Aplicaciones: - Reguladores de tensión - Reductores / Elevadores de tensión - etc.

Transcripción

1 ipos e Conversión UeC DIE Problema Ilusrar los ipos e conversión e energía elécrica. DC Converior Esáico DC ipos: Buck Boos BuckBoos Cuk Zepic Aplicaciones: Regulaores e ensión Reucores / Elevaores e ensión ec. fuene filro ac e() L i() Sw() recificaor v() C filro c R carga AC Converior Esáico DC ipos: rifásicos/monofásicos e Volaje/Corriene Aplicaciones: Recificaores e V / I Drives Compensaores e Reacivos Filro Acivo v s R s v r is C r R r i r s s 4 a s s 6 b s 5 s c i c L c v c R c DC Converior Esáico AC ipos: rifásicos/monofásicos e Volaje/Corriene Aplicaciones: Inversores e ensión / corriene Drives Compensaores e Reacivos Filro Acivo v s PCC i s i i v o R i i o L i R o AC Converior Esáico AC ipos: rifásicos/monofásicos Inirecos / Direcos Cicloconversor Maricial Aplicaciones: Drives HVDC PCC m i c v c Rc C c compensaor carga L o Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

2 Clasificación según Variables UeC DIE Problema Clasificar los converiores esáicos según las variables elécricas fuene filro ac recificaor filro c carga i c L c La variable naural e enconrar es la ensión en su vesión AC (re elécrica a 5 Hz y magniu consane) y DC (baerías). e v s R s i s v r i r s a s b s 5 c v c R c C r R r s 4 s 6 s La variable nonaural e enconrar es la corriene. Esa ebe generarse a ravés e un esquema e conrol en L.C. i => e L i h c (s) e p i Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

3 Principios e Conservación e Poencia y Noación UeC DIE Problema Esablecer nociones básicas e conservación e poencia y esanarizar la noación v r a v r b v r c i r a i r b i r c Converior Esáico i c v c Si el Converior Esáico no iene elemenos que pieren energía (resisencias) ni almacenan energía (inucores, conensaores), enonces, p r = p c v ra ()i ra v rb ()i rb v rc ()i rc = i c ()v c Ese es el caso si se consieran los swiches ieales. Si hay elemenos que almacenan energía, enonces se cumple, p r = p c v ra ()i ra v rb ()i rb v rc ()i rc = i c ()v c P r = P c En el caso e que hayan périas en el Converior Esáico, enonces, P r = P c P losses one P losses son las e conmuación y conucción. La noación será v r = [v a r v b r v c r ] para un vecor e volajes en ejes.ambién se enrá v q r = [v r v q r v r ] para ejes q. Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

4 Formas e Ona Ieales, Esánares y Recomenaciones UeC DIE Problema Esablecer las limiaciones e las formas e ona y cómo evaluarlas. v s R s i s v r s i r a s b s 5 c i c v c L c R c Las formas e ona isna e ser las esperaas sinusoiales y coninuas. Nauralemene, mienras mayor sea la frecuencia e conmuación e los swiches, las formas e ona "lucen" mejores. Pero eso evenualemene es limiao por las resricciones e los acuales swiches. C r R r s 4 s 6 s Volaje irisor kv 4 volaje e alimenación () corriene DC 8 kv GO corriene AC recificaor corriene e enraa volaje AC recificaor volaje DC I c 6 kv 4 kv kv Frecuencia IGB MOSFE MC BJ A A A 4 A IGC 5 A 6 A MHz khz khz Corriene Se puee caunificar cuán buena es una forma e ona. Eso se hace a ravés e ínices como el HD (oal harmonic isorion) y se necesia el conenio armónico para calcularlo. HD = V V k k khz Hay esánares que recomienan los valores e HD en un sisema paricular epenieno e una serie e aneceenes. Ese es el IEEE 5999 y el Chileno. Capíulo I Inroucción 4 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

5 Niveles e ensión UeC DIE Problema Conocer los niveles e ensión e las rees. ransmisión kv : Anillo en área Meropopliana e Chilecra 54 kv : Cipreses S/E Iahue S/E Alo Jahuel kv : Re roncal alal a Puero Mon (Canuillar) 5 kv : S/E Charrua S/E Alo Jahuel Disribución kv : Chilecra Chilquina, y,8 kv : Disribuioras ExEnesa, Coop. Elécricas, ec. 5 kv : CGE kv : Chilecra (área nore), CGE, Saesa, Fronel, ec. Consumos Moores V a 69 V, a 4 kv Volaje kv irisor GO 8 kv 6 kv IGB MC IGC Corriene 4 kv BJ khz kv MOSFE khz khz A A A 4 A 5 A 6 A MHz Frecuencia Capíulo I Inroucción 5 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

6 eoría e Poencias Insanáneas Problema Inroucir efiniciones para poencias aciva y reaciva insanáneas. La poencia por efinición es: p = v a ()i a v b ()i b v c ()i c p = v a v b v c si se efine, v v a = v b i = i b enonces, p = v i one p () es un escalar y es la v c i c poencia aciva insanánea. i a i a i b i c v a v b v c i a i b i c UeC DIE Ejemplo Volaje y corriene sinusoiales. π ω π5 V rms V V rms ϕ I 8 rms I I rms v a ( ) Vsin( ω) v b ( ) Vsin ω π v c ( ) Vsin ω 4 π i s_a ( ) Isin ω ϕ π i s_b ( ) Isin ω ϕ π i s_c ( ) Isin ω ϕ 4 π p ( ) Vsin( ω) Isin( ω ϕ) Vsin ω π Isin ω ϕ π p V rms I rms cos( ϕ). 4 Vsin ω 4 π Isin ω ϕ 4 π P = p = V rms I rms cos( ϕ) p ( ) 5.76 V rms I rms cos( ϕ) 5.76 v a i s_a 4.5p Capíulo I Inroucción 6 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

7 Ejemplo Volajes sinusoiales y corrienes no sinusoiales. v a ( ) Vsin( ω) i _a ( ) I sin ω ϕ π I 5 sin 5 ω ϕ π I 7 sin 7 ω ϕ π I sin ω ϕ π I sin ω ϕ π UeC DIE v b ( ) Vsin ω π i _b ( ) I sin ω ϕ π I 5 sin 5 ω ϕ π I 7 sin 7 ω ϕ π I sin ω ϕ π I sin ω ϕ π v c ( ) Vsin ω 4 π i _c ( ) I sin ω ϕ 4 π I 5 sin 5 ω ϕ 4 π I 7 sin 7 ω ϕ 4 π I sin ω ϕ 4 π I sin ω ϕ 4 π p v a ()i _a v b ()i _b v c ()i _c. 4 4 P p P 5.76 v a i _a.5p Capíulo I Inroucción 7 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

8 Muesra gráfica e los volajes sinusoiales y corrienes no sinusoiales. UeC DIE i _a i _b v a v b v c i _c Capíulo I Inroucción 8 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

9 Poencia Reaciva Ejemplo Se puee efinir ambién la poencia reaciva insanánea como, q = v i one q () es un vecor. Volaje y corriene sinusoiales. v a v b v c i a i b i c UeC DIE v v a v b v c i i s_a i s_b i s_c q v i q a q q b q q c q q V rms I rms sin( ϕ) V rms I rms sin( ϕ) V rms I rms sin( ϕ) q = V rms I rms sin( ϕ) móulo e q () Q = q = V rms I rms sin( ϕ) q ( ) q ( ). V rms I rms sin( ϕ). v a v b v c i s_a i s_b i s_c Capíulo I Inroucción 9 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

10 Ejemplo Volajes sinusoiales y corrienes no sinusoiales. v v a v b v c i i _a i _b i _c UeC DIE q v i q a q q b q q c q q m_ q móulo e q () Q q Q. V rms I rms sin( ϕ). v a v b v c i _a i _b i _c q a q b q c Formas e Ona Relevanes. 4 8 v a i _a p q m_ Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

11 Poencia Aparene Se puee efinir ambién la poencia aparene insanánea. Al ener os vecores x() e y() siempre se cumple que, x y = x y x y v a v b v c i a i b i c UeC DIE en el caso e corresponer x() = v () a un volaje e y() = i () a una corriene, enonces v i = v i v i v i = p q enonces, la poencia aparene insanánea s () es, i s = v () cumpliénose que, s = p q Facor e Poencia Se puee efinir ambién el facor e poencia insanáneo como fp = p s = v i p q Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

12 Ejemplo Volaje y corriene sinusoiales. v v a v b v c i i s_a i s_b i s_c p v i q v i UeC DIE v a i s_a p q s v fp i p s p ( ) 5.76 q ( ). s ( ) 6.6 s p ( ) q ( ) s ( ) fp.4 fp ( ) Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

13 Ejemplo Volajes sinusoiales y corrienes no sinusoiales. v v a v b v c i i _a i _b i _c p v i q v i UeC DIE v a i _a p q s v fp i p s p ( ) 5.9 q ( ).65 s ( ) 6. s....4 p ( ) q ( ) s ( ) fp.4 fp ( ) Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

14 ransformación q UeC DIE Problema Comenar la ansformaa q y su aplicación a converiores esáicos. Se efine, x x a = x b enonces, x q = _q ()x = x q one _q () es la ransformaa e Park. x c x x _q q_ sin( ω) sin ω π sin ω 4 π cos( ω) cosω π cos ω 4 π noar que, x = _q x q = q_ ()x q Aemás, _q () _q = sin( ω) cos( ω) sin ω π cosω π por lo que, _q = _q = q_ sin ω 4 π cos ω 4 π Ejemplo Señal sinusoial arbiraria. x = X sin( ω ϕ) X sin ω ϕ π X sin ω ϕ 4 π x = X x q = _q ()x = sin( ω) cos( ω) sin ω π cos ω π sin ω 4 π cos ω 4 π X sin ω ϕ X sin ω ϕ X sin ω ϕ π π 4 π X cos( ϕ) = X sin( ϕ) x q = X Capíulo I Inroucción 4 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

15 Ejemplo Volaje y corriene sinusoiales. cos( ϕ) 5 sin( ϕ) 8.66 v v a v b v c i i s_a i s_b i s_c v q _q ()v i q _q ()i UeC DIE 4 v q v q v q i q i q i q....4 v m_ v a v b v c....4 i m_ i s_a i s_b i s_c v m_....4 v m_q v q v q v q 5 i m_ i m_q i q i q i q v m_q i m_q Capíulo I Inroucción 5 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

16 Ejemplo Corrienes no sinusoiales.. i i _a i _b i _c i q _q ()i UeC DIE i i q i i q i i q....4 i m_ i _a i _b i _c....4 i m_q i q i q i q 5 i m_ i m_q Capíulo I Inroucción 6 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

17 Poencias Insanáneas en ejes q Problema Demosrar la equivalencia en isinos ejes e la poencia aciva insanánea. La poencia aciva por efinición es: v v a = v b i = i b p = v a v b v c i b = v i v c i a i c i a i c v a v b v c i a i b i c UeC DIE La poencia aciva insanánea en q es, ao que, enonces, p q = v q i q x q = _q ()x p q = _q ()v _q ()i p q = v _q _q i La poencia reaciva insanánea en q es, q q = v q i q _q q q = _q ()v ()i p q v = _q _q i p q = v i p q = p q q = v i Equivalenemene la poencia aparene insanánea en q es, q q = q s q = v q i q _q ()i s q = _q ()v El facor e poencia insanáneo en q es, fp q = p q s q = p s s q = v s q = s i Capíulo I Inroucción 7 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

18 Ejemplo Volajes sinusoiales y corrienes no sinusoiales. v v a v b v c p v i i i _a i _b i _c q v i s v i fp p s UeC DIE v q _q ()v p q v q i q i q _q ()i q q v q i q s q v q i q fp q p q s q 4 4 v a i _a v q i q p 6 p q 6 q 4 q q 4 s s q fp fp.8 q Capíulo I Inroucción 8 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

19 Diferenciación en ejes q UeC DIE Problema Demosrar la equivalencia e las erivaas en ejes q. La represenación e un vecor en ejes q esá aa por, x q = _q ()x por lo ano, x = q_ ()x q q_ sin( ω) sin ω π sin ω 4 π cos( ω) cos ω π cos ω 4 π por lo ano, x x = q_ ()x q = q_ x q q_ x q q_ = ωcos( ω) ωcos ω π ωcos ω 4 π ωsin( ω) ωsin ω π ωsin ω 4 π _q q_ = sin( ω) cos( ω) sin ω π cos ω π sin ω 4 π cos ω 4 π ωcos( ω) ωcos ω π ωcos ω 4 π ωsin( ω) ωsin ω π ωsin ω 4 π = ω ω por lo ano, x x x = q_ () _q q_ x q q_ x q = q_ ()W x q q_ x q con, W = = q_ Wx q x q ω ω Capíulo I Inroucción 9 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

20 Ejemplo Circuio rifásico RLC. v s_a R s i s_a i = s_a v r_a i s_a = C r v r_a v s_b R s i s_b i = s_b v r_b i s_b = C r v r_b v s R s i s v r UeC DIE v s_c R s i s_c i = s_c v r_c i s_c = C r v r_c C r efinieno, v s_ = v s_a v s_b v s_c i s_ = i s_a i s_b i s_c v r_ = v r_a v r_b v r_c v s_ R s i s_ i = s_ v r_ q_ v s_q = R s q_ i s_q q_ Wi s_q i s_q i s_ = C r v r_ q_ i s_q = C r q_ Wv r_q v r_q v s_q R s i s_q Wi s_q i = s_q v r_q v s_q = R s i s_q Wi s_q i s_q v r_q i s_q C r Wv r_q v = r_q i s_q = C r Wv r_q C r v r_q q_ v r_q v s_ R s i s_ ω i s_q i = s_ v r_ i s_ = ωc r v r_q C r v r_ v s_q R s i s_q ω i s_ i = s_q v r_q i s_q = ωc r v r_ C r v r_q v s_ R s i s_ i = s_ v r_ i s_ = C r v r_ v s_ R s i s_ ω i s_q i = s_ v r_ i s_ = ωc r v r_q C r v r_ v s_q R s i s_q ω i s_ i = s_q v r_q i s_q = ωc r v r_ C r v r_q Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

21 f Simulación en. f.4 n f n n f n f C r 6 R s 5 f UeC DIE v s_a ( ) Vsin( ω) A R s C r R s C r R s C r v s_b ( ) Vsin ω π E v s_c ( ) V sin ω 4 π v s_a R s i s_a i = s_a v r_a i s_a = C r v r_a D ( x) A x x x x 4 x 5 x 6 E v s_b R s i s_b i = s_b v r_b i s_b = C r v r_b v s_c R s i s_c i = s_c v r_c i s_c = C r v r_c v s_a v s_b v s_c CI Z rkfixe CI f n f D Simulación en q. v s_q _q v s_a v s_b v s_c v s_ R s i s_ ω i s_q i = s_ v r_ i s_ = ωc r v r_q C r v r_ v s_q R s i s_q ω i s_ i = s_q v r_q i s_q = ωc r v r_ C r v r_q A q R s ω C r ω R s C r ω ω E q x x v s_q D( x ) A q E x q v s_q x 4 CI q Z q rkfixe CI q f n f D Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

22 v n v qn f v s_a n n f f v s_b n n f f v s_c n n f f v s_q n n f UeC DIE f v s_q n n f Facor e Poencia oal i n Z n Z n Z n 4 i qn Z qn Z qn p n p n v n in q n v n i n fp n p n q n qn p qn p qn v qn iqn q qn v qn i qn fp qn p qn q qn qqn Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

23 Conrol e Converiores Esáicos UeC DIE Problema Mosrar las alernaivas e conrol en converiores esáicos e poencia. y (s) y () e(s) e() conrol análogo h c (s) {A c, b c, c c, c } conrolaor v(s) v() h a (s) {A a, b a, c a, a } acuaor y s (s) y s () u(s) u() p(s) p() plana h yu (s), h yp (s) {A, b, c,, e, f} h s (s) {A s, b s, c s, s } y(s) y() Análogo sensor/ransmisor y (z) y (k) e(z) e(k) conrol igial h c (z) {A c, b c, c c, c } conrolaor v(z) v(k) y s (z) y s (k) S/H S v(s) v() h a (s) {A a, b a, c a, a } acuaor y s (s) y s () u(s) u() p(s) p() sensor/ransmisor plana h yu (s), h yp (s) {A, b, c,, e, f} h s (s) {A s, b s, c s, s } y(s) y() Híbrio Esraegias e Conrol Herramienas Lineal Realimenación e Esaos Observaores Desacoplaores Lyapunov Roo Locus Nyquis Boe Nolineal Linealización Exaca Linealizacón Enraa/Salia Capíulo I Inroucción e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76

24 Alcances el Curso "Converiores Esáicos Mulinivel" UeC DIE Esuio e moulación(spwm, SHE y VE), moelación (ejes esacionarios y roaorios con señales e conmuación y promeio) y conrol (lineal: realimenación e esaos, observaores, esacoplaores y no lineal: linealización exaca, enraa/salia, preicivo). Las aplicaciones a esuiar serán: fuenes DC, compesaores paralelo y serie, filros acivos, accionamienos, sisemas e ransmisión. Las simplificaciones son: swiches ieales ( on y off son nulos: no hay périas por conmuación, v on nulo: no hay périas por conucción y sisemas balanceaos: no hay secuencia cero). PCC i s i o fuene filro ac recificaor filro c carga v s i i v o R i L i R o vs Rs Ls s is a s vr b s5 c ic vc v c / Cc N Rc vc / m L o n s4 s6 s i c Rc C c v c PCC compensaor carga o oher users R L L L v i / N C i i D a S a S b a D a D b D b S a S b b D a D c D b S 5a S 5b c D 5a D 5b i oa v ab R i L i v i i pcc a v s n s a i s : Cell Cell n c a v L a i p i L R L L L D a S 4a D b S 6a D c S a v i / C S 4b D 4a D 4b S 6b D 6a D 6b S b D a D b Phase a Phase b Phase c Capíulo I Inroucción 4 e 4 Converiores Esáicos Mulinivel 54 76