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 • • • • • • • Rectificador ideal Factor de Potencia PWM Convertidores DC-DC Tipos de rectificadores PWM Control de la corriente DC Aplicaciones Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia RECTIFICADOR IDEAL Conceptos claves Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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. Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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) Presentado por Luis Alfredo Sandoval 𝑃 2 𝑟𝑚𝑠 = 𝑃𝑎𝑐,𝑟𝑚𝑠 (𝑉𝑟𝑚𝑠 ) (𝑉𝑎𝑐,𝑟𝑚𝑠 )2 = 𝑅 𝑅 FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia FACTOR DE POTENCIA Definiciones y fórmulas Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia FACTOR DE POTENCIA Definición1: la relación entre la potencia activa y la potencia aparente Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO - PWM Definición y técnicas Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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. Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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. Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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 FIEE – UNMSM 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. Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia PWM TIPOS DE PWM MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO ÚNICO Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia CONVERTIDORES DC-DC REGULADOR REDUCTOR Presentado por 𝑉0 = 𝐷𝑉𝑖 Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia CONVERTIDORES DC-DC REGULADOR ELEVADOR 1 𝑉0 = 𝑉𝑖 1−𝐷 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia CONVERTIDORES DC-DC REGULADOR REDUCTOR - ELEVADOR 𝐷 𝑉0 = −𝑉𝑖 (1 − 𝐷) Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia RECTIFICADOR CASI IDEAL Definiciones y fórmulas Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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) FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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. FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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) FIEE – UNMSM 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) FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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) FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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: FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia TIPOS DE RECTIFICADORES PWM Boost, Buck, y Buck-boost Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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 : Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia TIPOS DE RECTIFICADORES PWM DCM Flyback converter Si queremos operar siempre en DCM se puede hacer lo siguiente : Sustituyendo Re obtenemos lo siguiente: Presentado por 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: Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia CONTORL DE LA CORRIENTE DC Control de corriente para frecuencias bajas Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia APLICACIONES Microturbinas Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM 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 Presentado por Luis Alfredo Sandoval FIEE – UNMSM Electrónica de Potencia Esto fue: EL RECTIFICADOR PWM Gracias! Presentado por Luis Alfredo Sandoval Escuela: Ingeniería Electrónica Curso: Electrónica de Potencia Docente: Dra. Teresa Núñez Ciclo: 8vo
