E Q U I P O 5

CICLOCONVERTIDORES TRIFÁSICOS CON MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO

(PWM)

CICLOCONVERTIDOR

• ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN,

LA CORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA

UNA FUENTE DE ALTERNA A UNA CARGA DE

ALTERNA.

Frec. y amplitud

regulables

RED

(1 O 3SALIDA

(1 ó 3)

P

(flujo bidireccional de

potencia)

• La principal aplicación se da en el control a baja

velocidad de grandes motores de C.A. donde se

varia la amplitud de la tensión proporcionalmente

a la frecuencia.

• Una ventaja es que reside en su funcionamiento

con bloqueo de tiristores de forma natural.

• La mayor parte de los cicloconvertidores son de

conmutación natural, esto es la entrada en

conducción de un tiristor debe provocar

automáticamente el bloqueo del que ha entrado

anteriormente.

• Si se está en semiciclo positivo de corriente, este

bloqueo natural exige que el voltaje que se

conecta sea mas positivo o menos negativo que el

voltaje antes conectado.

• Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo,

los tiristores que entran sucesivamente en

conducción son los del rectificador negativo.

• Limitaciones :

La frecuencia que pueden suministrar en la salida es

aproximadamente inferior en un tercio a la

frecuencia de entrada.

• Un cicloconvertidor trifásico es un arreglo de 3

cicloconvertidores monofásicos para que sus

forma de onda de salida estén desfasadas 120°.

MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO

• Controlar la magnitud y frecuencia de la señal de

salida mediante la modulación del ancho del pulso

de interruptores.

• Para ello existen varios esquemas que se encargan

de producir voltajes de C.A con formas de onda

senoidal y bajo contenido de armónicos.

DIAGRAMA ESQUEMÁTICO

Los dos

convertidores de CA a CD

son rectificadores

controlados trifásicos. El

convertidor positivo opera

durante la mitad del

periodo de la frecuencia

de salida y el convertidor

negativo durante la otra

mitad. Figura (1) Ciclo

convertidor trifásico a

monofásico

Este ciclo convertidor se puede extender para

suministrar una salida trifásica mediante 6 convertidores

trifásicos, tal y como se muestra en la figura.

FUNCIONAMIENTO SIN CORRIENTE DE CIRCULACIÓN.

En todo momento haya un convertidor conduciendo y el otro bloqueado, conduciendo cada uno de ellos de forma alternativa un semiciclo de la intensidad de la carga. Por tanto si la corriente en la carga es positiva funciona el rectificador P, mientras que el rectificador N queda bloqueado, lo cual hace que no pueda circular por sus tiristores ninguna corriente, a este tipo de ciclo conversor se le conoce como ciclo conversor con impulsos de bloqueo. Un cicloconvertidor trifásico es el arreglo de tres cicloconvertidores monofásicos para que sus formas de onda de salida estén desfasadas en 120.

MODO DE FUNCIONAMIENTO CON CORRIENTE CIRCULANTE

En este caso los convertidores individuales conducen a

la vez y entre ellos se establece una intensidad de

circulación que es limitada por una bobina colocada a

tal efecto

MODELO MATEMÁTICO

• Para la ecuación del voltaje de salida rms :

• Para la corriente rms de la carga tenemos

que:

• Donde y

• Para: ω = 2πf0

21

02

21

senVV s

Z

VI 0

0

21

22 LRZ

R

L 1tan

• La corriente rms a través de cada convertidor esta

dada por:

• La corriente rms a través de cada tiristor es:

• La corriente rms de entrada es

2

0III NP

2

PR

II

0II s

• Para el factor de potencia de entrada es:

• La potencia de salida se obtiene mediante:

21

00

2

21cos

cos

sen

V

V

IV

PPF

SSS

cos000 IVP

EJEMPLO NUMÉRICO

El voltaje de entrada entre fases al cicloconvertidor trifásico/monofásico es de Vs=220v 60Hz la R=2.5KΩ, L=10mH, la frecuencia deseada es de fo=15Hz. determine:

a) El valor del voltaje rms de salida b) La corriente rms de la carga (salida) c) La corriente rms a través de cada convertidor d) La corriente rms a través de cada tiristor e) La corriente rms de entrada f) La potencia de salida g) El factor de potencia de entrada

21

02

21

senVV s

VV

sen

VV rms

32.197

2

6

)2(2

6

21220

0

21

0

SOLUCIÓN:

a) El valor del voltaje rms de salida

b) La corriente rms de la carga (salida) tenemos que

Donde:

seg

radHzf 247.941522 0

671.2)10)(/247.94(5.2 21

2221

22 mHsegradLRZ

AV

Z

VI 87.73

671.2

32.19700

c) La corriente rms a través de cada

convertidor es:

d) La corriente rms a través de cada

tiristor:

e) La corriente rms de entrada es:

AI

II NP 23.522

0

AAI

I PR 93.36

2

23.52

2

AII s 87.730

f) Para calcular la potencia de salida

Donde:

65.20

5.2

10/247.94tantan 11 mHsegrad

R

L

KWAVIVP 63.13)65.20cos(87.7332.197cos000

DISEÑO DE UNA PRÁCTICA FORMAS DE ONDA DE UN CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO

• OBJETIVO: • Observar las formas de onda del voltaje de salida y de

entrada de un cicloconvertidor trifásico.

• MATERIAL Y EQUIPO: • 12 tiristores o 2 convertidores .

• Una carga resistiva de 2 Ω.

• Una carga inductiva de 3mH.

• 1 osciloscopio.

• 1 transformador trifásico.

DESARROLLO

1. Armar el

circuito de la

siguiente

figura:

DESARROLLO

2. Energice el circuito y observe el voltaje de entrada, compárelo con el de la simulación y anote sus conclusiones.

3. Observe el voltaje de salida, compárelo con el de la simulación y anote sus conclusiones.

4. Calcule los parámetros anteriores que se calcularon teóricamente.

• A) El valor del voltaje RMS de salida. • B) La corriente RMS de la carga (salida). • C) La corriente RMS a través de cada convertidor. • D) La corriente RMS a través de cada tiristor. • E) La corriente RMS de entada. • F) La Potencia de Salida. • G) El factor de Potencia de Entrada.

CÁLCULO DE PARÁMETROS

A) El valor del voltaje RMS de salida:

VV

Sen

V

SenVV

o

o

so

85.84

2

4

22

4

21120

2

21

2

1

2

1

CÁLCULO DE PARÁMETROS

B) La corriente RMS de la carga:

srad

f

/66.125

20*2

2 0

03.2

)3*66.125(2

)(

2/122

2/122

Z

mHZ

LRZ

AI

I

o

o

43.42

03.2

85.84

CÁLCULO DE PARÁMETROS

C) La corriente RMS a través de cada

convertidor:

D) La corriente RMS a través de cada tiristor:

AIp

IoInIp

30

2

AIp

Ir 21.212

30

2

CÁLCULO DE PARÁMETROS

E) La corriente RMS de entada:

F) La Potencia de Salida:

AIoIs 434.42

67.10

)1884.0(

2

3*66.125

1

1

1

Tan

mHTan

R

LTan

KWP

CosP

CosIVP

o

o

Ooo

53793.3

)67.10(*43.42*85.84

CÁLCULO DE PARÁMETROS

G) El factor de Potencia de Entrada:

6948.

43.42*120(

93.3537

2

212/1

PF

PF

IV

PPF

SenCos

V

CosV

IV

PPF

Ss

o

s

o

Ss

o

SIMULACIÓN

• Programa en Spice • Van 1 0 sin (0 120V 60Hz) • Vbn 3 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 120DEG) • Vcn 2 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 240DEG) • Vg1 6 4 pulse (0V 10V 2.778ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg2 7 4 pulse (0V 10V 8.334ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg3 8 4 pulse (0V 10V 13.889ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg4 9 1 pulse (0V 10V 11.111ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg5 10 2 pulse (0V 10V 1us 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg6 11 3 pulse (0V 10V 5.556ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg7 12 3 pulse (0V 10V 22.213ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg8 13 2 pulse (0V 10V 16.667ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg9 14 1 pulse (0V 10V 27.772ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg10 15 5 pulse (0V 10V 30.55ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg11 16 5 pulse (0V 10V 24.994ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg12 17 5 pulse (0V 10V 19.438ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • RL 4 18 2 • L 18 5 3MH

SIMULACIÓN

XT1 1 4 6 4 SCR XT2 2 4 7 4 SCR XT3 3 4 8 4 SCR XT4 5 1 9 1 SCR XT5 5 2 10 2 SCR XT6 5 3 11 3 SCR XT7 4 3 12 3 SCR XT8 4 2 13 2 SCR XT9 4 1 14 1 SCR XT10 3 5 15 5 SCR XT11 2 5 16 5 SCR XT12 1 5 17 5 SCR .SUBCKT SCR 1 2 3 8 SI 1 5 6 2 SMOD RG 3 4 50 RC 2 8 0.01 VX 4 2 DC 0V VY 5 7 DC 0V DT 7 2 DMOD RT 6 2 1 CT 6 2 10UF F1 2 6 POLY (2) VX VY 0 50 11 .MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.0125 ROFF=10E+5 VON=0.5V

VOFF=0V) .MODEL DMOD D(IS=2.2E-15 BV=1800V TT=0) .ENDS .TRAN 10US 100MS .PROBE .END

GRÁFICAS EN SPICE

BIBLIOGRAFÍA

Título del libro: Electrónica de potencia, circuitos,

dispositivos y aplicaciones.

Autor: Muhammad H. Rashid.

Edición: 3ª

Editorial: Prentice Hall

México D.F 2004

Capítulo 5, páginas 207-231