Presenta: Ing. Luis Antonio Mier Quiroga

Asesor: M. en C. Javier Conde Enríquez

Introducción• La demanda mundial de energía eléctrica se incrementa

considerablemente día a día, la cual es proporcionada principalmente por restos fósiles y plantas de energía eléctrica nuclear.

• Un pequeño porcentaje de la energía generada proviene de plantas con tecnología de energía renovable como son plantas basadas en el aprovechamiento de la biomasa, plantas eólicas, termoeléctricas solares, eléctricas solares, etc.

• Debido al acelerado avance tecnológico, han disminuido los costos de inversión para poder generar energía eléctrica mediante fuentes alternas lo cual ha generado interés por el desarrollo tecnológico de fuentes de energía renovables o alternas.

• Sea cual sea la fuente de energía es necesario una etapa de almacenamiento de dicha energía.

• Inversor : circuito encargado de llevar cabo la transformación de voltaje de corriente directa en voltaje de corriente alterna.

• Topologías : * multinivel* resonantes * configuración puente

La tensión alterna debe cumplir con las características requeridas, frecuencia, magnitud de voltaje, distorsión armónica etc. además debe de mantenerse constante

En un inversor, el lazo de retroalimentación genera que el voltaje de salida siga un voltaje senoidal de referencia.

Para el diseño de este tipo de sistemas es necesario un modelo dinámico que nos refleje el comportamiento del convertidor conmutado para así realizar el diseño de la etapa de control.

INVERSORES BASADOS EN CONVERTIDORES BIDIRECCIONALES

• Los inversores monofásicos basados en los convertidores buck, boost y buck-boost tienen el mismo principio de funcionamiento, que consiste en conectar la carga de forma diferencial entre la salida de dos convertidores iguales, pero trabajando con ciclos de trabajo complementarios.

0 1 2 3 4 5 6 70

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Vo1

Vo2

)(1 wtAsenVVo off )(2 wtAsenVVo off

0 1 2 3 4 5 6 7-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

)(2

))(()(21

wtAsenVo

wtAsenVwtAsenVVoVoVo offoff

Time

100ms 105ms 110ms 115ms 120ms 125msV(6) V(26)

0V

100V

200V

INVERSOR BUCK

Vd(t)

Q1

Q2

Q3

Q4

L1 L2

C2C1

RL

D1

D4

D3

D2

Time

100ms 105ms 110ms 115ms 120ms 125msV(6)- V(26)

-200V

0V

200V

INVERSOR BOOST

D2Vd(t)

Q2

D3

D4

RL

D1Q1

L2L1

Q4

Q3

C2C1

Time

36.0ms 40.0ms 44.0ms 48.0ms 52.0ms 56.0ms 60.0ms 64.0ms32.9ms 66.9msV(22) V(6)

100V

200V

300V

Time

36.00ms 40.00ms 44.00ms 48.00ms 52.00ms 56.00ms 60.00ms 64.00ms33.68msV(6)- V(22)

-100V

0V

100V

-164V

174V

Time

292.0ms 296.0ms 300.0ms 304.0ms 308.0ms 312.0ms 316.0ms 320.0ms288.9ms 323.0msV(8) V(16)

-160V

-120V

-80V

-40V

-0V

-180V

INVERSOR BUCK-BOOST

RL

L2

Q1 Q3

L1

C2

D3D1

Q4

C1

D2Q2

D4

Vd(t)

Time

282ms 284ms 286ms 288ms 290ms 292ms 294ms 296ms 298ms 300ms 302ms 304ms 306ms 308msV(8)- V(16)

-100V

0V

100V

-183V

180V

ANÁLISIS PROMEDIO ESPACIO-ESTADO

• Es una forma de describir las ecuaciones diferenciales que muestran el comportamiento de un sistema.• Las variables de estado físicas de un sistema son usualmente el almacenamiento de energía, como la

corriente independiente del inductor y el voltaje independiente del capacitor para el caso de un convertidor.

u(t) E x(t)C y(t)

u(t) B A x(t) dt

dx(t)K

vector de estado x(t): las corrientes de inductores, voltajes de capacitores, etc.

vector de entrada u(t) : las entradas independientes al sistema, como el voltaje de alimentación de entrada.

K : matriz que contiene los valores de capacitancia, inductancia, etc.

A, B,C y E contienen constantes de proporcionalidad

y(t), es el vector de salida

v(t)

(t)ix(t) L

(t)vu(t) d (t)iy(t) d

• Durante el primer subintervalo, el convertidor se reduce a un circuito lineal que pude ser descrito por las siguientes ecuaciones de estado:

Durante el segundo subintervalo, el convertidor se reduce a un circuito lineal con las siguientes ecuaciones de estado:

u(t) E x(t)C y(t)

u(t) B x(t)A dt

dx(t)K

11

11

u(t)E x(t)C y(t)

u(t)B x(t)A dt

dx(t)K

22

22

A = D A1 + D' A2B = D B1 + D' B2C = D C1 + D' C2E = D E1 + D' E2

FUNCIONES DE TRANSFERENCIA OBTENIDAS

• BUCK

2222 '

)()'(

'

)(')(

DsR

LLCs

sdsLIvD

DsR

LLCs

svDsv Ld

22 '

)'(

)(

)(

DsR

LLCs

sLIvD

sd

sv L

• BOOST

• BUCK-BOOST

2222 '

)()(

'

)(')(

DsR

LLCs

sdLsIvVd

DsR

LLCs

svDDsv Ld

22 '

)(

)(

)(

DsR

LLCs

LsIvVd

sd

sv L

1

)(

1

)()(

22

sR

LLCs

Vdsd

sR

LLCs

svDsv d

1)(

)(

2

sR

LLCs

Vd

sd

sv

11)(2 2

sR

LLCs

Vd

sd

vO

22 '

)'(

1)(2

)(

DsR

LLCs

sLIvD

sd

sv LO

22 '

)(

)(21

)(

DsR

LLCs

LsIvVd

sd

sv LO

RESULTADOSINVERSOR BUCK

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.09 4.19 6.28 8.37 10.47 12.56 14.65

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.08 4.17 6.25 8.34 10.42 12.51 14.59

RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.08 4.16 6.24 8.32 10.4 12.48 14.56

RESULTADOSINVERSOR BOOST

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.06 4.12 6.18 8.24 10.3 12.36 14.42

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA

Current

mSec

Amps0

1

2

-1

-2

. 2.06 4.12 6.18 8.24 10.3 12.36 14.42

RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.09 4.17 6.26 8.35 10.43 12.52 14.61

RESULTADOSINVERSOR BUCK-BOOST

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA

Current

mSec

Amps  1Ø0

1

2

-1

-2

. 2.14 4.28 6.42 8.56 10.7 12.84 14.98

RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA

Current

mSec

Amps0

1

2

-1

-2

. 2.13 4.25 6.38 8.51 10.63 12.76 14.88

RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA

Current

mSec

Amps0

1

2

-1

-2

. 2.13 4.25 6.38 8.51 10.64 12.76 14.89

CONCLUSIONES• Fue posible con un solo circuito elevar el voltaje de tensión directa de entrada y a la vez producir un

voltaje de forma senoidal con una distorsión armónica adecuada para diversas cargas domésticas.

• Para los inversores estudiados, la distorsión armónica total del voltaje de salida resultó casi ideal para el caso de cargas resistivas, pero se vio afectada e incrementó debido cargas no lineales, ya que tienden a introducir aun más distorsión al voltaje. Sin embargo se concluye que los inversores con este tipo de topologías tienen un buen funcionamiento y que pueden ser fácilmente usados en sistemas alternos de energía o fuentes de energía ininterrumpibles.

• La distorsión armónica es un aspecto muy importante que marcará la calidad de energía de un sistema eléctrico y electrónico, por lo que en cualquier inversor será una variable en la cual se debe tener una atención especial,

• El análisis promedio espacio-estado es una herramienta muy útil para determinar el comportamiento dinámico de un convertidor c.d.-c.d

. • Las funciones de transferencia de los inversores buck, boost y buck-boost, ayudarán a determinar el

tipo de control, así como la sintonización del mismo para modificar y lograr el comportamiento deseado de los inversores.

CONCLUSIONES• El inversor buck es el indicado en sistemas donde se requiere potencia

considerable en la carga, tomando en cuenta que se debe tener un voltaje de entrada de magnitud considerable, por lo que puede formar parte de sistemas alternos de generación de energía eléctrica.

• El inversor boost es el adecuado en sistemas de energía ininterrumpibles de baja potencia y por lo tanto económicos, ya que debido a su característica elevadora se disminuye la magnitud de la corriente de la cual se puede disponer para la carga, es decir, al almacenar energía en una batería, por ejemplo de 12V o 24V, es posible, mediante dicho inversor, obtener voltaje alterno con características adecuadas para cargas domésticas de baja consumo de potencia.

• El inversor buck-boost puede ser sustituido fácilmente por el inversor boost en cualquier aplicación, ya que con ambos se puede elevar y generar el mismo tipo de voltaje alterno, con la diferencia de que el sistema de control de disparo de los interruptores del inversor buck-boost es un tanto mas grande y complicado debido al aislamiento de etapas requerido.