Laboratorio de Electrónica de Potencia

Transcripción

1 Laboratorio de Electrónica de Potencia Práctica 4 Nombre: No. Cédula: Convertidores DC-AC: Inversores Objetivo General: Utilizar el OrCAD para simular y analizar circuitos inversores, tanto monofásicos como trifásicos, con el fin de obtener las tensiones y corrientes, así como el contenido armónico y otros parámetros que miden la calidad de dichos circuitos. Objetivos Específicos: Dado un circuito inversor, simular y analizar su funcionamiento para obtener lo siguiente: Formas de onda de las tensiones y corrientes Valores eficaces (rms) de tensiones y corrientes Contenido armónico de corrientes y tensiones Espectro de frecuencias de corrientes y tensiones Comportamiento del circuito de control 1) Inversor Monofásico Onda Cuadrada Construya con el OrCAD el circuito mostrado en la Figura 1, el cual consiste en un inversor monofásico onda cuadrada. Los interruptores S (RON=0.001Ω, ROFF=1MEGΩ) modelan el comportamiento de cualquier dispositivo controlado tanto al encendido como al apagado, tal como transistores BJT, MOSFET o IGBT. 1.1) Con el valor de VAMPL=0 de la fuente Vo, obtenga las formas de onda de la tensión en bornes de la carga, de la corriente en la carga y de la corriente en la fuente DC. 1.2) Obtenga el espectro de la tensión de salida (FFT) y verifique que los armónicos que presenta son de orden impar. 1.3) Obtenga la amplitud de la componente fundamental de la tensión en bornes de la carga y de la corriente en la carga por medio de un análisis de Fourier, así como su índice de distorsión armónica total %THD. Verifique que la amplitud de la componente fundamental de la tensión es Vo1=4Vdc/π. 1.4) Repita los puntos anteriores con VAMPL=150. Compare los resultados Prof. Carlos Villanueva Enero

2 1.5) Emita conclusiones y comentarios en todos los puntos. 1.6) Analice la forma como se realiza el control de los interruptores. Haga una breve descripción y justificación de su funcionamiento. 2) Inversor Monofásico PWM Bipolar Figura 1 Construya con el OrCAD el circuito mostrado en la Figura 2, el cual consiste en un inversor monofásico PWM Bipolar, donde el índice de modulación de amplitud es m a =0.6 y el índice de modulación de frecuencia es m f = ) Obtenga las formas de onda de la tensión en bornes de la carga, de la corriente en la carga. 2.2) Obtenga el espectro de la tensión de salida (FFT) y verifique que los armónicos que presenta se encuentran ubicados en bandas de frecuencia alrededor de la frecuencia de la triangular y sus múltiplos, es decir, armónicos de orden m f, 2m f, 3m f, etc. 2.3) Mediante un análisis de Fourier obtenga los valores de las componentes armónicas más importantes, para la tensión en bornes de la carga, y de la corriente en la carga, así como su índice de distorsión armónica total %THD. Verifique que la amplitud de la componente fundamental de la tensión cumple con el valor V 1 =m a V dc. 2.4) Pruebe con índices de modulación de amplitud m a =1,2 y m a =2,5 y comente los resultados. Prof. Carlos Villanueva Enero

3 2.5) Analice la forma como se realiza el control PWM. Haga una breve descripción y justificación de su funcionamiento. 2.6) Emita conclusiones y comentarios en todos los puntos. 3) Inversor Monofásico PWM Unipolar Figura 2 Construya con el OrCAD el circuito mostrado en la Figura 3, el cual consiste en un inversor monofásico PWM Unipolar, donde el índice de modulación de amplitud es m a =0.6 y el índice de modulación de frecuencia es m f = ) Obtenga las formas de onda de la tensión en bornes de la carga, de la corriente en la carga. 3.2) Obtenga el espectro de la tensión de salida (FFT) y verifique que los armónicos que presenta se encuentran ubicados en bandas de frecuencia alrededor de los múltiplos pares de la frecuencia de la triangular, es decir, armónicos de orden 2m f, 4m f, 6m f, etc. 3.3) Mediante un análisis de Fourier obtenga los valores de las componentes armónicas más importantes, para la tensión en bornes de la carga, y de la corriente en la carga, así como su índice de distorsión armónica total %THD. Verifique que la amplitud de la componente fundamental de la tensión cumple con el valor V 1 =m a V dc. Prof. Carlos Villanueva Enero

4 3.4) Analice la forma como se realiza el control PWM. Haga una breve descripción y justificación de su funcionamiento. 3.5) Emita conclusiones y compare este circuito con el inversor PWM Bipolar. Figura 3 4) Inversor Trifásico Onda Cuadrada Construya con el OrCAD el circuito mostrado en la Figura 4, el cual consiste en un inversor trifásico onda cuadrada. 4.1) Obtenga la forma de onda de una de las tensiones de línea, así como de una tensión de fase y su correspondiente corriente de fase. 4.2) A partir de un análisis de Fourier, obtenga la componente fundamental, las componentes armónicas más importantes, así como el índice de distorsión armónica total %THD, de la tensión de línea y de la corriente de fase. Verifique que la amplitud de la componente fundamental de la tensión de línea es igual a V 1LL =2V dc /π. Prof. Carlos Villanueva Enero

5 4.3) Obtenga el espectro de la tensión de fase (FFT) y verifique que el orden de los armónicos es h=6n±1 (n=1, 2,3,..). 4.4) Analice la forma como se realiza el control de los interruptores. Haga una breve descripción y justificación de su funcionamiento. 4.5) Emita conclusiones y comentarios en todos los puntos. Figura 4 5) Inversor Trifásico PWM Construya con el OrCAD el circuito mostrado en la Figura 5, el cual consiste en un inversor trifásico con control PWM, donde el índice de modulación de amplitud es m a =0.95 y el índice de modulación de frecuencia es m f = ) Obtenga la forma de onda de una de las tensiones de línea, así como de una tensión de fase y su correspondiente corriente de fase. 5.2) A partir de un análisis de Fourier, obtenga la componente fundamental, las componentes armónicas más importantes, así como el índice de distorsión armónica total %THD, de la tensión de línea y de la corriente de fase. Verifique que la amplitud de la componente fundamental de la tensión de línea es igual a: 3 V 1LL = ma Vdc 2 Prof. Carlos Villanueva Enero

6 5.3) Obtenga el espectro de la tensión de fase (FFT) y verifique que aparte de la fundamental, los armónicos múltiplos de mf se anulan, quedando únicamente las bandas laterales. 5.4) Analice la forma como se realiza el control PWM. Haga una breve descripción y justificación de su funcionamiento. 5.5) Emita conclusiones y comentarios en todos los puntos. Compare los resultados con los del inversor trifásico onda cuadrada. Figura 5 Prof. Carlos Villanueva Enero