VIII. Interregional cooperation on environment issues
5.3. Proximities and policy implementation
CAPITULO
5
CONVERSORES DC-A C:
C O N V E R S O R E S D C -A C : IN V E R S O R E S
5.1. IN TR O D U C C IÓ N
L os in v erso res son c irc u ito s electró n ico s de p o ten c ia que, trab ajan d o en co n m u tació n , p erm iten c o n v ertir u n a ten sió n (o c o rrie n te ) de n a tu ra le za co n tin u a en altern a sen o id al de b a ja frecu en cia.
ETAPA DE POTENCIA
Figura 5.1. Esquema de un conversor DC-A C
L as p rin cip ale s a p lica cio n e s de este tip o de co n v ersió n son las siguientes: • V a ria d o res de frecu en cia, d estin ad o s al co n tro l y la reg u lació n de m o to
res de c o rrie n te altern a, y a que la v ariació n de la frec u en c ia d e alim en tac ió n p erm ite a ctu ar d irectam en te sobre la v elo cid ad de giro.
• S istem as de a lim en tac ió n in in terru m p id a (S A I’s), que p erm iten aseg u ra r la co n tin u id ad de serv icio en p eq u eñ as red es elé ctrica s fren te a e v en tu ales co rtes de sum inistro.
• C o n ex ió n a la red e lé ctrica de fu en tes de e n erg ía a ltern ativ as, tales c o m o p a n eles so lares, m o lin o s de v ien to , etc.
C o n sid e ran d o la n a tu ra le za de la fu en te de la e ta p a de co n tin u a, los inversores se cla sific an en d o s g ran d es fam ilias:
1) Inversores fuente de tensión o V SI’s (d el inglés
“Voltage Source In-
verters
”), en los cu ales la e n tra d a es una ten sió n c o n tin u a (físicam ente,"S IM U L A C IÓ N D E C IR C U IT O S E L E C T R Ó N IC O S D E P O T E N C IA C O N P S P I C E "
u n a b a te ría de co n d en sad o res o d e acu m u lad o res). E ste tip o de inverso res son los m ás u tilizad o s a ctu alm en te.
2 ) I n v e r s o r e s fu e n te d e c o r r ie n te o C S I ’s (del in g lés
“Current Source
Inverters”),
en los cu ales la e ta p a de c o n tin u a es u n a fu en te de intensi dad (en la p ráctica, un in d u cto r d e p o ten c ia ). L a u tilizació n de este tipo de in v erso res ha q u ed ad o rele g ad a a ctu alm en te al co n tro l de m otores de g ran p o te n c ia d estin ad o s a trac ció n elé ctrica . P o r ejem p lo , algunos m o d e lo s d e tre n e s de alta v e lo c id a d (A V E en E sp añ a, T G V en Francia), in co rp o ran este tip o de sistem as en los esq u em as de alim en tació n .Figura 5.2. Familias de inversores: a) fuente de corriente, b) fuente de tensión
En el p resen te cap ítu lo nos p ro p o n em o s e stu d ia r las p rin cip ale s c aracterísticas de los in v erso res fu en te de ten sió n (V S I’s), d eb id o a su m ay o r u tilizació n e im p o rtan c ia p rá c tic a (en to d o caso, el lecto r p o d rá en co n trar v ario s ejem p lo s de in v erso res C SI en el cap ítu lo 2, y a que un rec tific a d o r c o n tro lad o fu n cio n an d o en m odo in v erso r p e rten ece a e sta fam ilia).
L os V S I’s p u ed en su b d iv id irse, a su vez, en tres categ o rías en fu n ció n de la fo rm a en que tro ce an la ten sió n de en trad a, que son:
1) I n v e r s o r e s m o d u la d o s p o r a n c h o d e p u ls o (P W M ). El fu n cio n a m ien to de este tip o de in v erso res V SI es sim ila r al e stu d iad o en los c a p ítu lo s 3 y 4 para co n v erso res D C -D C , con la p a rticu la rid a d de que, en
C O N V E R S O R E S D C -A C : IN V E R SO R E S
este caso , la ten sió n que se d esea o b ten e r en la salid a no es continua, sin o sen o id al de am p litu d y frec u en c ia v ariab les.
2) I n v e r s o r e s d e o n d a c u a d r a d a , en los c u ales se ap lican ten sio n e s rec ta n g u lare s a la c arg a de am p litu d co n stan te y frecu en cia v ariab le. L a fo rm a d e o n d a altern a p resen ta una ele v ad a d isto rsió n arm ó n ica, p o r lo q u e, en o c asio n e s, se in sertan
“huecos”
(se cu e n cia s d u ran te las cu ales la te n sió n es cero ) c alcu lad o s estratég ica m en te p ara e lim in ar ciertas c o m p o n e n te s arm ó n icas de la ten sió n de salida.3 ) I n v e r s o r e s c o n c a n c e la c ió n d e te n s ió n . E ste tip o de control perm ite v a ria r la frec u en c ia y la am p litu d de la ten sió n de salid a sin u tilizar m o d u la ció n p o r an ch o de pulso. P ara ello , se in tro d u cen secu en cias en las q u e la ten sió n de salid a se an u la, de m an e ra que se p u ed e co n tro lar la a m p litu d del arm ó n ico fu n d am en tal a ctu an d o so b re la d u ració n de las se cu e n cia s en las que la ten sió n p erm an ece a cero. C abe d e stac ar que este tip o de co n tro l sólo es u tilizab le en in v erso res m on o fásico s.
Sin m ás p reá m b u lo s, ab o rd am o s y a el estu d io de in v erso res en su v ersió n m o n o fásica.
5.2. IN V E R SO R E S M O N O FÁ SIC O S
L a fig u ra 5.3 m u estra el e sq u em a de un in v erso r m o n o fásico con c arg a R L. C om o p u ed e o b se rv arse, la to p o lo g ía de la e ta p a de p o te n c ia es id én tica a la del c o n v e rso r D C -D C F u ll-B rid g e o p u en te co m p leto , cu y as c arac terística s se han e stu d ia d o en c a p ítu lo s an terio res.
L a ú n ica d ife re n c ia e strib a en la n a tu ra le za de la ten sió n que se d e sea im poner a la carg a, y a que en este caso es sen o id al de frecu en cia y am p litu d v a ria b le s (con un cie rto co n te n id o en arm ó n ico s que, com o v erem o s, v a ría en fu n ció n del tip o de co n tro l u tilizad o ), y no c o n tin u a co m o en el caso del F u ll-B rid g e.
5 .2 .1 . C o n tr o l P W M b ip o la r
E x isten d iv erso s m éto d o s p ara c o n tro lar in v erso res p o r m o d u lació n del ancho de p u lso . En la actu alid ad , gran p arte de los co n tro lad o re s son d ig itales y utilizan alg o ritm o s o ta b la s p a ra v a ria r la an ch u ra del p u lso en fu n ció n de la am p litu d y la frec u en c ia d esead as.
S IM U L A C IÓ N D E C IR C U IT O S E L E C T R Ó N IC O S D E PO TE N C IA C O N P SP IC E
En la figura 5.3 se muestra otra posibilidad para imple men tar el control PWM de un inversor, consistente en utilizar un a señal de referencia senoidal en el con trolador P W M que est udiamos para con verso res DC -D C. Ac tu an do sobre la fre cuen cia y la amplitud de la referencia modifi car emo s la tensión de salida.
Ve r K p i0
a a L " " ' ¡
0.6«s¡n(2»3.1 4 * 4 0 * tim e ) Vd¡c o1 = 1
V pico2 = - fs = 2kH ?
1 — V(%l N) C1
Figura 5.3. Esquema del inversor monofásico con control PWM
L a figura 5.3 muestra los parámetros introducidos en el menú Transient para p ro ce d er al análisis de este circuito.
C o m o pu ed e observarse, activamos el análisis de Fourier para determinar los diez prime ros armón ico s de la tensión y de la corriente de salida. La frecuencia que se t o m a co m o base para el análisis es la co rre spondiente al fundamental (40Hz). ;!IB M f r ;c; :y :í¡ ■ j lililí S f “ ;í; S Mp >r w>s¡;íñ*• ílVÍ P Enable Ftut'm
Cení^fteqLtóOi:y.: :
¿ •íp iíV a ts .. P ¡Vc7x\™'iTloI ( OK { Cancel |C O N V E R S O R E S D C -A C : IN V E R SO R E S
L a fig u ra 5.5 m u estra com o se g en eran los d isp aro s p a ra los in terru p to res del in v erso r a p a rtir d e la referen cia.
1 . 0 U -1.8Ü □ U(ABM¿i:OUT) o U(PWM1.U1:*) 1 . 0U -n t t TT ou 1 . 0 U □ U ( G 1 ) S E L » 0 y _ J l . L L L L U - U . U _ Os □ U(G2) 5ms 10ms Time 15ms 2 Otos