«Alumno»

Jose Luis Aguayo Lobera

Trabajo Obligatorio ELECTRÓNICA ANALÓGICA

Septiembre de 2010

FUNDACION SAN VALERO

SEAS, Centro de Formación Abierta

ZARAGOZA

PROPUESTA DE TRABAJO OBLIGATORIO

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Propuesta de trabajo

En esta asignatura hemos estudiado diferentes tipos de componentes electrónicos y el

objetivo del trabajo obligatorio es analizar en detalle los diferentes circuitos típicos para

fuentes de alimentación haciendo uso de dichos componentes.

Las conversores DC/DC nos permiten poder convertir una fuente de tensión de una

determinado voltaje por otra de otra tensión manteniendo un rendimiento muy elevado

(teóricamente del 100%).

Los conversores DC/AC permiten poder convertir una fuente de energía de corriente

continua a otra de corriente alterna. Disponemos de diferentes usos, aplicaciones

domésticas, inyección de energía a red (utilizado en energías renovables) etc…

Se propone al alumno hacer un estudio sobre estas tecnologías bajo el siguiente temario.

Contenidos a desarrollar:

1. Necesidad y justificación de los conversores DC/DC y DC/AC

2. Explicación y funcionamiento de los circuitos Buck-Boost.

3. Análisis del circuito Puente en H

4. Inversor en puente trifásico

5. Inversores con modulación (por anchura de pulsos y senoidal)

6. Explicación de la distorsión armónica. Conceptos, unidades y consecuencias

7. Busca y explica las diferencias entre ondulador e inversor

8. Explica el fenómeno de Islanding de un inversor

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9. Busca a través de internet, diferentes onduladores e inversores de varias potencias,

tanto monofásicos como trifásicos. Adjunta sus fichas técnicas y los enlaces donde

has conseguido dicha información.

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Objetivos del trabajo

Que el alumno sea capaz de buscar información técnica de contenidos electrónicos a

través de la web

Conocer los diferentes tipos de conversores DC/DC DC/AC AC/DC

Entender los conceptos de circuitos tipos de este tipo de tecnologías

Entender los conceptos de distorsión armónica, sus peligros y sus unidades de

medida THD

Distinguir entre onduladores e inversores

Conocer el fenómenos Islanding sobre inversores

Analizar diferentes equipos de mercado

Bibliografía

Fundamentalmente el alumno debe buscar información de internet

Calais, ‘ Inverters for Single-Phase Grid Connected Photovoltaic Systems Overview

and Prospects’. 17 th European Photovoltaic Solar Energy Conference and

Exhibition, Munich, Germany. Octubre, 2001.

Anne E. Wheldom, ‘Comparative Performance of a Central Inverter and Individual

Module Inverter on a Building-Integrated-Photovoltaic Roof’, 17 th European

Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany. Octubre,

2001 pp 396-400

Abete, ‘Comparison of the Power Quality Between Centralised Inverters and

Module Integrated Inverters in Grid Connected PV Systems’.17 th European

Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany. Octubre,

2001. pp 421-425

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Criterios de evaluación

La evaluación, es una componente fundamental de la formación. Este trabajo obligatorio

formará parte de tú calificación final. En esta tabla, se resumen los aspectos a valorar y el

porcentaje que representa cada unos de los mismos.

%

Total

%

Ob.

Contenidos generales 10

Estructuración, exposición, orden, limpieza y presentación

Claridad en los conceptos10

Temas de especialidad 90

Necesidad y justificación de los conversores DC/DC y DC/AC 10

Explicación y funcionamiento de los circuitos Buck-Boost 10

Análisis del circuito Puente en H 10

Inversor en puente trifásico 10

Explicación de la distorsión armónica. Conceptos, unidades y

consecuencias10

Busca y explica las diferencias entre ondulador e inversor 10

Explica el fenómeno de Islanding de un inversor 10

Busca a través de internet, diferentes onduladores e inversores de varias

potencias, tanto monofásicos como trifásicos. Adjunta sus fichas técnicas y

los enlaces donde has conseguido dicha información.

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TOTAL 100

Fecha límite de recepción de trabajos

Antes de la fecha fin correspondiente a tu matricula.

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Ficha de Corrección del Trabajo

(Espacio reservado para anotaciones del profesor)

Profesor:

Alumno (Código / Nombre):

Fecha de Entrega: Fecha de Calificación:

Observaciones sobre el trabajo:

Fecha y Firma:

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Formato de presentación

1. Se presentará en formato papel DIN-A4. Mínimo 20 páginas.

2. Se presentará en formato informático toda la información del trabajo.

3. Las normas de presentación serán las siguientes:

Procesador: Microsoft WORD.

Tamaño de letra: 12 ptos.

Tipo de letra: serán aconsejables letras como “Arial” o “Times New Roman”.

Espaciado entre líneas: 1,5

Márgenes:

Lateral izquierdo: 3 cm.

Lateral derecho: 2 cm.

Margen superior: 3,5 cm.

Margen inferior: 2,5 cm.

4. En caso de que el trabajo requiera archivos externos (dibujos Autocad, Catia,

Excel, Power Point, programación, etc…) éstos deberán entregarse junto al trabajo.

Es posible que algunos trabajos solo consten de estos ficheros, por lo cual no tendrá

validez lo indicado en el punto 3.

5. Si el trabajo consta de varios archivos deberá enviarse en un solo fichero

comprimido.

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6. Si el tamaño del archivo a enviar excede de 5Mb, en lugar de enviarse por correo

electrónico deberá entregarse en CD.

7. La de entrega deberá ser anterior a la fecha fin de matricula.

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Desarrollo de trabajo

1. NECESICAD Y JUSTIFICACIÓN DE CONVERTIDORES DC/DC y DC/AC

1.1. CONVERSORES DC/DC

Los convertidores son dispositivos electrónicos encargados de transformar la señal

suministrada a la entrada en otra de características predeterminadas . El concepto de

conversión estática de energía constituye un aspecto esencial para cualquier sistema

basado en componentes electrónicos, desde un ordenador a un instrumento de medida,

pasando por un periférico o un sistema de telecomunicaciones. Dentro de este

concepto, la conversión de corriente continua a corriente continua (DC/DC) tiene una

importancia capital, ya que la gran mayoría de los equipos electrónicos e informáticos,

tanto de uso doméstico como industrial, precisan de una alimentación de tensión

continua. A menudo ésta debe obtenerse a partir de la red, siendo necesario realizar

previamente una conversión AC/DC. La conversión DC/DC significa la obtención de

una tensión continua con unas características determinadas a partir de otro nivel de

tensión que no las posee.

Fig.1 Convertidor continua-continua (CC/CC)

En la actualidad existen dos métodos claramente diferenciados para realizar la

conversión DC/DC:

  Los convertidores lineales basados en el empleo de un elemento regulador que trabaja

en su zona resistiva disipando energía.

  Los convertidores conmutados, que se basan en el empleo de elementos

semiconductores que trabajan en conmutación (corte/conducción), regulando de esta

forma el flujo de potencia hacia la salida del convertidor. Estos dispositivos

semiconductores pueden ser, indistintamente, un transistor (BJT, MOSFET, IGBT) o

un tiristor o GTO. El empleo de un dispositivo u otro dependerá de las características y

necesidades de la aplicación a desarrollar.

Debido al gran número de ventajas patentes entre este tipo de convertidores

(conmutados) sobre los anteriores (lineales), nos ocuparemos en exclusiva sobre los

fundamentos y evolución de la conversión conmutada.

Fig. 2

Esquema del convertidor DC/DC conmutado.

Por otro lado, las aplicaciones de los convertidores DC/DC recaen fundamentalmente

sobre dos campos:

  Fuentes de alimentación conmutadas. Son fuentes de alimentación en las que el

regulador en vez de ser lineal es conmutado, consiguiéndose un importante aumento

del rendimiento y una buena respuesta dinámica.

  Alimentación de motores de corriente continua, cuya regulación requiere tensiones

continuas variables. Las potencias utilizadas en este caso son considerables.

A la vista de lo anterior se podrá establecer una nueva clasificación de los

convertidores DC/DC en función del modo de funcionamiento que presenten para

regular la tensión de salida:

  Convertidores de tiempo de conducción variable. La variación de la tensión en la

carga se obtiene mediante la regulación del tiempo de cierre del interruptor.

  Convertidores de frecuencia variable. La variación de la tensión en la carga se obtiene

mediante la regulación de la frecuencia del convertidor, permaneciendo el intervalo de

conducción, TON, constante.

  Convertidores de frecuencia y tiempo de conducción variables. En estos circuitos, la

variación de la tensión en la carga se obtiene mediante la regulación de la frecuencia y

el intervalo de conducción.

Fig. 3

a) Formas de onda en la carga para un troceador de tiempo de conducción variable.

b) Troceador de frecuencia variable.

c) Troceador de frecuencia y tiempo de conducción variable.

Clasificación de los convertidores DC/DC

Dependiendo del sentido de la intensidad y la tensión aplicada en la carga los

convertidores se pueden clasificar en cinco clases bien diferenciadas.

  * Convertidor clase A.

  * Convertidor clase B.

  * Convertidor clase C.

  * Convertidor clase D.

  * Convertidor clase E.

Los dos primeros convertidores, clase A y clase B, se caracterizan porque el sentido

que presentan tanto la tensión como la intensidad en la carga es invariable (operación

en un solo cuadrante). Mientras, los convertidores clase C y D, como se puede observar

en la figura 4, tienen su área de trabajo configurada por dos cuadrantes, con lo que un

parámetro de los mismos, bien puede ser la intensidad como la tensión en la carga,

puede adoptar diferente sentido. Por último, en el convertidor clase E la tensión y la

intensidad pueden presentar cualquier combinación posible, pudiendo trabajar este

convertidor en cualquiera de los 4 cuadrantes.

Convertidor clase A

La corriente circulante por la carga es positiva, o lo que es lo mismo, fluye hacia la

carga. Lo mismo ocurre con la tensión en la misma. Es un convertidor que trabaja en

un solo y único cuadrante, con lo que ni la tensión ni la intensidad pueden modificar su

sentido.

Un convertidor que verifica este modo de operación es el que se recoge en la figura 4.a.

Donde V puede representar la fuerza contraelectromotriz de un motor DC.

Cuando el interruptor se cierra, la fuente de tensión E se conecta a la carga, el diodo D

queda polarizado en inverso. La intensidad crece exponencialmente mientras circula a

través de R, L y V. Por otro lado, cuando el interruptor se abre, la carga queda

totalmente aislada de la fuente primaria de energía, la intensidad tiende a decrecer y

en la bobina se induce una f.e.m. negativa que provoca que el diodo D entre en

conducción, actuando como un diodo volante o de libre circulación.

Fig.. 4

Clasificación de los convertidores DC/DC en función del cuadrante/s en el que opere.

Convertidor clase B

Opera exclusivamente en el segundo cuadrante. Por tanto, la tensión en la carga sigue

positiva, mientras que la intensidad que circula por la carga es negativa. En otras

palabras, se puede decir que la intensidad escapa de la carga y fluye hacia la fuente

primaria de tensión. Es por ello que este convertidor recibe también el apelativo de

convertidor regenerativo.

Un convertidor de este tipo es el que se ofrece en la figura 4.b. Cuando el interruptor S

se cierra, la tensión VO se hace cero, quedando el diodo polarizado en inverso. Al

mismo tiempo, la batería V, provocará la circulación de corriente a través de R-L-S,

almacenando la bobina energía. Cuando se produzca la apertura del interruptor, la

aparición de una fuerza electromotriz en la bobina se sumará a V. Si VO   E, el diodo

quedará polarizado en directo, permitiendo la circulación de corriente hacia la fuente.

Convertidor clase C

Puede operar tanto en el primer como el segundo cuadrante. Por tanto, la tensión en la

carga sólo puede ser positiva, mientras que la intensidad podrá adoptar tanto valores

positivos como negativos. Es por ello que también se le pueda denominar chopper de

dos cuadrantes.

Fig.. 5

Clasificación de los convertidores (bis).

Este convertidor se obtiene a partir de la combinación de un chopper clase A con otro

clase B, tal y como se puede observar en la figura 5.c. S1 y D1 constituyen un

convertidor clase A. Por otro lado S2 y D2 configuran un convertidor clase B. Si se

acciona S1 funcionará en el primer cuadrante (intensidad positiva). Por el contrario, si

manteniendo S1 abierto se abre y se cierra S2 funcionará como un convertidor

regenerativo. Se debe asegurar que no se produzca el disparo simultáneo de los dos

interruptores, ya que de lo contrario la fuente primaria de alimentación se

cortocircuitaría.

Convertidor clase D

Este convertidor también opera en dos cuadrantes, figura 4.d, en el primer y cuarto

cuadrante. La intensidad en la carga permanece siempre positiva, mientras que la

tensión en la carga es positiva cuando pasan a conducción los interruptores S1 y S2.

Por el contrario cuando se bloquean estos dos, la fuerza electromotriz inducida en L

hace que el voltaje total en la carga sea negativo, polarizándose los diodos y

provocando que la corriente circule hacia la fuente E.

Convertidor clase E

Si se quiere funcionar en los cuatro cuadrantes con el mismo convertidor, o lo que es lo

mismo, disponer de cualquier combinación posible de tensión-intensidad en la carga se

deberá recurrir al convertidor indicado en la figura 4.e

En muchas aplicaciones industriales, es necesario convertir una fuente de DC de

voltaje fijo a una fuente de DC de voltaje variable. Un convertidor de DC, convierte

directamente de DC a DC. Este convertidor se puede considerar como el equivalente a

un transformador de AC con una relación de vueltas que varia en forma continua. Al

igual que un transformador, puede utilizarse como una fuente de DC reductora o

elevadora de voltaje.

Se clasifican en aislados y no aislados. Ambos utilizan las mismas configuraciones

básicas, pero a los no aislados se les incorporan transformadores o inductancias de dos

arrollamientos para asegurar el aislamiento galvánico con la red de alimentación y la

tensión en la carga.

2. EXPLICACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS CIRCUITOS BUCK-BOOST.

2.1. Circuito Buck.

El circuito simplificado está representado en la Fig. 1. Vi es la tensión CC de entrada,

Vo es la tensión CC de salida, que suponemos constante (aproximación razonable si el

capacitor del filtro de salida es suficientemente grande). En este conversor siempre se

cumple que Vo es menor o igual que Vi, razón por la que se le llama “Reductor”. El

interruptor S conmuta a una frecuencia f = 1/T. Se distingue dos modos de operación,

según la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T: modo de

conducción contínua (MCC), cuando la mencionada corriente no se anula, y modo de

conducción discontínua (MCD), cuando la corriente por L se anula durante un

intervalo.

Fig. 1. Circuito simplificado.

2.1.1 Modo de conducción contínua – CCM

En t = 0 comienza a conducir el interruptor S, el circuito equivalente de esta etapa está

representado en la Fig. 2.. Como la tensión de salida Vo es menor que Vi la corriente

por L será creciente durante este intervalo. La corriente que circula por S es igual a la

de L.

Un tiempo δT después se apaga el interruptor S. Se genera entonces una sobretensión

que hace conducir al diodo DRL manteniendo así la continuidad de la corriente por L.

El nuevo circuito está representado en la Fig. 3.

La corriente por L es ahora decreciente.

      Fig. 2. Circuito durante   0- δT                                       Fig. 3.   Durante δT- T

La tensión de salida Vo puede ser entonces controlada variando el ciclo de trabajo (δ)

del interruptor S, para compensar las variaciones de la tensión de entrada Vi.

La Fig. 4 representa al Buck junto con un bloque de control, denominado PWM

(modulador de ancho de pulso). Este bloque se encarga de calcular el ancho de pulso

δT de conducción del interruptor, necesario para obtener una dada tensión de salida

Vo, y enviarlo al interruptor S.

                        Fig. 4. Circuito Buck y Bloque modulador de ancho de pulso.

2.1.2 Modo de conducción discontinua – MCD

El comportamiento descrito anteriormente se basa en asumir que la corriente por

L no se anula durante el intervalo en que conduce el diodo de rueda libre. Esta

hipótesis no se cumple si la inductancia L es suficientemente “chica”, o si la corriente

entregada por la fuente de salida Vo a la carga es muy “chica”. Supondremos ahora

que la corriente iL se anula a partir de algún instante del intervalo δT-T, hasta t=T.

En t = 0 comienza a conducir el interruptor S, el circuito resultante está representado

en la Fig. 5 (es el mismo de la Fig.2). El valor inicial de la corriente iL es cero.

Un tiempo δT después se apaga el interruptor S, y conduce el diodo de rueda libre. El

nuevo circuito está representado en la Fig. 6. (es el mismo de la Fig. 3.).

En el instante t = θT la corriente iL se anula.

Fig. 5. Circuito equivalente 0 < t < δT.             Fig. 6. Circuito equivalente δT< t < θT.

2.2. Conversor Boost.

El circuito del conversor Boost o Elevador, está representado en la Fig. 8. Vi es la

tensión CC de entrada, Vo es la tensión CC de salida. Se supondrá que el capacitor de

salida es suficientemente grande para considerar constante la tensión en bornes,

despreciando el rizado de tensión. En este conversor siempre se cumple que Vo es

mayor que Vi, razón por la que se le llama “Elevador”. El interruptor S conmuta a una

frecuencia f = 1/T. Se distingue al igual que en el Buck, dos modos de operación, según

la corriente por el inductor L se anule en el período de operación T: MCC y MCD.

Cuando el interruptor S está conduciendo la energía entregada por la fuente de

entrada Vi es acumulada en el inductor L, y cuando el interruptor es bloqueado esa

energía, junto con la proveniente de Vi, es transferida a la salida.

Fig. 7. Convertidor Boost.

2.2.1. Modo de conducción continua – MCC

La Fig. 8 presenta los circuitos equivalentes para las dos etapas de operación de este

modo.

Fig. 8 Circuito equivalente cuando                               Fig. 8 b Circuito equivalente

cuando

S conduce.                                                                     S no conduce.

Para que el funcionamiento del circuito sea estable debe ser Vo mayor que Vi, en caso

contrario iL crece indefinidamente.

Para encontrar la transferencia de tensión para el circuito operando en estado

estacionario se considera que el valor medio de la tensión en el inductor debe ser cero,

el valor medio de la tensión sobre el interruptor uS(t) es entonces igual a la tensión de

entrada Vi.

Se observa que al igual que en el conversor Buck, en conducción continua la

transferencia de tensión depende solo del ciclo de trabajo, no depende de la corriente

de carga. Es posible mantener constante la tensión de salida frente a variaciones de la

tensión de entrada variando el ciclo de trabajo.

2.2.2. Modo de conducción discontinua – MCD

Si el inductor L o la corriente de carga Io son muy “chicos” el conversor opera en

conducción discontinua, es decir que la corriente por L se anula durante el intervalo en

que conduce Do.

  3. ANÁLISIS DEL CIRCUITO PUENTE EN H

Un Puente H o Puente en H es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico

DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y

como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos

integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un

puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores).

Cuando los interruptores S1 y S4 están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una

tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores

S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido

inverso del motor.

Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán

estar cerrados al mismo tiempo, porque esto cortocircuitaría la fuente de tensión. Lo

mismo sucede con S3 y S4.

3.1 Aplicaciones.

Como hemos dicho el puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también

puede usarse para frenarlo (de manera brusca), al hacer un corto entre las bornas del

motor, o incluso puede usarse para permitir que el motor frene bajo su propia inercia,

cuando desconectamos el motor de la fuente que lo alimenta. En el siguiente cuadro se

resumen las diferentes acciones.

|S1   |S2   |S3   |S4   |Resultado                                       |

|1   |0   |0   |1   |El motor gira en avance                         |

|0   |1   |1   |0   |El motor gira en retroceso                       |

|0   |0   |0   |0   |El motor se detiene bajo su inercia             |

|0   |1   |0   |1   |El motor frena (fast-stop)                       |

(S1-4 referido al diagrama)

3.2 Montaje.

Lo más habitual en este tipo de circuitos es emplear interruptores de estado sólido

(como Transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son

mucho más altas. En convertidores de potencia es impensable usar interruptores

mecánicos, dado su bajo número de conmutaciones de vida útil y las altas frecuencias

que se suelen emplear.

Además los interruptores se acompañan de diodos (conectados a ellos en paralelo) que

permitan a las corrientes circular en sentido inverso al previsto cada vez que se

conmute la tensión, puesto que el motor está compuesto por bobinados que durante

breves períodos de tiempo se opondrán a que la corriente varíe.

4. INVERSOR EN PUENTE TRIFÁSICO

Un inversor, también llamado ondulador, es un circuito utilizado para convertir

corriente continua en corriente alterna. La función de un inversor es cambiar un

voltaje de entrada de corriente directa a un voltaje simétrico de salida de corriente

alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador. Los

inversores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes

de alimentación para computadoras, hasta aplicaciones industriales para manejar alta

potencia. Los inversores también son utilizados para convertir la corriente continua

generada por los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc, en

corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o  usados en

instalaciones eléctricas aisladas. 

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es

utilizado para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada.              

Esta onda cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola

parecer un poco más una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario.

Las formas de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debería ser sinusoidal.

                                     

Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de

transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triac's o los IGBT's.            

|

Inversores más eficientes utilizan varios artificios electrónicos para tratar de llegar a

una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del

transformador, en vez de depender de éste para suavizar la onda.                            

                                                                                                                             

Se pueden clasificar en general de dos tipos: 1) inversores monoFásicos y 2) inversores

trifásicos.                            

                                                                                                                               

Condensadores e inductores pueden ser utilizados para suavizar el flujo de corriente

desde y hacia el transformador.            

Además, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual es

generada a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Una

circuitería lógica se encarga de activar los transistores de manera que se alternen

adecuadamente. Inversores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas

cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente.

                                                                                       

Inversores más avanzados utilizan la modulación por ancho de pulsos con una

frecuencia portadora mucho más alta para aproximarse más a la onda seno o

modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsión armónica de salida.

También se puede predistorsionar la onda para mejorar el factor de potencia.                

Los inversores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de

conmutación llamado IGBT (Insulated Gate   Bipolar transistor ó Transistor Bipolar

de Puerta Aislada).

fig 1. Inversor en puente trifasico

En un inversor trifásico cada transistor estará encendido durante medio ciclo (180°). Si

se desea tener secuencia positiva primero se enciende Q1, 120° después Q3 y otros 120°

después Q5. Los transistores de una misma pierna se alternan, es decir cuando Q1 esta

encendido Q4 esta apagado y viceversa. Lo mismo sucede entre Q3 y Q6 y también

entre Q5 y Q2

fig. 2. Voltajes de línea a línea y de línea a neutro de inversor trifásico

Hay muchos diferentes circuitos de potencia topologías y estrategias de control utilizadas

en el diseño de inversor. Diseño de diferentes enfoques abordar diversas cuestiones que

pueden ser más o menos importantes dependiendo de la forma en que el inversor se destina

a ser utilizado.

El tema de la calidad de forma de onda se pueden abordar de muchas

maneras. Condensadores y bobinas se pueden utilizar para filtrar la forma de onda. Si el

diseño incluye un transformador, el filtrado se puede aplicar al primario o el secundario del

transformador o en ambos lados. Filtros de paso bajo se aplican para permitir que el

componente fundamental de la forma de onda para pasar a la producción y limitar el paso

de los componentes armónicos. Si el inversor está diseñado para suministrar energía a una

frecuencia fija, una resonancia del filtro se puede utilizar. Para un inversor de frecuencia, el

filtro debe ser sintonizado a una frecuencia que está por encima de la frecuencia

fundamental máxima.

Como la mayoría de las cargas contienen inductancia,

comentarios rectificadores o antiparalela diodos se han conectado a través de cada uno de

semiconductores interruptor para proporcionar una ruta para la carga inductiva pico de

corriente cuando el interruptor está apagado. Los diodos antiparalelo son algo similares a

los diodos de marcha libre utilizado en AC / DC convertidor de circuitos.

El análisis de Fourier revela que una forma de onda, como una onda cuadrada, que es

antisimétrica sobre el punto de 180 grados sólo contiene armónicos impares, el tercero, de

formas de onda quinta, séptima, etc que han pasos de determinados anchos y alturas de

eliminar o "cancelar" armónicos adicionales. Por ejemplo, mediante la inserción de un paso

a cero de tensión entre las partes positivas y negativas de la onda cuadrada, todos los

armónicos que son divisibles por tres pueden ser eliminados. Eso nos deja sólo el 5, 7, etc

11 ª, 13 El ancho necesario de los pasos es el tercero del período para cada uno de los pasos

positivos y uno negativo y sexto del período para cada uno de los pasos cero de tensión.

Cambio de la onda cuadrada como se describe arriba es un ejemplo de modulación de

ancho de pulso (PWM). Modulación o regulación de la anchura de un pulso de onda

cuadrada se utiliza a menudo como un método de regulación o el ajuste de inversor de

voltaje de salida un archivo. Cuando el control de tensión no se requiere un ancho de pulso

fijo se pueden seleccionar para reducir o eliminar los armónicos seleccionados. Técnicas de

eliminación de armónicos se aplican generalmente a los más armónicos porque el filtrado

es más eficaz en las frecuencias altas que a bajas frecuencias. Múltiples de ancho de

pulso o compañía basada en esquemas de control PWM producen formas de onda que se

componen de muchos pulsos estrechos. La frecuencia representada por el número de pulsos

estrechos por segundo se denomina frecuencia de corte o frecuencia de la portadora. Estos

sistemas de control son de uso frecuente en la frecuencia del motor-control variable de

inversores debido a que permiten una amplia gama del voltaje de salida y el ajuste de

frecuencia al mismo tiempo mejorar la calidad de la forma de onda.

Convertidores multinivel ofrecen otro enfoque a la cancelación de

armónicos. Convertidores multinivel ofrecen una forma de onda de salida que presenta

múltiples medidas en varios niveles de tensión. Por ejemplo, es posible producir una onda

sinusoidal igual al que haya dividido en riel corriente entradas en dos tensiones, o las

aportaciones positivas y negativas con una central de tierra. Al conectar los terminales de

salida del inversor en la secuencia entre el carril positivos y la tierra, el carril positivos y

negativos del carril, el carril de tierra y el carril negativo, tanto para el carril de tierra, una

forma de onda escalonada se genera en la salida del inversor. 

fig. 3. puente-H con interruptores de circuito del inversor de transistores y diodos en

paralelo

5.   INVERSORES CON MODULACIÓN (Por anchura de pulsos y senoidal)

5.1. Inversores por modulación de ancho de pulso.

Este tipo de inversores tienen una forma de generar señales senoidales partiendo de

señales continuas verdaderamente original y, a primera vista, descabellada.

En la figura adjunta se muestra en primer lugar el tipo de onda que se pretende

obtener (una senoide convencional) y en segundo término, lo que verdaderamente se

obtiene. No se puede decir que ambas cosas se parezcan mucho.

Si la segunda onda correspondiese con la tensión aplicada a un motor, de ninguna

manera se podría afirmar que ese motor se está alimentando con una tensión senoidal;

quizás la corriente que tomase el motor, al hacer los bobinados de filtro, sí pudiera

parecer más senoidal, pero desde luego la tensión que la origina de ninguna forma es

senoidal.

A pesar de esta primera contrariedad, el método PWM es extremadamente popular en

la generación de sistemas de alimentación de frecuencia variable, pues tiene una

ventaja que lo destaca del resto: con él es extremadamente fácil controlar la frecuencia

de la tensión de salida.

Como se aprecia en la figura anterior, la esencia del método consiste en generar un

tren de pulsos de altura fija, pero de ancho “más o menos” proporcional a la amplitud

de la onda.

Esquema básico.

El esquema básico de funcionamiento de este inversor es este:

Hay una carga en medio de cuatro transistores de potencia, los cuales se alimentan con

tensión continua según se muestra.

Dependiendo de cómo se encuentren los transistores (cortados o saturados) se podrá

hacer que con una única alimentación, la corriente que pase por la carga tenga una

dirección u otro. Es decir, si se activan T1 y T4:

La corriente circula de izquierda a derecha. Mientras que si los transistores activados

son los otros dos, la corriente circula de derecha a izquierda.

Para conseguir que se alternen los transistores en la conducción, un procedimiento

consiste en disponer como tensión de alimentación de las bases de los transistores las

salidas de dos comparadores. El comparador A controla T1 y T2 y el B controla T3 y

T4, de forma que nunca los dos transistores estén conduciendo simultáneamente (en

ese caso tendríamos un cortocircuito). Hay tres señales que gobiernan el

funcionamiento de los comporadores: vent(t) (común para los dos), vx(t) y vy(t)

(específicas de cada uno de los comparadores).

El funcionamiento de los comparadores se indica en la figura y es el siguiente:

Para el comparador A, si la señal mayor (se trata de un comparador que determina

qué señal de las dos entradas en la mayor) es la tensión vent(t), entonces se activa T2 y

se corta T1, con lo que se consigue que la tensión en el nudo u sea cero voltios;

mientras que si la tensión mayor es vx(t), entonces que hace conducir a T1 y se

desconecta T2, con lo que la tensión en el nudo u es ahora la máxima es decir Vcc. Para

el comparador B las señales de entrada son vent(t) y vy(t), y el funcionamiento es tal

que si la tensión mayor es vent(t) entonces se hace conducir a T3 con lo que se consigue

que en el nudo v la tensión sea la máxima, y si la mayor es la tensión vy(t) entonces se

hace conducir a T4.

Las tensiones vx(t) y vy(t) corresponden con formas de onda triangulares con un

desfase de 180º (en todo momento vx(t) = -vy(t); las dos ondas son fijas en cuanto a

frecuencia y amplitud.

Dependiendo de la tensión de entrada a los comparadores, las tensiones en los nudos u

y v variará y en consecuencia la tensión en la carga (resta de las tensiones en esos

nudos) también lo hará. Así por ejemplo, si la tensión de entrada es nula, la tensión en

la carga también lo es:

Para diferentes valores de la tensión de entrada las tensiones resultantes en la carga

tendrían el siguiente aspecto:

Y si finalmente, la tensión de entrada se hace variar senoidalmente, la tensión en la

carga tendrá un aspecto como el deseado en un principio:

De modo que al final, dependiendo de la frecuencia y amplitud de la señal de entrada,

se consiguen señales de frecuencia y amplitud “equivalentes”, pero moduladas según su

ancho de pulso:

5.2. Inversores por modulación senoidal.

En la modulación senoidal la señal de referencia es una onda senoidal, por lo que el

ancho de pulso varía en función de la amplitud de la onda evaluada en el centro del

mismo pulso. Las señales de compuerta se generan al comparar la señal senoidal de

referencia con una onda portadora triangular, como se muestra en la Figura 1. La

frecuencia de la señal de referencia determina la frecuencia de la salida del inversor, y

su amplitud de pico es controlada por el índice de modulación en amplitud. Modulando

la anchura del pulso senoidalmente se obtiene una forma de onda muy parecida a la

senoidal.

Fig. 1. Modulación senoidal del ancho de pulso.

En los inversores modulados se busca que la frecuencia de conmutación de los

interruptores de potencia sea mucho mayor que la frecuencia de salida, para facilitar

así el filtrado; desplazar armónicos a altas frecuencias, donde son fácilmente filtrables.

6. EXPLICACIÓN DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA. CONCEPTOS, UNIDADES Y

CONSECUENCIAS

6.1. Distorsión armónica. Concepto.

Cuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con

respecto a la forma de onda senoidal, se dice que la señal está distorsionada.

La distorsión puede deberse a:

      • Fenómenos transitorios tales como arranque de motores, conmutación de

capacitores, efectos de tormentas o fallas por cortocircuito entre otras.

                 

                  Efecto en el voltaje por la conmutación de capacitores.

      • Condiciones permanentes que están relacionadas con armónicas de estado estable.

En los sistemas eléctricos es común encontrar que las señales tendrán una cierta

distorsión que cuando es baja, no ocasiona problemas en la operación de equipos y

dispositivos. Existen normas que establecen los límites permisibles de distorsión,

dependiendo de la tensión de operación y de su influencia en el sistema.

6.2 Características de la distorsión armónica

Cuando la onda de corriente o de tensión medida en cualquier punto de un sistema eléctrico

se encuentra distorsionada, con relación a la onda sinusoidal que idealmente deberíamos

encontrar, se dice que se trata de una onda contaminada con componentes armónicas.

Para que se considere como distorsión armónica las deformaciones en una señal, se deben

de cumplir las siguientes condiciones :

• Que la señal tenga valores definidos dentro del intervalo, lo que implica que la

energía contenida es finita

• Que la señal sea periódica, teniendo la misma forma de onda en cada ciclo de la

señal de corriente o voltaje.

• Permanente.- Cuando la distorsión armónica se presenta en cualquier instante de

tiempo, es decir, que no es pasajera.

6.3 Definición de armónicas

Este concepto proviene del teorema de Fourier y define que, bajo ciertas condiciones

analíticas, una función periódica cualquiera puede considerarse integrada por una suma de

funciones senoidales, incluyendo un término constante en caso de asimetría respecto al eje

de las abscisas, siendo la primera armónica, denominada también señal fundamental, del

mismo período y frecuencia que la función original y el resto serán funciones senoidales

cuyas frecuencias son múltiplos de la fundamental. Estas componentes son denominadas

armónicas de la función periódica original.

Forma de onda original y sus componentes armónicos 1ª, 5ª, 7ª y 11ª

Las ondas simétricas contienen únicamente armónicas impares, mientras que para

ondas asimétricas existirán tanto armónicas pares como impares.

Cuando se hacen mediciones de las ondas de corriente o voltaje utilizando analizadores de

armónicas, el equipo efectúa integraciones mediante la técnica de la trasformada rápida de

Fourier, dando como resultado la serie de coeficientes Ah que expresadas con relación a la

amplitud A1 de la fundamental, constituye el espectro de corrientes armónicas relativo a la

onda medida.

Componentes armónicas relativas a la fundamental de la figura anterior

Estas señales pueden visualizarse en un sistema tridimensional en el que se representan su

magnitud, ubicación en frecuencia y a lo largo del tiempo.

Componentes en el dominio del tiempo y de la frecuencia

6.4. Unidades. Distorsión armónica

Para cuantificar la distorsión existente en una señal, es preciso definir parámetros que

determinen su magnitud y contar con equipos de medición adecuados. A continuación

se presentan las expresiones necesarias para efectuar los cálculos relacionados con la

distorsión armónica.

Valor eficaz (rms)

Cuando se suman señales de voltaje o corriente de diferentes frecuencias para obtener

su resultante.

Corriente eficaz.

            ∞   ²

Irms=   √ ∑   I h

          h = 1

Voltaje eficaz.

            ∞     ²

Vrms=   √ ∑   V h

            h = 1

Cofactor de distorsión (Cd)

Es la relación entre el contenido armónico de la señal y su valor eficaz (rms). Su valor

se ubica entre 0% y 100%.También se conoce como THD.

Con una distorsión baja, Cd cambia notoriamente, por eso se recomienda su uso

cuando se desea conocer el contenido armónico de una señal.

Cd es útil cuando se trabaja con equipos que deben responder sólo a la señal

fundamental, como en el caso de algunos relevadores de protección.

            ∞     ²

              √ ∑   I h

            h = 1

      Cd   =   --------------- x 100 %

                Irms

Distorsión armónica total (THD)

Es la relación entre el contenido armónico de la señal y la primera armónica o

fundamental. Su valor se ubica entre 0% e infinito.

                  ∞       ²

                    √   ∑     I h

                h = 2

      THD   = --------------- x 100 %

                      Il

I h –   Magnitud de la armónica individual.

h   -   Orden de armónico.

IL = demanda máxima de la corriente fundamental de carga.

Efecto de los armónicos.

Las corrientes armónicas generadas por cargas no lineales, estan desfasadas noventa

grados con respecto al voltaje que las produce, fluyendo una potencia distorsionante de

la fuente a la red eléctrica y viceversa, que solo es consumida como pérdidas por efecto

Joule que se transforman en calor, de forma equivalente a la potencia reactiva

fundamental relacionada al factor de potencia de despalzamiento.

Algunos de los efectos nocivos producidos por el flujo de corrientes armónicas son:

• Aumento en las pérdidas por efecto Joule (I2R).

• Sobrecalentamiento en conductores del neutro.

• Sobrecalentamiento en motores, generadores, transformadores y cables, reduciendo

su vida.

• Vibración en motores y generadores.

• Falla de bancos de capacitores.

• Falla de transformadores.

• Efectos de resonancia que amplifican los problemas mencionados anteriormente y

pueden provocar incidentes eléctricos, mal funcionamiento y fallos destructivos de

equipos de potencia y control.

• Problemas de funcionamiento en dispositivos electrónicos sensibles.

• Interferencias en sistemas de telecomunicaciones.

Los efectos dependerán de la proporción que exista entre la carga no lineal y la carga

total del sistema, aunado a que se debe mantener la distorsión dentro de los límites

establecidos por las normas.

Generalmente cuando la carga no lineal representa menos del 20% de la carga total, la

distorsión armónica en corriente estará dentro de los límites establecidos en IEEE 519,

sin que exista la necesidad de efectuar algún tipo de filtrado.

Si se cuenta con equipo electrónico sensible en plantas industriales o instalaciones

médicas, donde las cargas no lineales sean solo una pequeña proporción, pueden llegar

a ocurrir problemas en su funcionamiento atribuibles al sistema de puesta a tierra,

conmutación de capacitores remotos, transitorios, o distorsión armónica producida por

otros usuarios, debiendo de identificar las causas y tomar las acciones correctivas, que

pudiera requerir la instalación de protecciones o filtros.

Los problemas causados por la distorsión armónica, ocurren usualmente cuando la

carga no lineal representa mas del 20% de la total y por la presencia de bancos de

capacitores se presentan condiciones de resonancia.

6.5. Consecuencias en la vida de los equipos.

    Los fabricantes establecen los límites de funcionamiento de sus equipos por debajo

de sus valores de falla para tener una operación adecuada y una vida prolongada, sin

embargo, cuando existen condiciones de resonancia, dichos límites pueden ser

excedidos, acelerando su envejecimiento o provocando su falla.

La magnitud de los costos originados por la operación de sistemas y equipos eléctricos

con tensiones y corrientes distorsionadas, puede percibirse considerando lo siguiente:

      1. La sobre elevación de 10 ºC en la temperatura del aislamiento en conductores,

reduce su vida a la mitad.

      2. Un incremento del 10% en la tensión nominal del dieléctrico de un capacitor,

reduce su vida a la mitad.

Estudios realizados sobre los efectos de la distorsión armónica, muestran reducciones

de 20% a 30% en la vida de capacitores y de 10% a 20% en la vida de

transformadores.

6.5.1 Efectos en los transformadores.

    •   Reducción de la eficiencia provocada tanto por el incremento en la corriente

eficaz que son función del cuadrado de la frecuencia.

    • Incremento en los costos de operación.

    • Capacidad de operación reducida con relación a su nominal.

    • Inversión en capital adicional.

    • Incremento en la temperatura, pudiendo exceder los límites de elevación sobre la

temperatura ambiente, provocando fallas prematuras.

    • Incremento en los costos de mantenimiento por servicio y por reemplazo.

    • Reducción de la productividad de la empresa por paros inesperados.

6.5.2. Efectos en los motores.

La gran mayoría de los motores de inducción fueron diseñados para operar con ondas

senoidales, siendo la corriente fundamental en fase con el voltaje la que produce

trabajo útil en la flecha en términos de par y velocidad.

Cuando un motor es alimentado con una señal de voltaje distorsionado, sus

componentes armónicos generan calor en los devanados lo que incrementa su

resistencia y reduce su eficiencia.

Cuando un motor es alimentado por un VFD, esta sujeto a señales de alta frecuencia,

calentándose, reduciendo su eficiencia y acortando su vida, por lo que en ocasiones

deben sobredimensionarse para soportar estas condiciones o utilizar motores para uso

con inversores.

La corriente fundamental produce un par que rota en el sentido de giro del motor a

una velocidad definida por su frecuencia radial. Las señales de secuencia negativa

producen pares en sentido inverso, cuyas velocidades de rotación dependen del orden

armónico.

La interacción de los pares de diferentes velocidades y sentidos de giro, pueden

producir pares pulsantes, causando vibración y esfuerzos en las partes mecánicas del

sistema, repercutiendo en su eficiencia.

Las armónicas de secuencia cero, no producen pares rotativos, solo agregan

calentamiento al motor.

Los motores de alta eficiencia son menos sensibles a la distorsión armónica

comparados con los motores estándar, debido a su mayor capacidad térmica y factores

de diseño que minimizan las pérdidas parásitas o indeterminadas, aun cuando su

eficiencia se ve reducida por el incremento en las pérdidas.

En resumen, los efectos más significativos producidos por las armónicas en los motores

son:

          • Incremento de pérdidas por calor

          • Reducción del par efectivo en la flecha

          • Vibración

          • Reducción de eficiencia

          • Disminución de su vida

7. DIFERENCIAS ENTRE ONDULADOR E INVERSOR

7.1. Ondulador.

El ondulador es un conmutador electrónico que comunica alternativamente la tensión

o intensidad continua del circuito intermedio sobre las fases del motor de ca conectado

a su salida. La disposición más común es el puente trifásico de Graetz y está formado

por semiconductores controlables que pueden ser tiristores, tiristores desconectables

por puerta (GTO), transistores de potencia, IGBT (transistor bipolar de puerta aislada

o MOSFET (transistor de efecto campo de óxido metálico). De los anteriores el que

más se está utilizando para motores industriales de BT es el IGBT.

En función de la mayor o menor perfección del sistema de conmutación lograremos

que las ondas de tensión a la salida hagan que las corrientes absorbidas se acerquen

más o menos al sistema trifásico senoidal.

7.2. Inversor.

La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un

voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada.

8.EL FENÓMENO DE ISLANDING DE UN INVERSOR

8.1. Definición.

El efecto “islanding” es un fenómeno eléctrico que se produce cuando una fuente de

generación distribuida continúa energizando una parte de la red eléctrica después de

que dicha porción de red haya sido interrumpida o desconectada. De este modo la red

eléctrica deja de controlar esa parte aislada del sistema de distribución, que contiene

tanto carga como generación, de manera que se puede comprometer la seguridad, el

restablecimiento del servicio y la fiabilidad del equipo.

8.2. Descripción física del fenómeno.

Consideremos la configuración esquemática de un sistema fotovoltaico descrita en la

figura G.1. El sistema consiste en un equipo de generación fotovoltaico y un inversor.

La fuente de tensión de la red eléctrica está representada a la derecha. Existe también

un interruptor que permite aislar la red del equipo. El nodo “a” es el “point of

common coupling” (PCC) o punto de conexión entre la carga del usuario y el sistema

de red. Si el sistema fotovoltaico continúa energizando las cargas a la izquierda del

interruptor después de que el interruptor se haya abierto, entonces el equipo

fotovoltaico y las cargas quedan aislados del resto, produciéndose el efecto “islanding”.

Figura 1. Configuración esquemática del sistema

Todos los sistemas fotovoltaicos de conexión a la red deben disponer por lo menos de

métodos de protección de sobre/sub-tensión y sobre/sub-frecuencia que permitan que

el inversor deje de suministrar energía a la red en caso de que la frecuencia o la

amplitud de la tensión en el PCC superen los límites establecidos. Estos métodos de

protección protegen los equipos de lo usuarios pero también sirven como métodos de

detección anti-islanding (son métodos pasivos de detección)

8.3. Causas.

El efecto “islanding” en inversores para conexión a red puede producirse como

resultado de las siguientes situaciones:

a) Fallo detectado por la red y que deriva en la activación de un dispositivo de

desconexión, pero no detectado por el inversor o los dispositivos de protección.

b) Apertura accidental del suministro de red por fallos del equipo.

c) Cambios repentinos en la red de los sistemas de distribución y cargas.

d) Desconexión intencionada para servicios de mantenimiento, bien en un punto de la

red, bien en la entrada del servicio.

e) Errores humanos o vandalismo.

f) Un accidente natural.

8.4. Consecuencias.

Hay muchas razones por las cuales el “islanding” debe ser previsto tanto en sistemas

fotovoltaicos como en cualquier otro tipo de generación de energía con conexión a red.

Seguridad, responsabilidad y mantenimiento de la calidad de la energía suministrada a

los consumidores son algunas de las principales. Los consumidores confían en la

calidad de la energía suministrada por la red, pero además deben disponer de

inversores anti-islanding en sus sistemas fotovoltaicos por los siguientes motivos:

a) La red no puede controlar la tensión y la frecuencia en caso de “islanding”, de modo

que el equipo del usuario puede sufrir daños.

b) La red eléctrica, junto con el propietario del sistema de generación, pueden ser

responsabilizados de los daños ocasionados a los equipos conectados, producidos como

consecuencia de las variaciones de tensión y frecuencia fuera de los límites permitidos.

c) El “islanding” puede suponer un peligro para los trabajadores de la red o los

usuarios, ya que una línea supuestamente desconectada de toda fuente de alimentación

puede seguir en activo.

d) El aislamiento producido puede obstaculizar la línea o dañar el equipo de

generación o cualquier otro equipo conectado, debido al cierre fuera de fase.

e) El “islanding” puede interferir con el restablecimiento manual o automático del

servicio normal de la red.

Cabe destacar que el efecto “islanding”, y su posibilidad de suponer una fuente de

peligro para los trabajadores de la red eléctrica, han sido extensamente discutidos

como razón para reclamar protecciones anti-islanding en los inversores fotovoltaicos.

8.5. Inversor anti-islanding.

Para el funcionamiento correcto de la red es esencial que la tensión, frecuencia y forma

de onda de la tensión se mantengan dentro de unos límites especificados. Estos límites

figuran descritos en varios standards. Fallos producidos en un generador de energía o

en la red deben ser localizados y desconectados rápidamente para minimizar el efecto

de las fluctuaciones de tensión o frecuencia sobre la calidad energética de la red y

prevenir daños en la red y/o el generador. Las operaciones de mantenimiento

requieren también una desenergetización de la red, y los sistemas de generación deben

detectar esta situación para que no se produzca una realimentación en la línea que

pueda suponer un peligro para el personal de mantenimiento o los usuarios. Todo

generador debe estar equipado con dispositivos de protección que permitan la

desconexión de la red en caso de fallo, de desenergetización por mantenimiento o

cuando los parámetros de la red están fuera de los límites permitidos. Los dispositivos

de protección básicos están situados en el inversor y consisten en la detección de sobre

y sub tensiones y frecuencias en la red. Muchas veces este método de protección básico

ayuda a prevenir el efecto “islanding”, pero muchas otras resulta insuficiente,

especialmente en el caso anteriormente citado en el que la potencia suministrada por el

equipo fotovoltaico iguala el consumo de las cargas.

Un inversor anti-islanding está diseñado para sistemas con conexión a la red,

caracterizándose por disponer, además de métodos de protección pasivos basados en la

detección de sobre/sub tensiones y frecuencias, de métodos activos de detección y

desconexión en caso de caída de la red. En condiciones de operación normales, estos

inversores no deben mantener una situación de aislamiento y deben estar diseñados de

modo que sus métodos activos sean apropiados para un gran número de unidades

instaladas a lo largo de los sistemas de distribución de la red, de modo que los

diferentes métodos no se interfieran entre si. Un inversor anti-islanding debe superar

un test anti-islanding para ser considerado como tal.

8.6. Métodos de protección anti-islanding.

1. Métodos pasivos: Son aquellos que basan la detección en la monitorización de

parámetros seleccionados como tensión y frecuencia y/o sus características, y

interrumpen la conversión de energía por parte del inversor cuando se produce una

transición fuera de los límites establecidos para estos parámetros.

2. Métodos activos: Son aquellos que introducen anomalías intencionadamente en el

circuito y después monitorizan la respuesta para determinar si la red pública con su

tensión, frecuencia e impedancia está aún conectada. Si la pequeña perturbación es

capaz de afectar a los parámetros en el PCC según determinados requisitos, el circuito

activo obliga al inversor a cesar la conversión.

8.6.1. Métodos pasivos

Los métodos pasivos anti-islanding son:

• Sobre/sub-tensión

• Sobre/sub-frecuencia

• Detección de armónicos de tensión

• Detección de armónicos de corriente

Sobre/sub-tensión y frecuencia.

Todos los sistemas fotovoltaicos con conexión a la red precisan de métodos de

protección de sobre/sub tensión (over/under voltage protection, OVP/UVP) y de

sobre/sub frecuencia (over/under frequency protection, OFP/UFP) que hacen que el

inversor a cese de suministrar potencia a la red si la frecuencia o la amplitud de la

tensión en el PCC entre el usuario y la red se salen de los límites establecidos.

Además de tratarse de una opción de bajo coste, los métodos OVP/UVP y OFP/UFP

son necesarios por diversas razones de seguridad, a parte de la prevención del efecto

“islanding”.

También son necesarios porque algunos otros métodos de prevención anti-islanding

producen alteraciones en la tensión o la frecuencia y confían en los OVP/UVP y

OFP/UFP para desactivar el inversor.

El principal inconveniente de estos métodos, en materia anti-islanding, es su gran zona

de no detección (NDZ). Los OVP/UVP y OFP/UFP son incapaces de detectar la

existencia de

“islanding” cuando la potencia proporcionada por el sistema fotovoltaico coincide con

la consumida por las cargas. Además, los tiempos de respuesta de estos métodos

pueden ser muy variables o impredecibles.

Detección de armónicos de tensión y armónicos de corriente.

En este método, el inversor fotovoltaico monitoriza la distorsión armónica total (THD)

de la tensión en el PCC y se desconecta si esta THD supera un cierto límite. Bajo

condiciones normales de operación, la tensión en el PCC es la tensión de la red, por lo

que la distorsión es prácticamente nula (THD≈0). Cuando la red está conectada, la

corriente armónica inyectada por el inversor circula a través de la pequeña

impedancia de la red, y puesto que esta corriente armónica y la impedancia de la red

son muy pequeñas, la distorsión que producen en la tensión del PCC también lo es.

Al producirse una situación de “islanding”, los armónicos de corriente producidos por

el inversor se transmiten a las cargas, que en general presentan una impedancia mayor

que la de la red. Al interactuar la corriente armónica con una impedancia elevada, en

el PCC se generarán armónicos de tensión que pueden ser detectados por el inversor,

manifestando que se ha producido una situación anómala o de “islanding”.

El problema de este método es que es muy susceptible a las perturbaciones que pueda

experimentar el sistema, independientemente si su origen deriva de una desconexión de

la red.

Además es difícil establecer los límites de THD, ya que las cargas pueden ser

puramente resistivas, en cuyo caso no lo detectaría, o no lineales, en cuyo caso la

distorsión en el PCC sería elevada incluso con la red conectada.

8.6.2 Métodos activos.

Los métodos activos anti-islanding son:

• Medición de impedancia

• Slip-mode Frecuency Shift

• Active Frequency Drift

• Sandia Frequency Shift

• Sandia Voltage Shift

• Frequency Jump

• ENS o MSD.

9. ONDULADORES E INVERSORES

Ondulador trifásico RIELLO UPS100 - 800 kVA

Los SAI’s de la serie Master Plus garantizan la máxima protección y calidad de alimentación para

todo tipo de carga, especialmente para las aplicaciones “misión crítica”, sistemas de seguridad y

equipamiento electromédico, procesos industriales y telecomunicaciones. Master Plus es un

grupo de continuidad on-line de doble conversión de la clase VFI SS 111 según IEC EN 62040-3

con transformador inversor.

www.riello-ups.com

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Ondulador trifásico Newave10 - 20 kW | PowerScale

PowerScale es un SAI trifásico de media potencia que proporciona una protección de energía excepcional a las cargas crecientes de las salas de servidores y centros de proceso de datos. El PowerScale está disponible en tres diferentes potencias: 10 kW, 15 kW, 20 kW. Esta nueva generación de SAI sin transformador responde a todos los requerimientos principales de los gestores informáticos. Sus principales prioridades son los ahorros en los costos y la optimización del despliegue de capital. Una infraestructura que utilice soluciones de protección de energía flexibles con significativos bajos costos de funcionamiento creará ventajas competitivas a medio plazo. El PowerScale ofrece el menor costo de funcionamiento de cualquier sistema SAI proporcionando altos rendimientos, la flexibilidad de la escalabilidad, alta disponibilidad y fácil mantenimiento. 

100 % de potencia activa a cos phi 1.0: Los crecientes requerimientos de los servidores «blade» y de otros equipos están llevando a incrementar la capacidad de KW. El PowerScale proporciona el 100 % de la potencia activa a cos phi 1.0. 

Prestaciones – Verdadero online doble-conversión – 100 % de potencia activa a cos phi 1.0 – Paralelable hasta 20 equipos – Rendimiento hasta 95.5 % – Rendimiento en modo-eco a 98 % – Distorsión de entrada THDi < 3 % 

– Factor de potencia de entrada > 0.99 – Gestión inteligente de batería

www.newavenergy.com

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Ondulador trifásicoSOCOMEC

SAIs de 4,5 a 120 kVA (trifásicos/monofásicos) 

SAIs MASTERYS de 8 a 12 kVA 

SAIs MODULYS de 4,5 a 24 kVA 

SAIs GREEN POWER de 10 a 20 kVA 

SAIs de 10 a 900 KVA (trifásicos/trifásicos) 

SAIs MASTERYS de 10 a 120 kVA 

SAIs DELPHYS MP de 60 a 200 kVA 

SAIs DELPHYS MX de 250 a 900 kVA 

SAIs GREEN POWER de 10 a 200 kVA

www.socomec.com

Ondulador trifásico Chloride UK60 - 200 kVA

Disponible en el rango de 60 a 200 kVA, la familia 80-NET proporciona la solución ideal de

energía segura, garantizando fiabilidad, potencia y flexibilidad bajo las más adversas

condiciones, y para un amplio rango de aplicaciones críticas, tales como finanzas, medicina,

transporte, telecomunicaciones, comercio electrónico, y centros de proceso de datos. 

La familia 80-NET combina la innovación y la máxima flexibilidad con un peso y dimensiones

reducidos, proporcionando eficiencia y seguridad gracias al empleo de las tecnologías doble

conversión e interactivo digital. El 80-NET de Chloride-Cener es respetuoso con el

medioambiente, proporcionando una conversión de energía con un rendimiento de hasta el 98%,

permitiendo grandes ahorros de energía, y minimizando el coste total de operación. 

El 80-NET puede adaptarse a múltiples requermientos, referidos a tiempo de autonomía,

potencia, redundancia, y control de armónicos, y es competamente compatible con la

herramienta de monitorización y diagnóstico remotos en tiempo real de Chloride-Cener, LIFE.net.

www.cloridepower.co.uk

On-line UPS trifásico SALICRUSLC-CUBE STR

La serie SLC CUBE STR de SALICRU reúne las últimas innovaciones en electrónica de potencia

aplicada al suministro eléctrico de calidad en alterna. Los nuevos microprocesadores DSP de

control son hasta 200 veces más rápidos que un microprocesador estándar, lo cual permite,

entre otras ventajas, aprovechar mejor las fuentes de energía disponibles, sin pasar a bypass o

pararse, y mejorar la detección de situaciones potenciales de fallo. 

Un factor de potencia cercano a la unidad, un nivel de distorsión armónica muy bajo, la

capacidad de paralelo redundante o un margen ampliado de tensiones de entrada son otras de

las características que hacen única a esta serie. 

La gama de potencias va desde 7,5 hasta 80 kVA, cubriendo de esta forma la mayor parte de las

aplicaciones trifásicas de media potencia.

www.salicru.com

Ondulador monofásicoSOCOMEC

SAIs de 400 VA a 24 kVA (MONOFÁSICOS/MONOFÁSICOS) 

SAIs NETYS PE : Protección estabilizada y efectiva (400-600-800-1000 VA) 

SAIs NETYS PL : Versátil y efectivo con tomas comunes (550-750 VA) 

SAIs NETYS PR : Protección profesional con una salida sinusoidal (1000-1500-2000-3000 VA) 

SAIs ITYS : Soluciones de continuidad para empresas de TI y aplicaciones industriales (1-10 kVA)  

SAIs MASTERYS : Soluciones de continuidad para empresas de TI y aplicaciones industriales (de 8

a 10 kVA) 

SAIs MODULYS : para la protección de redes informáticas, de telecomunicaciones e Internet (de

1,5 a 24 kVA on line)

www.socomec.com

Ondulador monofásicoGUTOR Electronic LLCVer la traducción

GUTOR's double conversion UPS systems PEW (1phase output) and PDW (3phase output)

basically consist of a rectifier, batteries, an IGBT inverter, a static and manual bypass switch. The

systems can be sized and configured according to specific customer requirements considering

crucial factors. We offer output ratings ranging from 5kVA - 220kVA and all common input and

output voltages, frequencies. Higher ratings are available on request. Enhanced security and

performance can be achieved by paralleling two or more (up to 9) units. Customers can also

select from a range of optional features.

www.gutor.com

Ondulador monofásicoGE Switches DisconnectsVer la traducción

Digital Energy™ GT Series UPS 5-10 kVA: 

The Digital Energy™ GT Series UPS protects mission-critical equipment from power fluctuations,

enabling you to concentrate on core business activities. It’s a VFI (Voltage & Frequency

Independent) on-line double conversion, transformerless UPS. 

Digital Energy™ IT Series UL Listed UPS 600VA - 2kVA: 

The IT Series line interactive UPS has a pure sine wave output. They are microprocessor-

controlled and equipped with AVR (Automatic Voltage Regulation), making them ideal for server,

networking, telecommunications, and point-of-sale applications. 

Digital Energy™ GT Series UPS 1-3 kVA: 

GE's GT Series UPS series provides high quality power protection in a cost effective tower and

rack mount package. The GT Series is a compact, true VFI (Voltage and Frequency Independent)

on-line double conversion high performance device. 

Digital Energy™ LP 11U UPS 5-10 kVA 

The LP 11U Series of UPS comprises a comprehensive and high performance platform supplying

information-quality power for your critical applications. The UPS is easy to install and service and

suits a variety of application environments.

www.geindustrial.com

On-line UPS monofásico GE Uninterruptible Power Supplies UPSCE/ULVer la traducción

Digital Energy™ LP 11U UL Listed UPS 5-10 kVA 

On line, Double Conversion, Intelligent and Heavy Duty UPS 5-10kVA 

The GE Digital Energy LP 11U Series of UPS comprises a comprehensive and high performance

platform supplying information-quality power for your critical applications. Based around the LP

11 design, the UPS is easy to install and service and suits a variety of applications and

environments. Although built to withstand industrial environments, its modern design and quiet

operation also make it ideal for integration into an office environment. Thanks to RPA (GE's

exclusive Redundant Parallel Architecture) the system's power can be expanded by paralleling

units, or the system's reliability can be enhanced by adding redundant units to create a totally

redundant system with no single point of failure. 

The LP 11U are single phase UPS for 208/230/240 Volt in, the LP 11U/120 models are for 120 Volt

1-phase in. All models have outputs for 120V, 208 and 230/240 Volt single phase. 

Power dependency has increased dramatically in recent years due to the reliance of business on

e-commerce, mobile networks, corporate internet sites and networked IT structures. The

consequences of power losses are dramatic in terms of time, corporate image and cost. The

absence of power has immediately visible consequences, but poor mains and unnoticed

disturbances also have an affect on critical equipment, reducing their effective life. With its VFI

(Voltage and Frequency Independent) design, the LP 11U range of UPS provides you with the

highest level of reliability and protection.

www.geindustrial.com

Alimentación eléctrica DC / AC : inversor senoidal trifásicoAbsopulse ElectronicsVer la traducción

Absopulse Electronics CTP 3K Series industrial quality inverter system delivers 3kVA, 3-Phase

sine wave output power. 

This 3kVA inverter system delivers 120Vrms, 220Vrms or 240Vrms continuous 3-phase output at

50Hz, 60Hz or 400Hz from inputs of 24V, 36V, 48V, 125V or 250Vdc. Other input and output

options are available on request. 

The CTP 3K Series is comprised of four fan-cooled modules in a 6U, 19” rack-mount or chassis-

mount assembly. The modular nature of this design facilitates on-site maintenance. 

This rugged inverter features high efficiency, tight output regulation and less than 5% total

harmonic distortion at full load. It has full electronic protection including current limiting, short

circuit protection, surge protection and thermal shut-down with automatic recovery. These, as

well as the exclusive use of components with established reliability, make the system suitable for

critical applications. 

The CTP 3K meets international safety approvals C22.2 No.107.1-01, UL458 and EN60950 and is

filtered to meet EN55022 Class A as a minimum. Options include remote shut-down, output fail

alarm (Form C), as well as full ruggedizing and conformal coating for operation in extreme

environments.

Absopulse offers an extensive range of single and three-phase sine-wave inverters with output

power ranging from 30VA to over 12kVA. Please visit the Absopulse Electronics website for more

information on this and similar designs.

www.absopulse.com

Alimentación eléctrica DC / AC : inversor senoidal Victron Energy1 600 VA

EasyPlus 12/1600/70 

El Phoenix EasyPlus es un sistema eléctrico multifuncional que consta de un potente inversor

sinusoidal, un sofisticado cargador de baterías, un conmutador de transferencia y distribuidor de

CA de alta velocidad, y todo ello en una sola carcasa muy ligera. El sistema ha sido diseñado

para aquellas personas que deseen disfrutar de la comodidad y la libertad proporcionadas por un

sistema eléctrico completo sin pérdida de tiempo en instalaciones de componentes separados o

complejos procedimientos técnicos.

www.victronenergy.com

Alimentación eléctrica DC / AC : inversor solar Siemens Energy350 kW | SINVERT 350MVer la traducción

Solar Inverter - SINVERT 

Reliable, grid-compatible, economical. The right decision to ensure high yield and excellent

performance. 

This central inverter unit with three-phase output for grid parallel operation can be used as

stand-alone device or in a master-slave combination and is optimally suited for use in large

megawatt PV systems. Available as container/system solution or as stand-alone solution, with or

without monitoring system. By choosing SINVERT, you benefit from a high degree of economic

efficiency over the entire life cycle of your grid-connected PV system. 

High output over the entire power range 

Long life and fast service 

High degree of safety and reliability 

Excellent quality by usen proven standard industrial products from Siemens

www.energy.siemens.com

Alimentación eléctrica DC / AC : inversor solar sin transformador SALICRUEQUINOX

La serie EQUINOX de SALICRU de inversores solares sin transformador se caracteriza ser ligeros,

de tamaña reducido y con una alta fiabilidad. Gracias a su novedosa tecnología, respaldada por

la dilatada experiencia de SALICRU en el mundo de la electrónica de potencia, ofrecen un alto

rendimiento en instalaciones de pequeña potencia, así como un amplio abanico de capacidades

de comunicación. Asimismo, la instalación y el uso se han facilitado al máximo para una mayor

comodidad de explotación. 

PRESTACIONES 

- Tecnología PWM sin transformador. 

- Sistema avanzado de seguimiento de la potencia máxima (MPPT). 

- Alta eficiencia de conversión > 97%. 

- De 1 a 3 MPPT. 

- Factor de potencia > 0,99. 

- Conexión Plug & Play. 

- Presentaciones indoor y outdoor. 

- GFCI (Ground Fault Circuit Interruptor) para ofrecer un control 

avanzado en la fuga de corriente a tierra. 

- Incluye soporte de montaje ligero y versátil que simplifica la 

instalación. 

- Pantalla LCD con toda la información necesaria; pantalla gráfica 

para el modelo de 10 kW. 

- Puertos RS-232 y RS-485. 

- Datalogger para recogida de datos. 

- Disminución ruido acústico por ventilación natural. 

- Grado de protección IP65. 

APLICACIONES: 

Los inversores de la serie EQUINOX de SALICRU han sido pensados para instalaciones indoor u

outdoor, abarcando desde pequeñas potencias hasta grandes instalaciones mediante inversores

en paralelo. 

Asimismo, ofrecen máxima flexibilidad al disponer de inversores para conexión monofásica o

trifásica. 

Además, son aptos para conectar en instalaciones de topología multistring, permitiendo la

máxima adaptabilidad en el diseño y planificación del campo fotovoltaico.

www.salicru.com

Alimentación eléctrica DC / AC : inversor solar Magnetek Alternative Energy Division50 W ( max )Ver la traducción

General description 

The PVI-CENTRAL-50 is a complete turnkey solution for connection to low-voltage public utilities.

Using integrated light sensors, it offers nighttime disconnection of the transformer to eliminate

undesired losses. A string combiner box is optionally available to parallel, protect and monitor all

of the photovoltaic strings and to enhance the monitoring and diagnostic capabilities of the

system. 

Maximize power harvest 

- High conversion efficiency (CEC efficiency 95%) for maximum power harvest 

- Wide operating voltage range of 300-600 Vdc increases energy collected 

- Self-tuning MPPT power curve optimizes energy harvest 

Low installation and maintenance costs 

- Module design offers unobstructed front access to modules and power boards for quick inverter

installs and simplified maintenance 

- Residential area installation without the need for noise reduction: <54dB acoustic noise, non-

audible 18 kHz switching frequency 

Flexible configuration 

- String combiner box option assures array protection and monitoring 

- Optional module grounding of (+) leg for application flexibility

Extended performance 

- A broad range of communications options: dial up, ISDN, Ethernet, DSL, GSM, and the optional

FlyBy Easy Communication System hardware/software, for instant access to system status 

- Digital Signal Processor (DSP) based controls for self diagnostics and LCD real-time display of

operating status 

- Five-year warranty extendable to 20 years

www.alternative-energies.com