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Convertidores CC a CA. Inversores autónomos
Inversores monofásicas.
• Principio de operación. Armónicos. Potencia
• Modulación Monopulso
• Modulación por ancho de pulso sinusoidal
• Sistema ininterrumpido de alimentación
Inversores trifásicos
Bibliografía
CAP 8 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Daniel W.Hart
CAP 8. ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Convertidores, aplicaciones y diseño 3ra Ed.
N. Mohan, T. Undeland and W.P. Robbins
Convertidores CC a CA. Inversores
−𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
0
0
0S ON S OFF
S OFF S ON
Señales de comando
𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
+
+
vab
vab
𝒗𝒂𝒃 = 𝒗𝒂 − 𝒗𝒃
𝒗𝒂𝒃 = 𝒔. 𝑽𝑪𝑪 −𝑽𝑪𝑪
𝟐= (𝟐𝒔 − 𝟏)
𝑽𝑪𝑪
𝟐
s
𝑻𝟐
𝑻
Inversor Semi-puente
Convertidores CC a CA. Inversores
−𝑽𝑪𝑪
𝑽𝑪𝑪
0
0
0 Sa ON
Sb ON
Sa ON
Sb ON
Señales de comando
vab
vab
𝒗𝒂𝒃 = 𝒗𝒂 − 𝒗𝒃𝒗𝒂𝒃 = 𝒔𝒂. 𝑽𝑪𝑪 − 𝒔𝒃. 𝑽𝑪𝑪 = (𝟐𝒔𝒂 − 𝟏). 𝑽𝑪𝑪
sa
sb
𝑻𝟐 𝑻
𝒔𝒃 = 𝟏 − 𝒔𝒂 = 𝒔𝒂
Inversor Puente
Convertidores CC a CA. Inversores
Componentes armónicas de una onda cuadrada
𝒗𝒂𝒃 =𝟒𝑽
𝝅sin 𝝎𝟏𝒕 +
𝒉≠𝟏(𝒊𝒎𝒑)
∞𝟒𝑽
𝒉𝝅sin 𝜔ℎ𝑡
Distorsión armónica total (THD Total harmonic distortion) 𝑻𝑯𝑫 =
σ𝒉≠𝟏∞ 𝑽𝒉(𝒓𝒎𝒔)
𝟐
𝑽𝟏(𝒓𝒎𝒔)=
𝒉≠𝟏
∞𝟏
𝒉𝟐
𝑻𝑯𝑫 =σ𝒉≠𝟏∞ 𝑽𝒉(𝒓𝒎𝒔)
𝟐
𝑽𝟏(𝒓𝒎𝒔)=
𝑽𝒓𝒎𝒔𝟐 −𝑽𝟏(𝒓𝒎𝒔)
𝟐
𝑽𝟏(𝒓𝒎𝒔)=
𝟏−𝟖
𝝅𝟐
𝟒
𝝅 𝟐
≅ 𝟎, 𝟒𝟖
Cálculo: onda cuadrad
v
-v
Convertidores CC a CA. Inversores
−𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
0
0
0
S ON
S ON
𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹
−𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹
iab
vab
iC2
iC1
𝑽𝑪𝑪𝟒𝑹
𝑽𝑪𝑪𝟒𝑹
−𝑽𝑪𝑪𝟒𝑹
−𝑽𝑪𝑪𝟒𝑹
0iCC
𝑽𝑪𝑪𝟒𝑹
iab
iCC iC1
iC2
𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
+
+
vab
𝒊𝒂𝒃 = 𝒊𝑪𝟐 − 𝒊𝑪𝟏 𝒊𝑪𝑪 = 𝒊𝑪𝟏 + 𝒊𝑺𝒊 = 𝒊𝑪𝟐 + 𝒊ത𝑺𝒊
𝑷𝒐𝒖𝒕 = 𝑰𝒂𝒃(𝒓𝒎𝒔)𝟐 𝑹 =
𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹
𝟐
𝑹 𝑷𝑪𝑪 = 𝑽𝑪𝑪𝑰𝑪𝑪 =𝑽𝑪𝑪𝟐
𝟒𝑹
R
Carga resistiva
Convertidores CC a CA. Inversores
𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
+
+
vab
a b
L Riab
−𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
0
S ON S ON
iab
vab
𝑻𝟐 𝑻
𝒗𝒂𝒃 = 𝒊𝒂𝒃𝑹 + 𝑳𝒅𝒊𝒂𝒃𝒅𝒕
𝒊𝒂𝒃 = 𝒊𝒂𝒃(𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆) + 𝒊𝒂𝒃(𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆)
−𝑰𝒎𝒊𝒏
𝑰𝒎𝒂𝒙
𝒊𝒂𝒃(𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆) = 𝑨𝒆− ൗ𝒕 𝝉𝒊𝒂𝒃(𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆) =𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹
𝒊𝒂𝒃 =𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹+ −𝑰𝒎𝒊𝒏 −
𝑽𝑪𝑪
𝟐𝑹𝒆− Τ𝒕 𝝉
𝒊𝒂𝒃(𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆) = 𝑩𝒆− ൗ𝒕 𝝉𝒊𝒂𝒃(𝒑𝒆𝒓𝒎𝒂𝒏𝒆𝒏𝒕𝒆) = −𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹
𝒊𝒂𝒃 = −𝑽𝑪𝑪𝟐𝑹+ 𝑰𝒎𝒂𝒙 +
𝑽𝑪𝑪
𝟐𝑹𝒆−
൘(𝒕−𝑻𝟐)𝝉
T/2 t T0 t T/2
𝝉 = 𝑳𝑹
Convertidores CC a CA. Inversores
Carga resistiva-inductiva
−𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
0
0
iab
vab
iC2
iC1
0
iCC
𝑻𝟐
𝑻
𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
+
+
vab
a b
L R
iCC iC1
iab
iC2
T1
T2
D1
D2
T1
T2D1
D2T1
T2D1
D2
−𝑰𝒎𝒊𝒏
𝑰𝒎𝒂𝒙
−𝑰𝒎𝒊𝒏/𝟐
𝑰𝒎𝒂𝒙/𝟐
−𝑰𝒎𝒊𝒏/𝟐
𝑰𝒎𝒂𝒙/𝟐𝑰𝑪𝑪
𝑷𝒐𝒖𝒕 = 𝑰𝟐𝒂𝒃(𝒓𝒎𝒔)𝑹 = 𝑽𝑪𝑪. 𝑰𝑪𝑪
2 2ab(rms)
Convertidores CC a CA. Inversores
Carga resistiva-inductiva. Llaves. Potencia
hh
h
h
h
−𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
0
S ON S ON
iab
vab
𝑻𝟐 𝑻
−𝑰𝒎𝒊𝒏
𝑰𝒎𝒂𝒙
Potencia por armónicos
𝑽𝑪𝑪𝟐
hh
hh h
h(rms)out
𝑽𝑪𝑪𝟐
𝑽𝑪𝑪𝟐
+
+
vab
a b
L R
iCC iC1
iab
iC2
T1
T2
D1
D2
Convertidores CC a CA. Inversores
Carga resistiva-inductiva Armónicos. Potencia.
−𝑽𝑪𝑪
𝑽𝑪𝑪
0
0
0
Sa ONSb ON Sa ONSb ON
vab
𝑻𝟐
𝑻0
Señales de comandosasb
iab
iCC
−𝑰𝒎𝒊𝒏
𝑰𝒎𝒂𝒙
−𝑰𝟎
𝑰𝟎
𝑰𝒎𝒂𝒙
−𝑰𝟎
0
𝒕
Onda cuadrada 𝒕 = 𝑻
𝟐, =
Mono Pulso 𝒕 < 𝑻
𝟐, <
𝟐
Convertidores CC a CA. Inversores
Modulación Mono-pulso
vab
iCC
iab
a b
sa
sb
vab
VCC
-VCC
2
𝒗𝒂𝒃 = (𝒔𝒂 − 𝒔𝒃). 𝑽𝑪𝑪
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Contenido armónico y distorsión armónica total VS ancho de pulso
Fundamental3° armónico5° armónico7° armónico9° armónico
Vfund
VCC
THD
0.26
128°
THDv MIN 26% para = 128º
Convertidores CC a CA. Inversores
Modulación Mono-pulso. Armónicos
n+ n+
n+
p
n-
p+J1
J2
J3
C
E
G
Resistencia de ‘drift’
Perfil PT (punch through)•Limita la tensión de bloqueo inverso
•Aumenta la recombinación
•Reduce la Rdrift
Estructura y características de salida
off
on
on
Zona Activa
Zo
na
Sat
ura
ció
n
IC
-IC
VCE
VGE
-VCE
E
C
G
Con diodo
antiparalel
o híbrido
Sin diodo
antiparalel
o híbrido
Convertidores CC a CA. Inversores
Dispositivo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
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