TEMA 17. CONVERTIDORES CC/CA CON SALIDA SINUSOIDAL

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1 INTRODUCCIÓN TEM 7. CONVERTIDORES CC/C CON SLID SINUSOIDL 7. INTRODUCCIÓN 7. ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR 7.. Moulación Senoial PWM 7... rmónico 7.. Sobremoulación 7... rmónico 7..3 Generación e Señale PWM con Microproceaore 7.3 INVERSOR MEDIO PUENTE. 7.4 INVERSOR PUENTE COMPLETO Moulación Bipolar 7.4. Moulación Unipolar Comparación enre Moulación Bipolar y Unipolar Efeco e Tiempo Muero 7.5 PUENTE TRIFÁSICO 7.5. Generación e Señale PWM Trifáica 7.5. Moulación Space Vecor PWM Moificao Exenión el Inice e Moulación Cancelación e rmónico Conrol e Corriene Tema anerior: Inverore conmuano a baja frecuencia: Forma e ona cuaraa a frecuencia e re. Generación e armónico e baja frecuencia. lo coe e elemeno reacivo para filrao. No e poible conrolar la ampliu e la enione alerna generaa (en rifáica). Normalmene empleao en poencia muy elevaa (Empleo e converiore mulinivel). Ee ema: Inverore conmuano a ala frecuencia: Forma e ona cuaraa e frecuencia mucho mayor que la e la re. Generación e armónico e ala frecuencia. Menor coe e elemeno reacivo para filrao. Conrol e la ampliu e la enione alerna generaa. Poibilia e conrolar la corriene aplicaa a la carga. Empleao en poencia má baja: Conrol e velocia e moore C. Fuene e alimenación ininerrumpia (UPS). Conexión a re e iema e energía renovable. Tema 7. Inverore II. e 8 Tema 7. Inverore II. e 8

2 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Moulación Senoial PWM ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Moulación Senoial PWM V T + D + i o $ V ri f V T D V N V con $ V ri f N Rama e un Puene Inveror $ V ri +V V O V con $ V ri V +V V O Forma e ona en una rama e un Puene Inveror V Forma e ona en una rama e un Puene Inveror i V i V conrol conrol > V < V ri ri T T + ( on) V ( on) V O O + V V f / : Frecuencia e moulación (frecuencia e la ona riangular que erá conane). f : Frecuencia e la eñal e conrol (puee er variable). V ˆcon : Máximo e la eñal e conrol. V ˆri : Máximo e la eñal riangular (conane). con m a : Ínice e moulación (poría er >) f ri f f m : Relación e frecuencia. Tema 7. Inverore II. 3 e 8 Tema 7. Inverore II. 4 e 8

3 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Moulación Senoial PWM Si m a <, La ampliu e la componene funamenal e V O e puee obener e: V ri V a Si: ω π V O on ri V a,con ri ri V V a,con V Si m f e grane, urane el iempo la eñal e conrol no variará, y el valor meio ciclo a ciclo irá coinciieno con el valor e la enoie V a,con ya que por emejanza e riángulo: V on O ri+ V ˆ V V (i V on conrol acon, ri on ri on ) V acon, ri V on f, erá: V V ( ω ) (V V ) ( V ) O conrol ˆ conrol en conrol conrol V V en( ω ) m ( ) a en ω ( m ) a ri ˆ ˆ ri ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. rmónico Si m a <: Lo armónico aparecen en forma e bana laerale, alreeor e: m a h m f f, m f f, 3 m f f (Fun.) m f m f ± m f ±4.8 m f ± m f ± m f ± m f m f ± m f ± m f ± m f ± m f ± m f ± m f ±7.7.5 ( ) O e ecir, m V a para m a mpliue e lo rmónico Tema 7. Inverore II. 5 e 8 Tema 7. Inverore II. 6 e 8

4 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. rmónico ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. rmónico,4, 5 ma ,4,,8,8,6,6,4 75,4, , ma mpliue e lo primero armónico para m a enre. y., para m f 5 m f 5 h m a,,4,6,8,,4,6,8,8 3,6,6,3,,38 5,4,5,6,88,6 7,6,6,3,,38 9,8 rmónico para m f 5 Tema 7. Inverore II. 7 e 8 Tema 7. Inverore II. 8 e 8

5 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. rmónico Si m a < : Si m f e un número enero impar, enonce erá: π f ( ) f ( ) y ambién f ( ) f ( + ) (Función impar: Simería ω e meia ona repeco al origen) Eo implica que olo habrá armónico impare y coeficiene e ipo eno. (en fae con la eñal). l elegir f e ebe ener en cuena que: - Cuano mayor ea m f má fácil erá filrar lo armónico que aparecen. ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Sobremoulación La venaja e m a e que e iene una relación lineal enre V conrol y la enión e alia, y aemá lo armónico que aparecen on e ala frecuencia (para m f alo). Para ma > e habla e obremoulación, el problema e que aparecen armónico e baja frecuencia. ( V $ ) V O lineal obremoulación Para m f 5 ona cuaraa 4 78 π, - Pero i m f ube, f ambién y, por ano, la péria e conmuación. - Para la mayoría e la aplicacione e elige f <6 khz (la poencia) ó f > khz (para eviar el ruio auible en lo poible en baja poencia). - Sincronización para pequeño valore e m f (por ejemplo < ) m f ebe er un enero impar, ino aparecen ubarmónico. Eo implica que f ebe moificare al variar f : f m f f. Para valore alo e m f eo no uele er problema, ya que lo ubarmónico on e ampliu muy pequeña y e habla e PWM aíncrono (m f no enero). Debe enere en cuena que lo ubarmónico e muy baja frecuencia (aunque engan una ampliu pequeña) pueen ocaionar grane corriene en carga inuciva. 3,4 m a Tenión e alia normalizaa en función e m a para m f 5 Si m f 5, para m a >3,4, erá (ona cuaraa): ( O ) y ( ) ( ) O O h h 3, 5, 7. h V $ 4 V V, 78 π l raare e una ona cuaraa no e puee conrolar ( V O ) alvo variano V. Tema 7. Inverore II. 9 e 8 Tema 7. Inverore II. e 8

6 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Sobremoulación ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Sobremoulación. rmónico Comparación enre m a.8 y m a.5 para m 35 rmónico Comparación enre m a.8 y m a.5 (obremoulación) para m 35 Tema 7. Inverore II. e 8 Tema 7. Inverore II. e 8

7 ESTUDIO DE UN RM DE UN PUENTE INVERSOR. Generación e Señale PWM con Microproceaore INVERSOR MEDIO PUENTE V ri V a C V / T + D + V Z C V / T - D - V a Configuración en Meio Puene T T T,T Inane e Muereo V ri V a Lo conenaore coniguen un puno meio equivalene a ener una baería con oma meia. La forma e ona on exacamene la mima que la que e acaban e euiar. T T 3 Va T T T,T... Inane e Muereo Generación e Señale PWM con microproceaore Tema 7. Inverore II. 3 e 8 Tema 7. Inverore II. 4 e 8

8 INVERSOR PUENTE COMPLETO INVERSOR PUENTE COMPLETO. Comparación enre Moulación Bipolar y Unipolar.5 V / V / T + T - D + i o D - Z V o V V B T B+ T B- B D B+ D B-.5 Vin Val Bipolar Configuración en Puene Compleo Monofáico N -.5 Son poible la o eraegia e iparo explicaa al euiar lo converiore DC/DC: - a) Bipolar: Se ipara T + y T B y a coninuación T y T B +. La enione V O y V BO on iénica a la explicaa para una rama imple, olo que VBO ( ) V O ( ), luego: V B ( ) VO ( ) VBO ( ) V O ( ), e ecir, enremo el oble e enión. V$ ma V (m a ) V V$ 4 < < V ( ma > ) π Lo explicao aneriormene repeco a lo armónico e válio Vin Val Unipolar b) Unipolar: En ee cao: Si V Si V Si (-V Si (-V conrol conrol conrol conrol > V ri < V ri ) > V ri ) < V ri T T T T + on (V B on (V B N N + on (V BN on (V V BN ) V ) ) ) Comparación enre moulación Bipolar y Unipolar en un puene monofáico. Para m a.8 y m f Tema 7. Inverore II. 5 e 8 Tema 7. Inverore II. 6 e 8

9 INVERSOR PUENTE COMPLETO. Comparación enre Moulación Bipolar y Unipolar INVERSOR PUENTE COMPLETO. Efeco e Tiempo Muero.9.8 Bipolar Unipolar armónico Comparación enre moulación Bipolar y Unipolar en un puene monofáico. Para m a.8 y m f Inerr. ON V N V BN V o V N V BN T + T B- V V T - T B+ V -V T + T B+ V V T - T B- Efeco e lo Tiempo Muero en la Tenión e alia cuano la corriene cambia e igno V o () V(i<) V(i>) V V Real Ieal c T S alm ig( i ) Eao Poible e lo inerrupore en un Converior Puene Monofáico Como e vio al euiar lo converiore DC/DC, la frecuencia e conmuación efeciva para V o e f, ya que e proucen 4 conmuacione en el perioo e una ona riangular con lo que e conigue alejar lo armónico e m f a m f ± (i m f e enero par). Nóee que para la moulación unipolar, e ecoge m f par, ya que en ee cao el primer armónico e la enione V y V B eán efaaa 8º. Luego la iferencia e fae Φ B 8º m f º y por ano eaparecen oo lo armónico pare. V(i<) I> i o () I> I< I< Efeco e lo Tiempo Muero en la Tenión e Salia Tema 7. Inverore II. 7 e 8 Tema 7. Inverore II. 8 e 8

10 PUENTE TRIFÁSICO PUENTE TRIFÁSICO. Generación e Señale PWM Trifáica N V / T + D + i T B+ B D B+ i B T C+ C D C+ i C V a V ri V / T - D - T B- D B- T C- D C- V b $ V$ m V V con N a con m a V$ T 3 V m V LLRMS a, 6 ma V Forma e ona V c V a V ri V conrol, V conrol,b V conrol,c V b V c S S S S 7 S S S Generación e la Señale e Conrol para un Puene Trifáico Generación e eñale rifáica PWM Tema 7. Inverore II. 9 e 8 Tema 7. Inverore II. e 8

11 S4 PUENTE TRIFÁSICO. Moulación Space Vecor S3 S5 jim α S S * S6 S Re S, S7 Para coneguir el vecor S *, e puee conmuar enre lo ayacene S, S y S (o S 7 ). Lo iempo e uración e caa eao e pueen obener e: * ( D S + DS ) S óne D i e la fracción el iempo e muereo que e aplica el vecor i. La olución el iema e ecuacione e: D ma coα enα 3 D ma enα 3 D D D Dóne m a e el ínice e moulación e ampliu En caa ciclo la ecuencia e eao y u uracione ( i D i * ) on: Ciclo impare Ciclo pare S S S S 7 S 7 S S S / / / / De ea forma el número e conmuacione e minimiza (ólo hay una conmuación e rama en caa ranición) S * S i PUENTE TRIFÁSICO. Moulación Space Vecor S4 Una variane conie en: S3 S5 jim S S6 S Re S, S7 En caa ciclo la ecuencia e eao y u uracione on: S S S S S / / / / O bien S 7 S S S S / / / / De ea forma el número e conmuacione e minimiza, ya que ahora el número e conmuacione por ciclo e 4 (ane eran 6). Eo permie ubir la frecuencia e conmuación (*3/) con la mima péria. α S * Tema 7. Inverore II. e 8 Tema 7. Inverore II. e 8

12 PUENTE TRIFÁSICO. Moulación Space Vecor PUENTE TRIFÁSICO. PWM Moificao. Exenión el Inice e Moulación Moulación SV con ma.8, mf35*.5 Tenione e Fae y Línea al añair un Tercer rmónico e ampliu ¼ e la funamenal. La enión línea-línea que e conigue e.4*v LL (Valor máximo poible con ea eraegia) Comparación enre moulación PWM y SV rmónico Tema 7. Inverore II. 3 e 8 Tema 7. Inverore II. 4 e 8

13 PUENTE TRIFÁSICO. PWM Moificao. Exenión el Inice e Moulación PUENTE TRIFÁSICO. Cancelación e rmónico Ora poibilia e (para.9*v /): ω a) V o.8v / El valor máximo alcanzable e.56*v / ω b) V o.v / Precalculano α, α y α 3 e conrola la ampliu e la eñal. Simería repeco al origen: No armónico pare. Con re core por emiciclo: 7 Conmuacione. Se eliminan lo armónico 5 y 7. El ercer armónico y u múliplo e cancelan en lo inverore rifáico. E neceario comparar con ora eraegia (m f 7) Tema 7. Inverore II. 5 e 8 Tema 7. Inverore II. 6 e 8

14 MODULCIÓN PWM. Conrol e Corriene a) Conrol Bang-Bang (Bana e Hiérei) MODULCIÓN PWM. Conrol e Corriene b) Conrol e Corriene a Frecuencia Conane V V T + D + i L T D Corriene Real N Conigna i + i Meia Moulaor PWM i err V con + Comparaor Conrolaor PI i /C Inveror Meia e corriene B C Conigna e Corriene V ri i B/C i C/C /f V N Frecuencia variable Conrol PI e la Corriene El conrol e corriene (ambo méoo) on muy uao en: Conrol e moore e inucción. Inyección e poencia proceene e fuene e energía alernaiva en la re. Conigna i + i Meia i err V Hi + Comparaor Bana e Hiérei i B/C i /C i C/C Inveror Meia e corriene B C Nóee que la conigna e corriene puee elegire e manera que: Eé en fae con la enión e la re. La re rabaja con el inveror como i fuee una reiencia. Eé efaao 8º con la enión e la re. La re cee energía aciva al inveror. Tenga un efae en aelano o rerao con la enión e la re. La re oma o cee energía aciva o reaciva. Eo permie u uo como compenaor e energía reaciva. Se pueen inroucir eequilibrio enre la corriene e la fae. Eo permie compenar la corriene que eán circulano por ora carga eequilibraa. Se pueen incorporar armónico en la corriene. Eo permie compenar lo armónico e la corriene que eán inyecano la carga conecaa a la re. Conrol Bang-Bang e un Inveror Tema 7. Inverore II. 7 e 8 Tema 7. Inverore II. 8 e 8