Partial-Order Reductions

 Ventajas

- La gran cantidad de capacitores de almacenamiento pueden proporcionar que siga en funcionamiento durante cortes de energía. - El contenido de armónicos es sumamente bajo.

- El flujo de potencia se puede controlar tanto real como reactiva.

 Desventajas

- Se requiere muchos capacitores de almacenamiento cuando la cantidad de niveles es grande.

- El control de este inversor es complicado.

- La frecuencia de conmutación y las perdidas por conmutación son altas para la transmisión de potencia real.

1.2.1.3. Inversor Multinivel en Cascada.

En el inversor multinivel en cascada se puede casi duplicar el número de niveles de las topologías anteriores sin hacer crecer el número de fuentes de voltaje.

Este consiste en una serie de unidades inversoras de medio puente (monofásicas, puente completo). La función general de este inversor multinivel es sintetizar un determinado voltaje a partir de varias fuentes separadas de cd (SDCS, de several separate dc sources), que pueden ser baterías, celdas de combustible o celdas solares. La Figura 13(a) muestra la estructura básica de un inversor monofásico en cascada con SDCS. Cada SDCS está conectado a un inversor de medio puente. Los voltajes ca de terminal de los inversores en distintos niveles se conectan en serie.

A diferencia del inversor con diodo fijador, o de capacitores volantes, el inversor en cascada no requiere diodos fijadores de voltaje, ni capacitores de balanceo de voltaje.

Principio de operación

La Figura 13(b) muestra la forma de onda de voltaje de fase de un inversor en cascada de cinco niveles con cuatro SDCS. El voltaje de fase de salida se sintetiza con la suma de cuatro salidas de inversor, Van = Va1 + Va2 + Va3 + Va4. Cada nivel de inversor puede generar tres salidas distintas de voltaje, +Vcd, 0 y - Vcd, conectando la fuente cd con el lado de salida ac mediante combinaciones diferentes de los cuatro interruptores S1, S2, S3 y S4.

Tomando como ejemplo el nivel superior, al activar S1 y S4 se obtiene Va4 = +Vcd. Al activar S2 y S3 se obtiene Va4 = - Vcd, y al desactivar todos los interruptores se obtiene Va4 = 0. De igual modo se puede obtener el voltaje de salida de ca en cada nivel. [7]

Si (Ns) es la cantidad de fuentes de cd, (m) el nivel de voltaje de fase de salida, tenemos la ecuación (1.1):

m=Ns+1 (1.1)

Así, un inversor en cascada en cinco niveles necesita cuatro SDCS y cuatro puentes completos. Si se controlan los ángulos de conducción en distintos niveles de inversor se puede minimizar la distorsión armónica del voltaje de salida.

El voltaje de salida del inversor es casi senoidal, y tiene menos que 5% de distorsión armónica total (THD), y cada uno de los medios puentes sólo conmuta a la frecuencia fundamental.

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(a) (b)

Figura 13: a) Inversor Puente Completo. b) Formas de onda a la salida.

[1]

Propiedades del inversor en cascada

Las propiedades principales del inversor en cascada son las siguientes:

 Para conversiones de potencia real, de ca a cd y después de cd a ca, los inversores en cascada, necesitan fuentes separadas de cd. La estructura de las fuentes separadas de cd es adecuada para diversas fuentes de

energía renovable, como celdas de combustible, energías renovables y biomasa.

 Entre dos convertidores no es posible conectar las fuentes de cd una a continuación de otra, porque puede introducirse un cortocircuito cuando dos convertidores seguido no conmutan en forma sincrónica.

A continuación se citara las ventajas y desventajas del inversor multinivel en cascada.

Ventajas

- Requiere mínima cantidad de componentes en comparación con los anteriores inversores para obtener la misma cantidad de niveles. - Se puede utilizar técnicas de conmutación suave para reducir las

pérdidas por conmutación.

Desventajas

- Se necesita fuentes cd separadas para conversiones de potencia real, por ello se limita sus aplicaciones.

Una característica que vale la pena mencionar es que, debido a su estructura, se puede aumentar fácilmente el número de niveles agregando etapas en cascada, sin tener que rediseñar la etapa de potencia.

El CMLI (Cascade Multilevel Inverter) se clasifica en simétrico y asimétrico.

En la Figura 14(a), se muestra un inversor multinivel simétrico, mientras que en la Figura 14(b) se muestra un inversor asimétrico de potencia 2.

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(a) (b)

Figura 14: Inversor Multinivel a) simétrico b) asimétrico de potencia 2 [1]

Inversor multinivel en cascada simétrico

En esta configuración los niveles de alimentación de cada una de sus etapas son de la misma magnitud, tal y como se muestra en la Figura 14(a);

Cada etapa proporciona tres niveles de tensión que son: +VCD, 0 y -VCD, el número de niveles (n) generados en la tensión de salida depende del número de fuentes (Ns) y está dado por la ecuación (1.2).

n = 2Ns + 1 (1.2)

Inversor multinivel en cascada asimétrico

Esta clasificación posee la misma configuración que el CMLIS (Cascade Multilevel Inverter Symmetric), pero en este caso los niveles de tensión de CD de cada fuente del inversor son de valores diferentes, como se observa en la Figura 14(b). Con esta característica se pueden obtener más niveles en la onda de salida con el mismo número de elementos utilizados en un CMLIS.

Inversor multinivel en cascada asimétrico de potencia 2

El CMLIA (Cascade Multilevel Inverter Asymmetric) de potencia 2 es alimentado con fuentes de tensión diferentes, en cada fuente es VCD, 2VCD, 4VCD,y así sucesivamente hasta alimentar todas las fuentes que integran el inversor; en la Figura 14(b), se muestra un ejemplo, donde el número máximo de niveles se calcula mediante la ecuación (1.3).

n = 2Ns+1 – 1 (1.3)

Donde:

n = Cantidad de niveles que se obtienen en la onda de salida. Ns = Cantidad de fuentes que integran el inversor.