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7/23/2019 Tarea3epo2015 - Mora - Garri - Chavez

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UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPTO. INGENIERÍA ELÉCTRICA

TAREA N°3: ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Juan Chávez,

ℎ@. , Bastián Garrido,

@.,

Luis Mora, @.

Resumen: En la presente tarea se simuló en el

programa MatLab un variador de frecuenciautilizando “Space Vector Modulation” para elcontrol de la etapa inversora, donde se utilizó un“Current source inverter” ( CSI) y un Puente deGreatz controlado (Tiristores). Los dispositivossemiconductores a utilizar para la conmutación sonideales. Se simularon las formas de onda de voltajey corriente en la entrada y salida de la etapa

rectificadora y la salida de la etapa inversora, asícomo las formas de onda de los pulsos utilizadas

para la activación de los semiconductores tanto para la etapa rectificadora como inversora. Secalculó ademas las corrientes y voltajes rms de lasondas obtenidas anteiormente.

I. INTRODUCCIÓN

Actualmente, los variadores de frecuencia son degran utilidad en la industria, ya que las fábricasmodernas están optando por accionamientoseléctricos más eficientes y de bajo mantenimiento.Con lo cual, el uso de éstos se ha incrementado

considerablemente. Sabemos que el variador defrecuencia posee una alta eficiencia, además demejorar el factor de potencia. El CSI por otro lado,es un inversor con características enfocadas hacíalas cargas trifásicas balanceadas. Otras ventajasque podemos mencionar del variador de frecuenciason la reducción de la corriente de partida en losmotores, protegiendo así al motor y a las líneas quealimentan al motor. Así como controla el arranquede un motor también puede suavizar las paradasdel motor, evitando movimientos bruscos. Otracualidad es permite en los procesos industriales uncorrecto control en las velocidades de los motores,pudiendo así un sistema trabajar en continuidad yaumentar o disminuir su ritmo de trabajo,

optimizando así la energía. Finalmente cabemencionar que al usar Space Vector Modulation, sereducen considerablemente las pérdidas porconmutación.

II. MARCO TEÓRICO

A continuación daremos a conocer algunas de lasecuaciones que permiten calcular parámetros deinterés del variador de frecuencia en estudio:

- Corriente en el secundario deltransformador:

= ⋅ 23 …1

- Tiempo ejecución según número demuestras por sector (N):

= 1

∗ 6 … 2

- Tiempo de ejecución de cada vector demuestra:

= ∗ s i n6 0 ° − ∗ …3

+ = ∗ s i n ∗ …4

= − − + …5 - Índice de modulación:

=

…6

= 23 ⋅ …7

= 32 ⋅ …8

- Voltaje de salida del rectificador:

= 2 , 3 4 ⋅ ⋅cos …9

III. SIMULACIONES

a. Simulación variador de frecuencia.

La tensión de entrada al transformador es de 13,8[kV] y en la salida del rectificador hay una corrientede 200 [].como el variador de frecuencia seutiliza para controlar la velocidad del motor,consideraremos éste como una carga − =1,1 [Ω], = 0,5 []. Para este casoconsideraremos una frecuencia de 50 []. En laFig. 1 se puede apreciar el circuito descritoanteriormente.

Fig.1



Como en el enunciado del problema no entregan larazón de vueltas del transformador o la corrientedel primario no podemos calcular la tensión en elsecundario del transformador ni el ángulo dedisparo de los tiristores del puente de Graetz. Peropodemos suponer que como el variador defrecuencia controla la velocidad de un motor y éste

se trataría de un motor trifásico la tensión de lineaen la salida del variador seria 380 [V] y como elíndice de modulación es unitario (explicado másadelante) la tensión en la entrada del variador defrecuencia seria la misma. Pero podemos obtenerla corriente del secundario del transformador con laecuación (1):

= ⋅ 23 = 2 0 0 ⋅ 23 =163.29 [] Aplicando la ecuación (9) podemos obtener que elángulo de disparo del tiristor es de:

( 3802,34⋅380)=64,7° Para la etapa de inversión, se utilizó la técnica demodulación de control vectorial (SVM). Comosabemos esta técnica consiste en modular unaseñal cualquiera por medio de suma de vectores,es decir, muestreamos un ciclo de la señal y lodividimos en 6 sectores en donde se realizará unasuma de vectores principales de cada sector con elfin de obtener los tiempos de ejecución de cadavector para cada muestra. Para este caso, seutilizaron cinco muestras por sector a unafrecuencia de 50 [Hz], resultando en un total de

treinta muestras por ciclo. A partir de la ecuación(2), obteniendo como resultado que el tiempo deejecución de cada vector es de 0,667 [ms] por cadaciclo. Como tenemos 30 muestras en un ciclotendremos que nuestras muestras estaránequidistantes a 12° y elegiremos poner la primeramuestra a 6° con respecto al vector principal con elque comienza cada vector. Para obtener el índicede modulación utilizaremos las ecuaciones (6), (7) y(8), de forma tal que reemplazaremos la ecuación(8) en la ecuación (7) y ésta en la ecuación (6),obteniendo un índice de modulación igual a 1. Asíla amplitud del voltaje de línea en la salida delinversor será la misma tensión de entrada a éste.Como se muestra a continuación:

= = 23 ⋅ = 23 ⋅ 32 ⋅

= 1

Esto se aprecia mejor en la Fig.1.

Fig.1 Luego calculamos los tiempos de ejecución sólopara un sector, calcularemos sólo para un sectordebido a que los tiempos se repiten de igual formapara todos los sectores. Utilizando las ecuaciones(3), (4) y (5), se encontró que los tiempos para cadavector son:

Para ∅ = 6 °: =0.539 [] + = 0.0697 [] =0.058 [] Para ∅ = 1 8 °: =0.446 [] + =0.206[] = 0.0147 [] Para ∅ = 3 0 °: =0.333[]

+ =0.333 []

=0.7[] Para ∅ = 4 2 °: = 0.0.206 [] + =0.446 [] = 0.0147 [] Para ∅ = 5 4 °: = 0.0697 [] + = 0.0.539 [] =0.058 []

La Eficiencia del transformador está dada por:

= = √ 3⋅ ⋅ √ 3⋅ ⋅ Pero en nuestro caso, consideramos que es untransformador ideal, es decir, que no poseeperdidas=, por lo que se tiene que:

= =100%

La eficiencia del rectificador está dada por:

= = ⋅√ ⋅⋅



Figura 2: Estado del Switch 1.

En la figura 2 podemos observar el estado delswitch 1, donde 1 corresponde a ON y 0corresponde a OFF.

CONCLUSIONES: no se cumplieron los objetivos,

ya que no pudimos lograr la simulación correcta delvariador de frecuencia. En un principio se intentóhacer la simulación en PSIM pero no pudimosencontrar un error presentado. Luego de esto seintentó en Matlab, en donde estábamoscontrarreloj, y no se pudo terminar la simulación.