Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo Índice Inversores PWM Introducción ...

Área de Tecnología Electrónica - Universidad de Oviedo

Índice

Inversores PWM

Introducción

Generalidades sobre modulación

Inversores monofásicos

Medio puente

Puente completo

Control bipolar

Control unipolar

Inversor trifásico PWM


Índice

Lección 2: Inversores PWM

Introducción



Medio puente

Puente completo

Control bipolar

Control unipolar



Generalidades

Generalidades sobre modulación:

VD

+

-

VR



VD

+

-

VR VD

Generalidades



Generalidades

VD

+

-

VR

T

VD



Generalidades

VD

+

-

VR

T T

VD



Generalidades

VD

+

-

VR

T T T

VD



Generalidades

VD

+

-

VR

T T T T

VD



Generalidades

VD

+

-

VR

T T T T T

tiempo

VR media

VD

VD



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



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



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




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




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



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



Generalidades


VD/2

-VD/2

V A0

TT/2

T1 T2 T3

TT

VC VPT

tiempo

tiempo



Generalidades

VD/2

-VD/2

V A0

PT

CDTtA V

tVVtV

)(

2)(0

PT

CDTtA V

tVVtV

)(

2)(0

<VA0>TT

Vcontrol

Vtriangular




Generalidades

|VPC|

|VPT|

ma<1, Sistemas modulados

Índice de modulación en amplitud (ma)

ma=|VPC|

|VPT|



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|



Generalidades

mf=mf>21, inversores muy moduladosft

fc

Índice de modulación en frecuencia (mf)



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



Generalidades

Consideraciones

VA0

Simetría impar>>>Sólo tiene términos seno impares

Simetría impar>>>Sólo tiene términos seno impares

• Señales sincronizadas

• “mf” entero-impar

• Pendientes opuestas



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


Índice


Introducción



Medio puente

Puente completo

Control bipolar

Control unipolar



Medio puente


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


Medio puente


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.


Medio puente


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


Medio puente


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


Medio puente


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


Índice


Introducción



Medio puente

Puente completo

Control bipolar

Control unipolar



Puente completo


TA +

TA -

A

0

VD /2

VD /2

TB +

TB -

B

VD

VAB

Control bipolar


Puente completo


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


Puente completo


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


TA +

TA -

A

0

VD /2

VD /2

TB +

TB -

B

VD


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


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


•No necesita dos fuentes de continua

•Una sola señal de control


•Una sola señal de control


•Dos señales de control

•Mejora el contenido armónico


•Dos señales de control

•Mejora el contenido armónico

tiempo

Modulación BipolarVAB

tiempo

VAB

Modulación Unipolar

Puente completo


Funcionamiento con control unipolar



Funcionamiento con control unipolar: secuencia de disparo

tiempo

VCAVCB

VD/2

-VD/2

VD

-VD

VA0

VB0

VAB


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




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


Índice

Inversores PWM

Introducción



Medio puente

Puente completo

Control bipolar

Control unipolar



Inversores trifásicos


M Motores

Equipos industriales de potencias superiores a 2KW (aprox.)

-Sistemas de alimentación

-Equipos de soldadura

-etc.


Inversor1

Inversor2

Inversor3

Inversores trifásicos



Puente trifásico con modulación PWM


TA +

TA -

A0

VD /2

VD /2

TB +

TB -

B

TC +

TC -

C

Neutro

(si fuera necesario)




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




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




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

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