Sistemas electrónicos Tema 4: Inversores Iñigo Kortabarria y Eduardo Zabala Departamento de Tecnologı́a Electrónica Universidad del Paı́s Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 1 / 12 Índice 1 Introducción 2 Principio de funcionamiento de los inversores 3 Control de los inversores Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 2 / 12 Índice 1 Introducción 2 Principio de funcionamiento de los inversores 3 Control de los inversores Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 3 / 12 Introducción T Convierten una tensión de entrada continua en una tensión de salida senoidal con frecuencia y amplitud variables. La energı́a fluye del lado de continua hacia una carga monofásica o trifásica en el lado de alterna. Normalmente, los dispositivos semiconductores más utilizados en estos convertidores son los MOSFETs e IGBTs. APLICACIONES: Sistemas de Alimentación Ininterrumpida, Drives de motores AC, etc. Energía Vin Sistemas electrónicos (503912) DC/AC Vout Tema 4: Inversores 4 / 12 Introducción T Convierten una tensión de entrada continua en una tensión de salida senoidal con frecuencia y amplitud variables. La energı́a fluye del lado de continua hacia una carga monofásica o trifásica en el lado de alterna. Normalmente, los dispositivos semiconductores más utilizados en estos convertidores son los MOSFETs e IGBTs. APLICACIONES: Sistemas de Alimentación Ininterrumpida, Drives de motores AC, etc. Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 4 / 12 Índice 1 Introducción 2 Principio de funcionamiento de los inversores 3 Control de los inversores Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 5 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc Se compone de una sola rama. Es un inversor monofásico. t S1 La activación de los dispositivos es complementaria. ON Los dos dispositivos de una misma rama no pueden estar activados a la vez (cortocircuito). OFF ON OFF ON t S2 OFF ON OFF ON OFF t S1 Vdc C A S2 Sistemas electrónicos (503912) No puede generar tensiones negativas VA Tema 4: Inversores 6 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc Se compone de una sola rama. Es un inversor monofásico. t S1 La activación de los dispositivos es complementaria. ON Los dos dispositivos de una misma rama no pueden estar activados a la vez (cortocircuito). OFF ON OFF ON t S2 OFF ON OFF ON OFF t i S1 Vdc C A S2 Sistemas electrónicos (503912) No puede generar tensiones negativas VA Tema 4: Inversores 6 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 S1 ON C1 Vdc VA C2 ON OFF ON t S2 S1 Vdc/2 OFF A OFF ON OFF ON OFF t Vdc/2 Sistemas electrónicos (503912) S2 Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. iLOAD C1 S1 VA Vdc t A C2 L R S2 S1 ON t S2 OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. Sobretensión generada por la inductancia iLOAD C1 S1 VA Vdc t A C2 L R S2 S1 ON No hay camino para la libre circulación de la corriente OFF ON OFF ON t S2 OFF ON OFF ON OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 iLOAD C1 S1 VA Vdc D1 t A C2 L R S2 D1 D2 S1 ON t S2 OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 iLOAD C1 S1 VA Vdc D1 t A C2 L R S2 D1 D2 S1 S1 ON t S2 OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 iLOAD C1 S1 VA Vdc D1 t A C2 L R S2 D1 D2 S1 D2 S1 ON OFF t S2 OFF ON t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 iLOAD C1 S1 VA Vdc D1 t A C2 L R S2 D1 D2 S1 D2 S2 S1 ON OFF t S2 OFF ON t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en medio puente Vdc/2 Genera tensiones positivas y negativas. La amplitud de la tensión AC generada es Vdc /2. La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. t -Vdc/2 iLOAD C1 S1 VA Vdc D1 t A C2 L R S2 D1 D2 S1 D2 S2 D1 S1 D2 S2 D1 S1 ON OFF ON ON t S2 OFF ON OFF ON OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 7 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores Inversor en puente completo T vAB Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t -Vdc S1,S4 ON OFF ON OFF ON t S2,S3 OFF S1 Vdc C D1 A S2 S3 VAB D2 Sistemas electrónicos (503912) D3 ON OFF ON OFF t B S4 D4 Tema 4: Inversores 8 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en puente completo Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. -Vdc iLOAD El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t S1 Vdc D1 S3 D3 L C A B D1 D4 S1,S4 VAB ON R S2 D2 S4 D4 t S2,S3 OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 8 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en puente completo Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. -Vdc iLOAD El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t S1 Vdc D1 S3 D3 L C A B D1 D4 S1,S4 VAB ON R S2 D2 S4 S1 S4 D4 t S2,S3 OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 8 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en puente completo Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. -Vdc iLOAD El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t S1 Vdc D1 S3 D3 L C A B D1 D4 D2 S4 D2 D3 S1,S4 VAB ON R S2 S1 S4 D4 OFF t S2,S3 OFF ON t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 8 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en puente completo Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. -Vdc iLOAD El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t S1 Vdc D1 S3 D3 L C A B D1 D4 D2 S4 D2 D3 S2 S3 S1,S4 VAB ON R S2 S1 S4 D4 OFF t S2,S3 OFF ON t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 8 / 12 Principio de funcionamiento de los inversores T vA Inversor en puente completo Vdc Circuito básico empleado en los inversores monofásicos. Contiene dos ramas (A y B). La amplitud de la tensión AC generada es Vdc . t La incorporación de los diodos hace que este convertidor sea bidireccional. -Vdc iLOAD El dispositivo superior de una rama y el inferior de la otra comparten la misma señal de control. t S1 Vdc D1 S3 D3 L C A B D1 D4 D2 S4 D2 D3 S2 S3 D1 D4 S1 S4 D2 D3 S2 S3 D1 D4 S1,S4 VAB ON R S2 S1 S4 D4 OFF ON ON t S2,S3 OFF ON OFF ON OFF t Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 8 / 12 Índice 1 Introducción 2 Principio de funcionamiento de los inversores 3 Control de los inversores Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 9 / 12 Control de los inversores L El control de un inversor tiene una estructura jerárquica. En el nivel inferior se encuentra la modulación. Se encarga de determinar la secuencia y los tiempos de activación de los interruptores que componen el inversor. PMSM vsa isa vsb isb vsc isc VDC S 1, S 2, S 3, S 4, S 5, S 6 Modulación v*sabc Control de par isa isb T*e w Control de velocidad w* Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 10 / 12 vAB Control de los inversores vAB1 L Vdc Modulación por onda cuadrada La frecuencia de la onda cuadrada es la misma que la frecuencia del primer armónico (f1 = 1/T). La amplitud del primer armónico V̂AB1 sólo depende de VDC . t T -Vdc S1,S4 ON OFF ON OFF ON Tiene pocas pérdidas de conmutación. Necesita filtros de orden elevado. De lo contrario, el contenido armónico de la tensión generada es alto. t S2,S3 OFF Vdc C D1 A S2 S3 VAB D2 Sistemas electrónicos (503912) D3 B S4 ON OFF Respuesta frecuencial de un filtro ideal. Baja fc y elevado orden. Como consecuencia, elementos reactivos grandes, caros y de mucho volumen. 4VDC p 1 f1 fc D4 OFF t vAB S1 ON 3f1 5f1 7f1 V̂AB1 = 9f1 11f1 f (Hz) 4VDC π Tema 4: Inversores 11 / 12 Control de los inversores Modulación PWM L vtri vref Ts Se caracteriza por tres parámetros: 1 2 Frecuencia de la senoide de referencia (fref = 1/T). Índice de modulación en amplitud (ma = v̂v̂ref ) tri 3 t T vAB VDC Índice de modulación en frecuencia (mf = f fs = TT ) s ref t -VDC S1 Vdc C D1 A S3 VAB D3 S1,S4 t B S2,S3 t S2 D2 S4 D4 V̂AB1 = ma VDC ∀ma ≤ 1 Sistemas electrónicos (503912) Tema 4: Inversores 12 / 12 Control de los inversores Modulación PWM L Ts vtri vref Se caracteriza por tres parámetros: 1 2 Frecuencia de la senoide de referencia (fref = 1/T). Índice de modulación en amplitud (ma = v̂v̂ref ) tri 3 t T vAB VDC Índice de modulación en frecuencia (mf = f fs = TT ) s ref t -VDC S1 Vdc C D1 A S2 S3 VAB D2 D3 vAB VDC Fundamental B S4 1ª Banda D4 2ª Banda 3ª Banda fref Sistemas electrónicos (503912) fs 2fs Frecuencia 3fs 4ª Banda 4fs Tema 4: Inversores 5ª Banda 5fs 12 / 12
