lección 7- inversores pwm
TRANSCRIPT
Universidadde Oviedo
Convertidores CC-CA: inversores
Electrónica de Potencia5º Curso de Ingeniería Superior Industrial
Adaptado a partir de la lección de oposición de Jose A. Villarejo: http://www.ieee-pels-spanish-chapter.org
Lección 6: Inversores PWM
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Introducción
Problemática del filtrado en inversores de onda cuadrada
VD
+
-
Carga
Filtro+
-
tiempo
VD
Frecuencia de corteFrecuencia de corte
Vn
50 150 250 350 450 Hz
atenuación
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Introducción
Problemática del filtrado en inversores de onda cuadrada
tiempo
VD
Vn
50 150 250 350 450 Hz
atenuación
Los armónicos no pueden ser eliminados por estar próximos
a la fundamental
Los armónicos no pueden ser eliminados por estar próximos
a la fundamental
Alto contenido en armónicos de baja frecuencia en la tensión de salida:
filtrado difícil
La situación se agrava si la frecuencia de salida es variable
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades
Generalidades sobre modulación:
VD
+
-
VR
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
VD
+
-
VR VD
Generalidades
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
T T T T T
tiempo
VR media
VD
VD
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD
+
-
VR
tiempo
VD
Valores medios muy aproximados
Valores medios muy aproximados
¿Pueden obtenerse señales senoidales?
Sólo valores positivos
VD>VR>0
Sólo valores positivos
VD>VR>0
VR media
VD
0
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
Modulación senoidal-triangular
TA +
TA -
A
DA+
DA -
0
VD /2
VD /2
¿Cuál cerramos?
t
TA+ si VControl>VTriangular
TA- si VControl<VTriangular
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Modulación continua-triangular
TA +
ADA+
DA -
0
VD /2
VD /2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
+ + +
- - -
El valor medio de la tensión es positivoEl valor medio de la tensión es positivo
TA -
Generalidades
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Modulación continua-triangular
TA +
ADA+
DA -
0
VD /2
VD /2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
El valor medio de la tensión es nuloEl valor medio de la tensión es nulo
TA -+ +
- - -
Generalidades
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Modulación continua-triangular
TA +
ADA+
DA -
0
VD /2
VD /2
+-
t
VControl
VA0 VD/2
-VD/2
El valor medio de la tensión es negativoEl valor medio de la tensión es negativo
TA -
- - -
+ + +
Generalidades
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
<VA0>Tt función de VControl ; VTriangular ; VD
VD/2
-VD/2
VPT
VC
TT
TT/2
T2T1 T1
VA0
T1=VC
VPT
TT
4T2=TT/2-2T1
2
1
2 1210T
T
DTtA
TTTT
T
VV
PT
CDTtA V
VVV
20 PT
CDTtA V
VVV
20
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
Modulación senoidal-triangular
VD/2
-VD/2
V A0
TT/2
T1 T2 T3
TT
VC VPT
tiempo
tiempo
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
VD/2
-VD/2
V A0
PT
CDTtA V
tVVtV
)(
2)(0
PT
CDTtA V
tVVtV
)(
2)(0
<VA0>TT
Vcontrol
Vtriangular
Modulación senoidal-triangular
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
|VPC|
|VPT|
ma<1, Sistemas modulados
Índice de modulación en amplitud (ma)
ma=|VPC|
|VPT|
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
|VPC|
|VPT|
ma<1, Sistemas modulados
ma>1, Sistemas sobremodulados
Las ecuaciones deducidas no son válidas para los sistemas sobremodulados
Las ecuaciones deducidas no son válidas para los sistemas sobremodulados
Índice de modulación en amplitud (ma)
ma=|VPC|
|VPT|
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
mf=mf>21, inversores muy moduladosft
fc
Índice de modulación en frecuencia (mf)
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
mf= mf<21, inversores poco modulados
mf>21, inversores muy moduladosft
fc
Índice de modulación en frecuencia (mf)
Deben tomarse algunas precauciones al seleccionar la frecuencia de conmutación en los inversores poco modulados
Deben tomarse algunas precauciones al seleccionar la frecuencia de conmutación en los inversores poco modulados
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
Consideraciones
VA0
Simetría impar>>>Sólo tiene términos seno impares
Simetría impar>>>Sólo tiene términos seno impares
• Señales sincronizadas
• “mf” entero-impar
• Pendientes opuestas
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Generalidades sobre modulación:
Generalidades
Consideraciones. Pendientes opuestas
0 5 10 15 20 25
0.20.40.60.8
1
0.20.40.60.8
1
0 5 10 15 20 25
(VA0)n
VD/2
(VA0)n
VD/2 armónicos
armónicos
ma=0,8 y mf=5ma=0,8 y mf=5
Menor contenido armónico a baja frecuencia. Importante para mf<9Menor contenido armónico a baja frecuencia. Importante para mf<9
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Medio puente
Inversores monofásicos
TA +
T A -
A
DA +
DA -
0
VD /2
VD /2
+-
PT
CDTtA V
tVVtV
)(
2)(0
PT
CDTtA V
tVVtV
)(
2)(0
VD=100VFrecuencia=50Hzma=0,8mf=15
tsentVTtA 8,0
2
100)(0 tsentVTtA 8,0
2
100)(0
V50V
-50V
A0
tiempo
ft=750Hz
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Medio puente
Inversores monofásicos
TA +
T A -
A
DA +
DA -
0
VD /2
VD /2
+-
VD=100VFrecuencia=50Hzma=0,8mf=15 ft=750Hz
1 15 30 45 60
102030405060
Armónicos
(VA0)n
Se encuentran en las proximidades de los múltiplos de mf.
Se encuentran en las proximidades de los múltiplos de mf.
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Medio puente
Inversores monofásicos
Tabla de contenido armónico mf >9 e impar
mf 1,242 1,150 1,006 0,818 0,601mf2 0,016 0,061 0,131 0,220 0,318mf4 0,018
4mf 1 0,163 0,157 0,008 0,105 0,0684mf3 0,012 0,070 0,132 0,115 0,0094mf5 0,034 0,084 0,1194mf7 0,017 0,050
2mf 1 0,190 0,326 0,370 0,314 0,1812mf3 0,024 0,071 0,139 0,2122mf5 0,013 0,033
3mf 0,335 0,123 0,083 0,171 0,1133mf2 0,044 0,139 0,203 0,176 0,0623mf4 0,012 0,047 0,104 0,1573mf6 0,016 0,044
1 0,2 0,4 0,6 0,8 1Fundamental
ma
h 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Medio puente
Inversores monofásicos
Sobremodulación ma>1 VD=100Vma=1,2mf=15
50
50
VA0
tiempo
Los efectos aparecen en el contenido armónico
Los efectos aparecen en el contenido armónico
1 15 30 45 60
10
30
50
Armónicos
(VA0)N
(VA0)1>VD/2(VA0)1>VD/2
Armónicos de baja frecuencia
Armónicos de baja frecuencia
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Medio puente
Inversores monofásicos
Sobremodulación ma>1
Lineal Sobremodulación Cuadrada
ma
(VA0)1
VD/2
1
4/
1 3,24
• Ecuaciones deducidas válidas
• Relación lineal entre ma y la fundamental
• El valor de la fundamental limitado a VD/2
• Ecuaciones deducidas válidas
• Relación lineal entre ma y la fundamental
• El valor de la fundamental limitado a VD/2
• Ecuaciones deducidas no son válidas
• Relación no lineal entre ma y la fundamental
• El valor de la fundamental limitado a 2VD/π
La señal cuadrada puede interpretarse como un caso extremo de sobremodulación
La señal cuadrada puede interpretarse como un caso extremo de sobremodulación
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente completo
Inversores monofásicos
TA +
TA -
A
0
VD /2
VD /2
TB +
TB -
B
VD
VAB
Control bipolar
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente completo
Inversores monofásicos
TA +
TA -
A
0
VD /2
VD /2
TB +
TB -
B
VD
VAB
Control bipolar
VD
-VD
TA+ y TB- se cierran a la vezTA+ y TB- se cierran a la vez
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente completo
Inversores monofásicos
TA +
TA -
A
0
VD /2
VD /2
TB +
TB -
B
VD
VAB
Control bipolar
VD
-VD
TA+ y TB- se cierran a la vezTA+ y TB- se cierran a la vez
TA- y TB+ se cierran a la vezTA- y TB+ se cierran a la vez
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
TA +
TA -
A
0
VD /2
VD /2
TB +
TB -
B
VD
Inversores monofásicos
VD
-VD
VAB VAB=VA0-VB0
tiempo
Tensión VAB (Control bipolar)
VD/2
-VD/2
VB0
tiempo
VD/2
-VD/2
VA0
tiempo+
+
--
+
-
Puente completo
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente completoInversores monofásicos
Tensión VAB (Control bipolar)
Señales de control: ma y mf
Todos los resultados obtenidos para el medio puente son
aplicables cambiando VD/2 por VD
Todos los resultados obtenidos para el medio puente son
aplicables cambiando VD/2 por VD
No se ha mejorado el contenido armónico
No se ha mejorado el contenido armónico
VD
-VD
VAB VAB=VA0-VB0
tiempo
VD/2
-VD/2
VB0
tiempo
VD/2
-VD/2
VA0
tiempo
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
•No necesita dos fuentes de continua
•Una sola señal de control
•No necesita dos fuentes de continua
•Una sola señal de control
•No necesita dos fuentes de continua
•Dos señales de control
•Mejora el contenido armónico
•No necesita dos fuentes de continua
•Dos señales de control
•Mejora el contenido armónico
tiempo
Modulación BipolarVAB
tiempo
VAB
Modulación Unipolar
Puente completo
Inversores monofásicos
Funcionamiento con control unipolar
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente completoInversores monofásicos
Funcionamiento con control unipolar: secuencia de disparo
tiempo
VCAVCB
VD/2
-VD/2
VD
-VD
VA0
VB0
VAB
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
tiempo
VAB
Modulación Unipolar
Se anulan los armónicos en las cercanías de la frecuencia de la triangular y sus múltiplos impares (mf, 3mf,..)
1 9 18 27
0.20.40.60.8
1
(VA0)nVD
ma=0,8mf=9
Armónicos tiempo
Modulación BipolarVAB
(VAB)nVD
1 9 18 27
0.20.40.60.81
Armónicos
ma=0,8mf=9
Funcionamiento con control unipolar: contenido armónico
Puente completoInversores monofásicos
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Inversores monofásicos
Medio puente o puente completo con control bipolar: tabla de contenido armónico mf >9 e impar
mf 1,242 1,150 1,006 0,818 0,601mf2 0,016 0,061 0,131 0,220 0,318mf4 0,018
4mf 1 0,163 0,157 0,008 0,105 0,0684mf3 0,012 0,070 0,132 0,115 0,0094mf5 0,034 0,084 0,1194mf7 0,017 0,050
2mf 1 0,190 0,326 0,370 0,314 0,1812mf3 0,024 0,071 0,139 0,2122mf5 0,013 0,033
3mf 0,335 0,123 0,083 0,171 0,1133mf2 0,044 0,139 0,203 0,176 0,0623mf4 0,012 0,047 0,104 0,1573mf6 0,016 0,044
1 0,2 0,4 0,6 0,8 1Fundamental
ma
h 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Puente completoPuente completo con control unipolar:
tabla de contenido armónico mf >9 e impar
mf 0 0 0 0 0mf2 0 0 0 0 0mf4 0
3mf 0 0 0 0 03mf2 0 0 0 0 03mf4 0 0 0 03mf6 0 0
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Inversores trifásicos
Inversor trifásico PWM
M Motores
Equipos industriales de potencias superiores a 2KW (aprox.)
-Sistemas de alimentación
-Equipos de soldadura
-etc.
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Inversor1
Inversor2
Inversor3
Inversores trifásicos
Inversor trifásico PWM
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente trifásico con modulación PWM
Inversor trifásico PWM
TA +
TA -
A0
VD /2
VD /2
TB +
TB -
B
TC +
TC -
C
Neutro
(si fuera necesario)
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente trifásico con modulación PWM
Inversor trifásico PWM
Tensión entre fases
0.8
VCA(t) VCB(t))
VA 0
VB 0
VD/2
-VD/2
VD/2
-VD/2
VD
-VD
VA B
VCC(t))
(VAB)1
tiempo
Señales de control desfasadas 120º
B=120º
VD
2ma
VB0
VD
2ma
VA0
B
VAB
2
1202 0 senVV AAB
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente trifásico con modulación PWM
Inversor trifásico PWM
Contenido armónico
1 15 30 45 60
102030405060
Armónicos
(VA0)n
Contenido armónico de un semipuete
0 15 30
0.2
0.4
0.6
0.8
1
(VAB)nVD
Armónicos
ma=0,8mf =15
( )231
×= aD
AB
mV
V
3327
Contenido armónico de la tensión entre fases
Empleando mf múltiplo de 3 se obtienen señales idénticas desfasadas 120º en cada semipuente. Como resultado los
armónicos múltiplos de 3 son eliminados
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Puente trifásico con modulación PWM
Inversor trifásico PWM
Contenido armónico de la tensión entre fases
mf 2 0,010 0,037 0,080 0,135 0,195mf4 0,005 0,0112mf1 0,116 0,200 0,227 0,192 0,1112mf5 0,008 0,0203mf2 0,027 0,085 0,124 0,108 0,0383mf4 0,007 0,029 0,064 0,0964mf1 0,100 0,096 0,005 0,064 0,0424mf5 0,021 0,051 0,0734mf7 0,010 0,030
1 0,122 0,245 0,367 0,490 0,612Fundamental
ma
h 0,2 0,4 0,6 0,8 1
mf múltiplo de 3, impar y mayor que 9
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Índice
Lección 2: Inversores PWM
Introducción
Generalidades sobre modulación
Inversores monofásicos
Medio puente
Puente completo
Control bipolar
Control unipolar
Inversor trifásico PWM
Conclusiones
Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo
Conclusiones
Conclusiones: