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• Arturo Carlos

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA ELECTRONICA DE POTENCIA CURSO: 203039A_360

FASE 4

JONATHAN PEREZ BARON CODIGO: 1023000900 TUTOR: JAIRO LUIS GUTIERREZ

MAYO 2017

DISEÑO DE UN INVERSOR MONOFÁSICO El principal objetivo de un inversor es el de permitir la conversión de potencia de corriente continua en potencia de corriente alterna, que puede tener frecuencia variable, con el fin de alimentar cargas que requieren una señal alterna, como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Diagrama de bloques del inversor propuesto.

la estructura propuesta para este inversor se basa en tres bloques funcionales: el bloque de potencia, el de transformación y el de control, los permiten realizar todo el proceso de conversión eléctrica. Las especificaciones del diseño son las siguientes:  Voltaje DC de entrada 12V.  Voltaje AC de salida 120V a 60 Hz (con transformador elevador).  Potencia de salida 150W. Bloque de potencia Es el corazón del sistema y su objetivo es el de generar una señal cuadrada bipolar a partir de la señal continua entregada por la fuente de alimentación. En la práctica este bloque se puede considerar como una matriz de interruptores electrónicos los cuales, al ser activados adecuadamente, permiten invertir el flujo de corriente a través de la carga; de esta manera se obtienen los dos semiciclos de la señal

cuadrada, cuya amplitud sería igual al valor de la fuente CC si no existieran pérdidas en el circuito. La figura 2 muestra la arquitectura de esta etapa.

Figura 2. Bloque de potencia. En el circuito de la figura 2 los transistores conmutan por parejas: T1 y T4 permiten generar el semiciclo positivo de la señal alterna de salida, mientras que T2 y T3 se activarán para inducir el semiciclo negativo. Para una correcta operación será necesario que el bloque de control genere dos señales desfasadas 180º entre sí, señal 1 y señal 2 en la figura 2, las cuales harán conmutar los transistores de potencia a la velocidad requerida. En el caso de cargas con componente inductiva es posible que se presenten problemas de conmutación de los transistores debido a la corriente reactiva que fluye por ellas. Además, si la inductancia es muy elevada, se presentarán transitorios que pueden deteriorar el funcionamiento de los semiconductores de potencia. Para minimizar estos inconvenientes se opta por conectar diodos en antiparalelo con los transistores, D1 a D4 en la figura 2, los cuales redireccionan la corriente reactiva hacia la batería, o fuente CC, permitiendo mantener una corriente constante sobre ella, y previniendo a la vez el calentamiento de los transistores. Existen varios dispositivos que pueden emplearse como interruptores de potencia: el SCR, el BJT y el MOSFET de potencia son algunos de ellos. En este caso se optó por utilizar transistores de compuerta

aislada, IGBTs, los cuales son muy populares en la actualidad para aplicaciones de media y alta potencia. Bloque de control Es el encargado de generar las dos señales que gobiernan la activación y desactivación de los transistores de potencia, función que puede ser cumplida por un simple circuito oscilador de onda cuadrada (PWM). Para facilitar el diseño del inversor se realizó un control de lazo abierto, esto quiere decir que el voltaje de salida se gradua manualmente mediante un potenciómetro que varía el ancho de pulso del PWM. Bloque transformador Este bloque se encarga de llevar la señal alterna generada por el bloque de potencia a la amplitud requerida por la carga que se quiere alimentar. Esta función la cumple un transformador elevador. Resultados de la simulación La simulación del circuito se realizó mediante el software PSIM, el cual permite de manera intuitiva y sencilla la configuración de los parámetros del circuito. La figura 3 muestra el circuito implementado. El circuito de control emplea dos amplificadores operacionales los cuales comparan una señal senoidal con una señal triangular (portadora) y de está manera realizan la modulación. A la salida de estos amplificadores se colocan dos inversores para desfasar las señales 180º entre sí. La figura 4 muestra las señales de los PWM las cuales activan los transistores, en tanto que la figura 5 muestra las formas de onda en el primario y secundario del transformador. Es de notar que esta señal tiene una amplitud de 120V AC pero no es senoidal, para lograr esto debe realizarse el diseño de un filtro RLC. La figura 6 muestra la señal senoidal obtenida al aplicar el filtro a la salida del inversor.

Figura 3. Circuito

implemenatado en PSIM.

Figura 4. Señales de PWM.

Figura 5. Señales en el primario y secundario del transformador.

Figura 6. Señal senoidal generada al filtrar la señal de salida. LINK VIDEO

https://www.youtube.com/watch?v=MYDyVFoMM_4&feature=youtu.be