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• Jorge Eduardo Vargas

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Generador de Tensión Continua

,QYHUVRU

CARGA

'HILQLFLyQGHXQLQYHUVRU

Necesita Corriente Alterna

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Trujillo, F.D.; Pozo, A; Triviño, A (2011) Electrónica de Potencia.

¢&yPRFRQVLJRODVHxDOGHDOWHUQD"

Lo que queremos obtener

Lo que obtenemos

Obtengo un tren de pulsos. La forma del tren de pulsos depende del inversor 

Luego hay que aplicar un filtro OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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3DUiPHWURVGHFDOLGDGGHXQLQYHUVRU,       

Armónicos

Componente Fundamental



   ! " #  $ #   ¢4XpLQIOXHQFLDWLHQHQORVDUPyQLFRV" OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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3DUiPHWURVGHFDOLGDGGHXQLQYHUVRU,, y )DFWRUDUPyQLFR%KDUPRQLFIDFWRU   Q Dn =

vn v1

Valor eficaz

y 'LVWRUVLyQDUPyQLFDWRWDO %WRWDOKDUPRQLFGLVWRUVLRQ& 2

2

2

v2 + v3 + ... + vn + ... THD = ·100 v1 y )DFWRUGHGLVWRUVLyQ%GLVWRUVLRQIDFWRU& 1 ª § V « DF = ¨ V1 « n= 2 © n ¬ ∞

¦



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n 2

· ¸ ¹

2

º » »¼

Teniendo en cuenta el filtro

1/2

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$SOLFDFLRQHV Casi un 25% de las aplicaciones de Electrónica de Potencia son inversores.

y   %  & y  % ' & y (  ( y  $  y )*  +   y ,   

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6LVWHPDGH$OLPHQWDFLyQ,QLQWHUUXPSLGD

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6LVWHPD)RWRYROWDLFR

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&RFLQDSRULQGXFFLyQ, Crea un campo magnético que genera una corriente en un recipiente ferromagnético. Esta corriente inducida provoca calor que se traspasa al contenido del recipiente



1. Genero una corriente alterna en el cable enrollado (litz wire: reduce pérdida superficial y pérdidas por proximidad) 2. La corriente variable genera un campo magnético variable 3. El campo magnético variable induce una corriente eléctrica en un conductor (Ley de Faraday) 4. Como la olla no es un conductor perfecto, las resistencias que posee producen calor que se traspasa al contenido OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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&RFLQDSRULQGXFFLyQ,, Cuanto mayor es la frecuencia que se administra a la bobina, mayor es la corriente inducida. Necesito alta frecuencia (20-100 KHz).

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%DODVWR(OHFWUyQLFR,

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%DODVWR(OHFWUyQLFR,, Al aumentar la frecuencia, aumenta la eficiencia luminosa

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$LUH$FRQGLFLRQDGR

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&RQYHUWLGRUFRPR,QYHUVRU,

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&RQYHUWLGRUFRPR,QYHUVRU,,

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&RQYHUWLGRUFRPR,QYHUVRU,,,

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Carga

&RQYHUWLGRUFRPR,QYHUVRU,9

Necesito que la carga sea un generador de alterna que impone la frecuencia Son inversores controlados o guiados (no autónomos)

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,QYHUVRU$XWRJXLDGR ¿Y si en el lado de alterna sólo tengo un receptor de energía?

Inversor u Ondulador Autónomo o Autoguiado

El inversor Autoguiado determina: - Forma de la señal alterna - Frecuencia de la señal alterna

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,QYHUVRU Continua

Alterna

Con carga puramente resistiva, tensión y corriente están en fase

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R

$QiOLVLVGHODSRWHQFLDHQFDUJD,

Tensión Corriente

Tensión + Corriente +

Tensión Corriente -

Potencia +

Potencia +

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,QYHUVRU

RL

$QiOLVLVGHODSRWHQFLDHQFDUJD,,

"

Alterna

Continua Con carga resistiva inductiva, tensión y corriente NO están en fase



Rectificador OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

Tensión Corriente

T+ C-

T+ C+

TC+

TC-

P-

P+

P-

P+

Inversor

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$QiOLVLVGHODSRWHQFLDHQFDUJD,,, Tensión Corriente

Rectificador

T+ C-

T+ C+

TC+

TC-

P-

P+

P-

P+

Inversor

Hay que permitir camino para la corriente desde carga a la fuente de continua 

SOLUCIÓN: Diodos en paralelo con interruptores OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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&ODVLILFDFLyQGHORV,QYHUVRUHV Alimentación en continua de entrada Tensión alterna de salida

Tensión (VSI-Voltage source inverter) Corriente (CSI-Current source inverter) Monofásicos Trifásicos Medio puente

Estructura de la etapa de potencia

Puente completo Push-pull

Forma de gobierno de la estructura de potencia

Onda cuadrada (SQW) Modulación de ancho de pulso (PWM) Resonantes

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,QYHUVRUHQPHGLRSXHQWH, Q+

VE/2

VE/2

Q+

uS

on

off

on

off

on

off

off

Qon

uS Q-

VE/2 -VE/2

∗ Típicamente se emplean señales de gobierno con ciclo de trabajo del 50% y complementarias en los dos interruptores

∗ La tensión de salida es una onda cuadrada de amplitud VE/2  OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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,QYHUVRUHQPHGLRSXHQWH,, ¿Y si sólo tengo una fuente de tensión?

VE/2

Q+

VE

QVE/2

Introduzco CONDENSADORES

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,QYHUVRUSXVKSXOO uGE(Q+) N1 N2 VE

Q-

N1

uS

uGE(Q-)

uS

V E·

N2 N1

Q+

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,QYHUVRUGHSXHQWHFRPSOHWR,

M1

M3 V0

Vin iL M4

M2

Está formado por 4 interruptores: - M1, M4 controlado con señales complementarias - M2, M3 controlado con señales complementarias  OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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,QYHUVRUGHSXHQWHFRPSOHWR,, V0

M1

M3 V0

Vin

iL

iL M4

M2 iM1, iM2

iM3, iM4 

Corriente negativa OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

Trujillo, F.D.; Pozo, A; Triviño, A (2011) Electrónica de Potencia.

,QYHUVRUGHSXHQWHFRPSOHWR,,, Los MOSFET tienen el diodo parásito

Con bipolares o IGBTs es necesario añadir uno externo

No es necesario añadir otro

iM



Corriente negativa OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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,QYHUVRUGHSXHQWHFRPSOHWR,9

TB+

TA-

TB-

Alterna

Continua

TA+

Interruptores por parejas: ‰TA+ y TA

‰TB+ y TBOCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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7pFQLFDVSDUDJHQHUDUODVVHxDOHV GHFRQWURO y 3:06LPSOH

-(    Æ (     .    Æ (      y 3:0'REOH

-(    Æ (     .(   Æ (         OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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3:06LPSOH

Comparando

Señal de referencia

Señal de control (frec. interés)

La señal de pulsos controla el encendido de unos interruptores

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3:0'REOH



Tengo dos señales decontrol (frec. interés)

Con PWM Doble, la señal de salida contiene menos armónicos indeseados que con PWM Simple OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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ÌQGLFHGH0RGXODFLyQGH)UHFXHQFLD,  mf

BIPOLAR

2·mf

UNIPOLAR  OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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ÌQGLFHGH0RGXODFLyQGH)UHFXHQFLD,,  ¿Amplitud de los armónicos en PWM?

BIPOLAR

N=1 N=mf N=mf±2

Ma=1 1.00 0.60 0.32

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.71 0.82 0.92 1.01 1.08 1.15 1.20 1.24 1.27 0.27 0.22 0.17 0.13 0.09 0.06 0.03 0.02 0.00

UNIPOLAR Ma=1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 N=1 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 N=2mf±1 0.18 0.25 0.31 0.35 0.37 0.36 0.33 0.27 0.19 0.10 N=2mf±3 0.21 0.18 0,14 0.10 0.07 0.04 0.02 0.01 0.00 0.00  OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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6REUHPRGXODFLyQ

Hay que evitarlo

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3:0FRQGHVSOD]DPLHQWRGHIDVH, PWM doble es un caso particular de PWM con desplazamiento de fase

Q1

VE

Q1

Q3

Q4

off

on

off

on

off

Q2

uS Q2

on

Q3 off

on

off

on

off

on

Q4

α

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3:0FRQGHVSOD]DPLHQWRGHIDVH,,

Q1 VE

Q1

Q2

Q1

Q3

uS Q2

Q4 Q4

Q3

Q4

uS

• Se puede ajustar la amplitud de salida uS (valor medio) mediante el ángulo α • La forma de onda obtenida es más próxima a una onda senoidal: menor contenido armónico

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$QiOLVLVGHOFRQWHQLGRDUPyQLFR, Medio puente, push-pull y puente completo PWM Simple VE

Fourier

Vn ( pico ) = Vn ( pico ) =

-VE

Vn 1,4 VE 1,2

2

π

π

⋅ ³ VE ⋅ sen (n ⋅θ ) ⋅ dθ 0

2 ⋅ VE ⋅ (1 − cos(n ⋅ π )) n ⋅π

Componente fundamental:

1 0,8

V1 ( pico ) =

0,6 0,4

4 ⋅ VE

π

Elevado THD: 48%

0,2 1

3

5

7

9

n

11 13 15 17 19

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$QiOLVLVGHOFRQWHQLGRDUPyQLFR,, Puente completo con PWM con desplazamiento de fase VE

Fourier

π α

Vn ( pico ) = -VE

Vn ( pico ) =

π α 2

2

4

π

− 2 2

⋅

³V

E

⋅ cos(n ⋅θ ) ⋅ dθ

para

n = 1,3,5,...

0

§ § π α ·· 4 ⋅VE ⋅ sen ¨¨ n ⋅ ¨ − ¸ ¸¸ n ⋅π © © 2 2 ¹¹

para n = 1,3,5,...

1 0,8

er

∗ El ángulo de deslizamiento α

1

permite ajustar la componente fundamental de la tensión de salida

0,6

3

o

0

0,5

1

∗ El contenido armónico depende del ángulo α

o

5

0,2 0

er

THD

0,4

7 1,5

α

2

2,5

3

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,QYHUVRU7ULIiVLFR, Q1

vS 2

Q3

a•

•0

vS 2

D1

Q4

D3

Q5

b•

D4

a

Q6

D5

c•

D6

Q2

b

D2

c

Ahora hay 3 pares de interruptores

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,QYHUVRU7ULIiVLFR,, vT

vA

vB

vC

Comparo con 3 sinusoidales desfasadas 120º vS 2

va

vS 2

Q1

vS 2

Q3

a•

•0

vS 2

D1

Q4

D3

Q5

b•

D4

a

Q6

D5 c•

D6

Q2

vb

vS 2

vc

D2

b

c

vS

vab

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,QYHUVRUGH2QGDFXDGUDGD

VE/2

VE/2

Q+

Q-

uGE(Q+)

iS

uGE(Q-)

uS td

Es necesario incluir tiempos muertos para evitar cortocircuitos puntuales de rama debidos a los tiempos de conmutación. Se introducen circuitos lógicos específicos para garantizar el tiempo muerto.  OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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,QYHUVRU5HVRQDQWH, 2EMHWLYR"/ ' VLQXVRLGDOHV ¢3RUTXp" 0 1 $  0 1 +   (VWUDWHJLD /    $'        OCW- Universidad de Málaga http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike

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,QYHUVRU5HVRQDQWH,, La conmutación no es ideal y provoca pérdidas

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,QYHUVRU5HVRQDQWH,,, ¿Cuándo interesa un inversor resonante? Depende de la frecuencia de conmutación

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(VWUXFWXUDGHXQ,QYHUVRU5HVRQDQWH

Inversor de alta frecuencia

Tanque

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7DQTXH5HVRQDQWH Segundo Orden


  

Tercer Orden

   " /'&

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,QYHUVRUHVUHVRQDQWHV7LSRV y 6HULH

y 3DUDOHOR

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