Subido por LUIS ALFREDO SANDOVAL SALINAS

RECTIFICADOR PWM

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FIEE – UNMSM
Electrónica de Potencia
EL RECTIFICADOR
PWM
Presentado por
Luis Alfredo Sandoval
Escuela: Ingeniería Electrónica
Curso: Electrónica de Potencia
Docente: Dra. Teresa Núñez
Ciclo: 8vo
FIEE – UNMSM
Electrónica de Potencia
Tema
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Rectificador ideal
Factor de Potencia
PWM
Convertidores DC-DC
Tipos de rectificadores PWM
Control de la corriente DC
Aplicaciones
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR IDEAL
Conceptos claves
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR IDEAL
Se dice que es un rectificador ideal
cuando toda la Potencia aparente en la
entrada AC es transferida en forma de
Voltaje y corriente DC la etapa de salida
No tiene pérdidas y no almacena energía
interna
La potencia instantánea de entrada es
igual a la potencia instantanea de la
salida.
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR IDEAL
Conlleva un elemento para el
control de la potencia entregada
Así como en la entrada, en la salida
la corriente DC tiene la misma
forma de onda que el voltaje
La potencia instantánea es
independiente de la carga DC
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR IDEAL
Ecuaciones del rectificador ideal
Cuando unimos una
carga resistiva
de valor R, el voltaje y
corriente de la entrada
y
la
salida
se
relacionan
de
la
siguiente forma
(Disipador)
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𝑃
2 𝑟𝑚𝑠
= 𝑃𝑎𝑐,𝑟𝑚𝑠
(𝑉𝑟𝑚𝑠 )
(𝑉𝑎𝑐,𝑟𝑚𝑠 )2
=
𝑅
𝑅
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FACTOR DE POTENCIA
Definiciones y fórmulas
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FACTOR DE POTENCIA
Definición1: la relación entre la potencia activa y la potencia aparente
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FACTOR DE POTENCIA
Definición2:​ Da una medida de la capacidad de una carga de absorber
potencia activa
Carga Resistiva = F.P igual a 1
Capacitores e Inductores = F.P
igual a 0
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Electrónica de Potencia
MODULACIÓN POR ANCHO
DE PULSO - PWM
Definición y técnicas
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Electrónica de Potencia
PWM
HISTORIA
En el siglo XVII algunas máquinas
requerían una potencia parcial o variable
(Ej. La máquina de coser)
El control (como en el pedal de una
máquina de coser) se implementó
mediante el uso de un reóstato conectado
en serie con el motor para ajustar la
cantidad de corriente que fluye a través
del motor.
No era un método de bajo costo
También se necesitaba accionar motores
de ventiladores, bombas, servos, dimmers
etc.
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Electrónica de Potencia
PWM
Es una técnica en la que se modifica el
ciclo de trabajo de una señal periódica
(una senoidal o una cuadrada, por
ejemplo), ya sea para transmitir
información a través de un canal de
comunicaciones (modulación anlálogic
over analógic) o para
controlar la cantidad de energía que se
envía a una carga.
La potencia instantánea de entrada es
igual a la potencia instantanea de la
salida.
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Electrónica de Potencia
PWM
TIPOS DE PWM
En mayor avance de esta
modulación se da en los
inversores. Dado que muchas
aplicaciones industriales para
controlar el voltaje de salida de
los inversores se necesita :
1. Hacer frente a las variaciones
del voltaje de la entrada
2. Regular el voltaje de los
inversores
3. Satisfacer los requisitos de
control del voltaje promedio y la
frecuencia requerida
Presentado por
El método más utilizado es incorporar un
controrl por PWM para los inversores.
Entre las diversas técnicas tenemos:
-
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO ÚNICO
- MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSOS MULTIPLES
- MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SENOIDAL
- MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SENOIDAL
MODIFICADO
Luis Alfredo Sandoval
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Electrónica de Potencia
PWM
TIPOS DE PWM
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO ÚNICO
Hay un solo pulso por cada medio ciclo y
se hace variar su ancho para controlar el
voltaje promedio de salida del inversor .
Las señales de disparo se generan
comparando una señal de referencia
rectangular con una portadore triangular.
La frecuencia de la señal de referencia
determina la frecuencia fundamental del
voltaje de salida.
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Electrónica de Potencia
PWM
TIPOS DE PWM
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO ÚNICO
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PWM
TIPOS DE PWM
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO MULTIPLE
Se puede reducir el contenido de
armónicas usando varios pulsos en cada
medio ciclo del voltaje de salida.
La secuencia de trabajo se genera
comparando una señal de referencia
contra una onda portadora triangular.
También llamado UPWM
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PWM
TIPOS DE PWM
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SENOIDAL
.
Se dice que la SPWM empuja a los
armónicos a una región de alta
frecuencia entorno a la Frecuencia de
conmutación Fc y sus múltiplos mf, 2mf,
3mf
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PWM
TIPOS DE PWM
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO SENOIDAL
MODIFICADO
La técnica SPWM se puede modificar
para que se aplique la onda portadora
durante los primeros y últimos intervalos
de 60° por medio ciclo ( de 0° a 60° y de
120° a 180°)
La MSPWM aumenta la componente
fundamental, reduce aún más los
armónicos
y
las
pérdidas
de
conmutación
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CONVERTIDORES DC-DC
REGULADOR REDUCTOR
Presentado por
𝑉0 = 𝐷𝑉𝑖
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CONVERTIDORES DC-DC
REGULADOR ELEVADOR
1
𝑉0 = 𝑉𝑖
1−𝐷
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CONVERTIDORES DC-DC
REGULADOR REDUCTOR - ELEVADOR
𝐷
𝑉0 = −𝑉𝑖
(1 − 𝐷)
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR CASI IDEAL
Definiciones y fórmulas
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR CASI IDEAL
Rectificador monofásico
de onda completa
Convertidor DC-DC para
mantener aislar la carga,
y fuerza a la corriente
para que se mantenga en
fase con el voltaje y así
conservar el F.P=1
El convertidor DC-DC
fuerza a Ig y hace que
siga a Vg en fase
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Electrónica de Potencia
RECTIFICADOR CASI IDEAL
Hacer que el
índice de
modulación varíe
de manera inversa
a Ig y Vg
𝑽𝒂 = 𝒌𝑽𝑴
Donde k es ciclo
de𝑽trabajo
𝑽(𝒕)
𝒈
=
𝟏
𝑴 (𝒕)
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RECTIFICADOR CASI IDEAL
Para evitar la
distorsión cerca del
cruce por cero de
voltaje de línea, el
convertidor debe
ser capaz de
producir valores de
M(d(t)) próximos al
infinito.
Algunos
convertidores
usados son : Boost,
Buck-boost, Cuk,
SEPIC, etc.
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWMEn el boost converter el índice de
CCM Boost converter
Convertidor elevador de modo de conducción continua
y discontinua
modulación debe ser mayo que 1:
𝑴 𝒅 𝒕 >𝟏
→ 𝑽 ≥ 𝑽𝑴
Entonces en el peor caso M(d(t))=1
Y de allí empieza a variar el seno:
𝑽(𝒕)
𝟏
𝑴 𝒅 𝒕 =
=
𝑽𝒈 (𝒕) 𝑽𝑴 𝑺𝒊𝒏(𝝎𝑻)
𝟏
𝑴 𝒅 𝒕 =
𝟏 − 𝒅(𝒕)
Entonces despejando el Duty cicle:
𝑽𝒈 𝒕
𝒅(𝒕) = 𝟏 −
𝑽
Condición para trabajar en CCM
(Continous constant mode)
Familias de integrados
UC 385X (Texas Instruments)
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Electrónica de Potencia
TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
CCM Boost converter
Convertidor elevador de modo de conducción
continua
Rizado de la corriente en el inductor es
opere en CCM se requiere que
Notar que vg (t) varía con el
tiempo, entre 0 y VM. Entonces sin
vg(t)
El promedio de la forma de onda es
Para que el convertidor opere en CCM se
requiere que
En caso no se cumpla la condición
el convertidor Opera en DCM
(Discontinuos conduction mode)
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
Boost converter CCM/DCM
Se dice que el convertidor opera en DCM cuando Vg(t) es cerca de 0 y que opera en CCM
cuando Vg(t) es aproximadamente V. Modo de conducción continua y descontinua en
términos de Vg(t) e Ig(t)
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
Boost, Buck, y Buck-boost
Los convertidores del tipo buck-boost, SEPIC y Cuk
, cuando se operan en bucle abierto(sin realimentación) en DCM, se
comportan intrínsecamente como
resistencias sin pérdidas. Esto sugiere que también podrían usarse como
rectificadores casi ideales, sin necesidad de un controlador multiplicador.
Ventajas: Simple
Desventajas: Altos picos de corriente y EMI
El tipo Boost V>>Vg por lo que se usa mucho en los Near-ideal rectifier
(Se restrigen estas aplicaciones para potencias menos que 200W )
El Boost converter también puede operar en DCM siempre que cumpla con
esta característica:
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
Boost, Buck, y Buck-boost
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
DCM Flyback converter
Cuando se analiza a profundidad este tipo de convertidor se llega a que la
𝟐 ∗ 𝒏𝟐 ∗ 𝑳
𝑹𝒆 = 𝟐
𝑫 ∗ 𝑻𝒔
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
DCM Flyback converter
Bajo condiciones de estado estable opera con D=cte
Se controla la potencia extraída de la etapa AC ajustando el valor de D
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Electrónica de Potencia
TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
DCM Flyback converter
Si escogemos un valor de L
pequeño de modo que opere
en DCM, d3>0
𝒅𝟐 (𝒕) < 𝟏 − 𝑫
𝑽𝒈 𝒕
𝒅𝟐 𝒕 = 𝑫 ∗
𝒏𝑽
Igualando ambas expresiones
se llega a que para que
pueda operar en DCM tiene
que cumplir :
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TIPOS DE RECTIFICADORES PWM
DCM Flyback converter
Si queremos operar siempre en DCM se
puede hacer lo siguiente :
Sustituyendo Re obtenemos lo
siguiente:
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Despejando para L obtenemos que:
Para variaciones de carga y Vin, el
peor de los casos ocurre cuando una
carga llega a la máxima potencia y
entrada de CA mínima voltaje. La
inductancia
debe elegirse de la siguiente:
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CONTORL DE LA CORRIENTE DC
Control de corriente para frecuencias bajas
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APLICACIONES
Microturbinas
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Electrónica de Potencia
APLICACIONES
Pilas de combustible
Las pilas de combustible se diferencian de
las baterías en que estas pueden ser
alimentadas constantemente del
combustible/químico/reactivo
Las baterías tienen una cantidad limitada de
reactivos
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Esto fue: EL RECTIFICADOR PWM
Gracias!
Presentado por
Luis Alfredo Sandoval
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Curso: Electrónica de Potencia
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