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)