CAPITULO # 8

REGULACIÓN DE LA TENSIÓN EN LOS INVERSORES

OBJETIVO.- Regular la tensión y frecuencia de un inversor Conocer las formas de onda y las expresiones en series de Fourier de la tensión del

inversor

Introducción.-Normalmente cuando se emplea un inversor se desea controlar o regular la

tensión en la carga. En primer caso se puede citar a titulo de ejemplo la alimentación de una maquina de corriente alterna, donde al variar la frecuencia deberá también variar la tensión para mantener constante el flujo en el entrehierro. En segundo lugar se puede citar la alimentación de cargas críticas a partir de baterías.

Control de la Tensión por Modulación o Desfase

Dentro de este tipo de control de la tensión en los inversores tenemos: Modulación por desfase. Modulación de un solo ancho de pulso Modulación de varios anchos de pulso Modulación senoidal del ancho de pulso Modulación senoidal modificada del ancho de pulso.

Los métodos empleados para ese fin pueden ser agrupados del siguiente modo:•Control de la tensión en la entrada del inversor •Control de la tensión dentro del inversor por modulación o desfase•Control de la tensión en la salida del inversorEl control de la tensión en la salida, es raramente empleado por ser mas complicado y por generar normalmente muchos armónicos en la carga.

Modulación por desfase

Secuencia de disparo de los interruptores: S4S2, S1S2, S1S3, S4S3

Figura 8.1 Estructura del inversor

A B

Figura 8. 2 Formas de onda de la tensión

Si tensión en la carga máxima

Si tensión en la carga nula

1800

0180

Donde: ,es el ángulo de control del voltaje en la cargaLa tensión en la carga VAB, aplicando series de Fourier será:

T

n

T

n

nn

nnAB

dwtnwtEb

dwtnwtsenEa

nwtbnwtsenaV

0

0

...5,3,1...5,3,1

)cos(.2

)(.2

)cos()(

Para nuestro caso tenemos:

24)(2 2

2

nsenn

EdwtnwtsenEa n

0)cos(2 2

2

dwtnwtEb n

Para el voltaje de la fundamental tenemos:

Por lo tanto:

)().2

(4...5,3,1

nwtsennsenn

EVn

AB

Con n = 1→ senwtsenEV AB 24

1

Para el valor máximo:2

41

senEV ABMAX

Y el voltaje eficaz de la fundamental será:

224

1

senEV effAB

El voltaje eficaz en la carga se obtiene del grafico

EV

dwtEV

ABeff

ABeff

0

2

22

Tasa de distorsión armónica de la tension de carga:

1

2/11

22 )(

ABeff

ABeffABef

VVVTHD

Residuo de la armónica:

ABef

ABeffABef

VVVr

2/11

22 )(

Modulación de un solo ancho de pulso

Existe un solo pulso por cada semiciclo, el ancho de pulso se hace variar a fin de controlar el voltaje de salida del inversor.La frecuencia de la señal de referencia determina la frecuencia de la tensión de salida y al variar Ar desde 0 hasta Ap, conseguimos variar el ancho de pulso desde 0° hasta 180°.

Figura 8.3 Modulación de un solo ancho de pulso

..5,3,1

)()2

(4 nwtsennsenn

EVab

Para la evolución de armónicos:

)2/(4

nsenn

Ean , para la fundamental n=1 entonces:

MAXaasisenEa 111 .)2/(4

Ea MAX

41

Graficando en función de , obtenemos:MAX

n

aa

1

Figura 8.4 Relación de armónico

Figura 8.5 Modulación de varios anchos de pulso

Modulación de Múltiples pulsos

Utilizando varios pulsos en cada medio ciclo de voltaje de salida puede reducirse el contenido de armónicas.

La señal de referencia nos proporciona la frecuencia que tendrá la señal de salida y la frecuencia de la portadora nos determina el numero de pulsos por semiciclo, llamado también “Modulación Uniforme de Ancho de pulso”

2

1

VVM

Índice de modulación

El valor eficaz de la tensión en la carga

2

2

22

22

N

N

effc dwtENVNEV effc

La representación de la tensión en serie de Fourier:

nwtnsennsennwtsennnsennEV

N

m

N

mmm

nab cos)

2(cos

2)

2()

2(4

1 1..5,3,1

N

mmn

N

mmn

nn

nnAB

nsennnEB

sennsennnEA

nwtBnwtsenAV

1

1

...5,3,1...5,3,1

)2

(cos)2

(42

)2

(4

)cos()(

Modulación senoidal

Es posible reducir significativamente el contenido de armónicos de tensión generado por un inversor, utilizando una modulación senoidal

Figura 8.6 Modulación senoidal

La frecuencia de la señal de referencia de la señal de referencia (senoidal), define la frecuencia de salida del inversor, las señales de comando de los interruptores son establecidos por comparación de la senoide con una onda triangular.

Para el voltaje tenemos:

,...5,3,1

cosn

nnab nwtBsennwtAV

Considerando un pulso hallamos los coeficientes de la serie de Fourier:

mm

m

mmmn nnn

EsennwtdwtEa

coscos22

)2

(*2

*4 mm

mn sennsenn

nEa

mm

m

mmmn sennsennn

EnwtdwtEb

2cos2

La contribución de todos los pulsos será:

N

mmmmn nn

nEA

1coscos2

mmm

N

mn sennsenn

nEB

)(21

)2

(cos*2

*4 mm

mn nsenn

nEb

,...5,3,1

cosn

nnab nwtBsennwtAVPor tanto la series de Fourier será:

Voltaje eficaz en la carga para un solo pulso:

2

2

2

22

m

m

N

N

mabefc EdwtEV

:

N

m

mabefc EV

1

Modulación senoidal modificada

La señal portadora (triangular), se aplica en los intervalos (0,60º) y(120º a 180º), obteniéndose un pulso central de mayor anchura.

Figura 8.7 Senoidal modificada

MODULACION PWMDefiniciones y consideraciones relativas a la modulación PWM.

Índice de modulación de frecuencia mfLa serie de Fourier de la tensión de salida PWM tiene una frecuencia fundamental que es la misma que la de la señal de referencia. Las frecuencias armónicas existen en y alrededor de los múltiplos de la frecuencia de conmutación. Los valores de algunos armónicos son bastante grandes, a veces mayores que la componente fundamental. Sin embargo, como estos armónicos se encuentran en frecuencias altas, para eliminarlos puede bastar con un simple filtro pasa baja. El índice de modulación de frecuencia mf se define como la relación entre las frecuencias de las señales portadora y de referencia:

senoidal

triangular

referencia

portadoraf f

fff

m

Índice de modulación de amplitud ma.

El índice de modulación de amplitud ma se define como la relación entre las amplitudes de las señales de referencia y portadora:

triangularm

senoidalm

referenciam

portadorama V

VVV

m,

,

,

,

Si ma ≤ 1, la amplitud de la frecuencia fundamental de la tensión de salida, V1, eslinealmente proporcional a E. Es decir:

1 aV m E

De esta manera, la amplitud de la frecuencia fundamental de la salida PWM estácontrolada por ma. Esto resulta importante en el caso de una fuente de tensión continuasin regular, porque el valor de ma se puede ajustar para compensar las variaciones en latensión continúa de la fuente, produciendo una salida de amplitud constante. Por otraparte, ma se puede variar para cambiar la amplitud de salida. Si ma es mayor que uno,la amplitud de la salida aumenta al incrementarse el valor de ma, pero no de formalineal.

Inversor en semipuente con conmutación PWM

Figura 8.8

ESPECTRO ARMONICO

Modulación PWM Unipolar (puente)

Se compara una tensión triangular de alta frecuencia con una tensión senoidal defrecuencia igual a la tensión alterna que se desea obtener y con su opuesta. La tensión de salida que se obtiene gracias a esta comparación toma tres posibles valores:

u o = +E si +v sen > v tri y –v sen < v triu o = 0 si +v sen > v tri y –v sen > v triu o = -E si +v sen < v tri y –v sen > v tri

Figura 8.11 Espectro de frecuencia

Figura 8.10 Curvas

u o = +E si +v sen > v tri y –v sen < v tri, TA+ y TB- en ONu o = 0 si +v sen > v tri y –v sen > v triu o = -E si +v sen < v tri y –v sen > v tri

8.4 Modulación PWM Bipolar (puente)Se compara una tensión triangular de alta frecuencia con una tensión senoidal defrecuencia igual a la tensión alterna que se desea obtener. La tensión de salida que se obtiene gracias a esta comparación toma dos posibles valores:uo = +E si vsen > vtriuo = -E si vsen < vtri

Figura 8.12 Formas de onda de tensión

PWM con conmutación de tensión bipolar

Figura 8.13

INVERSORES TRIFASICOS

FORMAS DE ONDA PWM

ESPECTRO DE FRECUENCIA

Simulación de inversoresSimulación del inversor puente con carga RL y modulación PWM:

Figura. 8.14 Estructura de simulación

Figura 8.15 Forma de la tensión en la carga

Simulación del inversor trifásico concarga RL y modulación PWM

Figura 8.16 Estructura del inversor trifásico Carga RL

Figura 8.17 Formas de onda de corriente en la carga

Aplicación:Integrado MA828 generación PWM

Simulacion: circuitos-triangular, materias forward-puente