ��& ��!��"Cuanto mayor es la frecuencia que se administra a la bobina,

mayor es la corriente inducida.

Necesito alta frecuencia (20-100 KHz).

�,


-�� .�� !�"

��


-�� .�� !��"Al aumentar la frecuencia, aumenta la eficiencia luminosa

��


%��%� ��

��


� �� !�"

�#


� �� !��"

�$


� �� !��"

��


Car

ga

� �� !�/"

�(

Necesito que la carga sea un generador de alterna que impone la frecuencia

Son inversores controlados o guiados (no autónomos)


�� %��

¿Y si en el lado de alterna sólo tengo un receptor de energía?

Inversor u Ondulador Autónomo o Autoguiado

�*

Inversor u Ondulador Autónomo o Autoguiado

El inversor Autoguiado determina:

- Forma de la señal alterna- Frecuencia de la señal alterna


% ��& ��!�"

Tensión

R��

Continua Alterna

Con carga puramenteresistiva, tensión y

�+

Tensión

Corriente

Tensión +Corriente +

Potencia +

Tensión -Corriente -

Potencia +

resistiva, tensión ycorriente están en fase


% ��& ��!��"

Tensión

RL��

Continua Alterna�Con carga resistivainductiva, tensión y

�,

Tensión

Corriente

inductiva, tensión ycorriente NO están enfase

T +

C -

P -

T +

C +

P +

T -

C +

P -

T -

C -

P +Rectificador Inversor


Tensión

Corriente

% ��& ��!��"

��

T +

C -

P -

T +

C +

P +

T -

C +

P -

T -

C -

P +Rectificador Inversor

Hay que permitir camino para la corriente desde carga a la fuente de continua

SOLUCIÓN: Diodos en paralelo con interruptores OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Trujillo, F.D.; Pozo, A; Triviño, A (2011) Electrónica de Potencia. Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

��

Alimentación en continua de entrada

Tensión (VSI-Voltage source inverter)

Corriente (CSI-Current source inverter)

Tensión alterna de salidaMonofásicos

Trifásicos

��

Estructura de la etapa de potencia

Medio puente

Puente completo

Push-pull

Forma de gobierno de la estructura de potencia

Onda cuadrada (SQW)

Modulación de ancho de pulso

(PWM)

Resonantes


Q+

Q-

on off offon

on onoffoff

uS

V /2E

V /2E

V /2E

Q+

Q-

uS

�� &��!�"

��

-V /2E

Q-

∗ Típicamente se emplean señales de gobierno con ciclo de trabajo del 50% y complementarias en los dos interruptores

∗ La tensión de salida es una onda cuadrada de amplitud VE/2


VE/2

VE

Q+

�� &��!��"

¿Y si sólo tengo una fuente de tensión?

�#

VE/2

Q-

Introduzco CONDENSADORES


�� &��01&��

VE

N1

N1

N2uS

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u

�$

VE

Q+Q-

uSVE·

N2

N1


VinV0

M1 M3

i

�� &�� &�� !�"

��

M2M4

iL

Está formado por 4 interruptores:

- M1, M4 controlado con señales complementarias- M2, M3 controlado con señales complementarias


�� &�� &�� !��"

V0

iLVin

V0

M1 M3

i

�(

iLin

M2M4

iM1,

iM2

iM3,

iM4

iL

Corriente negativa


Los MOSFET tienen el diodo

parásito

No es necesario añadir otro

Con bipolares o IGBTs es

necesario añadir uno externo

�� &�� &�� !��"

�*

iM

Corriente negativa OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Trujillo, F.D.; Pozo, A; Triviño, A (2011) Electrónica de Potencia. Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

Co

nti

nu

a

Alt

ern

a

TA+ TB+

�� &�� &�� !�/"

�+

Co

nti

nu

a

Alt

ern

a

TA- TB-

Interruptores por parejas:

�TA+ y TA-

�TB+ y TB-


�2��&��

-��(�� (��

.�� (��

� ��-��(�� (��

��

.��(�� (��

��

�,


Señal de referencia

�34�'��&��

Señal de control(frec. interés)

Com

para

ndo

��

Com

para

ndo

La señal de pulsos controla el

encendido de unos interruptores


�34�� 5��Tengo dos

señales decontrol

(frec. interés)

��

Con PWM Doble, la señal de salida contiene menos armónicos indeseados que con PWM Simple


6��4 ��)��!�"�mf

��

BIPOLAR

UNIPOLAR

2·mf


Ma=1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

N=1 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10

N=mf 0.60 0.71 0.82 0.92 1.01 1.08 1.15 1.20 1.24 1.27

6��4 ��)��!��"�

BIPOLAR

¿Amplitud de los armónicos en PWM?

�#

N=mf 0.60 0.71 0.82 0.92 1.01 1.08 1.15 1.20 1.24 1.27

N=mf±2 0.32 0.27 0.22 0.17 0.13 0.09 0.06 0.03 0.02 0.00

Ma=1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

N=1 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10

N=2mf±1 0.18 0.25 0.31 0.35 0.37 0.36 0.33 0.27 0.19 0.10

N=2mf±3 0.21 0.18 0,14 0.10 0.07 0.04 0.02 0.01 0.00 0.00

UNIPOLAR


' 5��

�$

Hay que evitarlo


�34�� &��7�� !�"

Q1 Q3VE u

Q1

Q2

on off on

off on off

PWM doble es un caso particular de PWM con desplazamiento de fase

��

Q2 Q4

VE uS

α

off on off

on off on

off on off

Q4

Q3


Q1

Q4

Q1

Q4Q3

Q2

Q1 Q3VE uS

�34�� &��7�� !��"

�(

uSQ2 Q4

• Se puede ajustar la amplitud de salida uS (valor medio) mediante el ángulo α

• La forma de onda obtenida es más próxima a una onda senoidal:

menor contenido armónico


Medio puente, push-pull y puente completo PWM Simple

FourierVE

-VE

( ) ( )� ⋅⋅⋅⋅=

π

θθπ

0

sen2

dnVpicoV En

( ) ( )( )ππ

⋅−⋅⋅

⋅= nn

VpicoV E

n cos12

% �� !�"

�*

n

Vn

VE

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

n

Componente fundamental:

Elevado THD: 48%

( )πEVpicoV

⋅=4

1


% �� !��"Puente completo con PWM con desplazamiento de fase

VE

-VE

απ2 2

Fourier( ) ( ) ,...5,3,1cos

4 22

0

=⋅⋅⋅⋅= �−

nparadnVpicoV En

απ

θθπ

( ) ,...5,3,122

sen4

=��

�

��

�

�−⋅⋅

⋅

⋅= nparann

VpicoV E

n

απ

π

�+

2 2 22 �� ⋅n π

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3α

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

7o

THD

5o

3er

1er

∗ El ángulo de deslizamiento αpermite ajustar la componente fundamental de la tensión de salida

∗ El contenido armónico depende del ángulo α


�� !�"

2

Sv 1Q1D

a••0

3Q3D

b•

5Q5D

c•

#,

2

Sv4

Q4D 6Q

6D 2Q

2D

a b c

Ahora hay 3 pares de interruptores


�� !��"Tv Av Bv Cv

2

Sv

Sv

av

Comparo con 3 sinusoidales desfasadas 120º

#�

2

S

2

Sv

Sv

bv

cv

abv

2

Sv

2

Sv

1Q

4Q

1D

4D

a••0

3Q

6Q

3D

6D

b•

5Q

2Q

5D

2D

c•

a b c


�� 8��

VE/2

VE/2

Q+iS

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

u (Q+)GE

u (Q-)GE

#�

uS

VE/2Q-

td

Es necesario incluir tiempos muertos para evitar cortocircuitos puntuales de rama debidos a los tiempos de conmutación.

Se introducen circuitos lógicos específicos para garantizar el tiempo muerto.


�� "�/��'� ��

��!��

0 �1��$��

0 �1��+��

�� 9�� !�"

0 �1��+��

"��# �$

/�� $��'��

#�


�� 9�� !��"

La conmutación no es ideal y provoca pérdidas

##


�� 9�� !��"¿Cuándo interesa un inversor resonante?

Depende de la frecuencia de conmutación

#$


.�� 9��

Inversor de alta frecuencia

Tanque

#�

alta frecuencia


��:��9��

��

�� "�%�'�&

Segundo O

rden

%�'�&

#(

Terc

er

Ord

en


�� & �

� ��

� ��

#*


OCW Universidad de Málaga

Documents

Transcript of OCW Universidad de Málaga