Conversores AC AC

CONSULTA No. 5 1. Tema: Conversores AC/AC. 2. Objetivos 2.1. Objetivo general Investigar acerca de los tipos de conversores AC/AC, sus aplicaciones y características 2.2. Objetivos específicos 

Investigar sobre tipos de conversores que se usan en la actualidad y sus prestaciones

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Describir los circuitos de los conversores AC/AC y sus ventajas.

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Analizar el funcionamiento de cada conversor para comprender su funcionamiento.

3. Resumen El presente documento describe detalladamente las características, aplicaciones, esquemas eléctricos y funcionalidades de los conversores AC/AC. Estos conversores, a partir de una tensión de entrada alterna, producen en la salida una tensión también alterna pero de características distintas, sea en valor eficaz, sea en frecuencia, o en ambas. 4. Abstract This document describes in detail the features, applications, electrical schematics and functionality of the AC / AC converters. These converters, from an input AC voltage, produce output a also alternating voltage but with different characteristics, either in effective value, either frequency, or both. 5. Desarrollo: 5.1. Conversores AC/AC Estos conversores, a partir de una tensión de entrada alterna, producen en la salida una tensión también alterna pero de características distintas, sea en valor eficaz, sea en frecuencia, o en ambas. Algunas de sus características son:  Realizan la conversión AC/AC de forma directa sin ninguna etapa intermedia

 Los tiristores no necesitan bloqueo reforzado gracias al paso natural por cero de la intensidad  Proporcionan una tensión de frecuencia fundamental menor o igual que la frecuencia de la tensión de entrada.  Proporcionan una tensión con un cierto contenido de armónicos.

5.1.1. Clasificación de los conversores AC/AC 5.1.1.1. Control de fase directo El control se efectua dentro de cada semiciclo dejando pasar una parte del mismo, gracias al paso natural por cero de la corriente, los tiristores no necesitan un bloqueo forzado. Cuando el interruptor de potencia conecta la carga a la fuente, luego de un cierto ángulo de activado a con respecto al cruce por cero de la onda de entrada, bloqueándose luego al final del semiciclo mediante conmutación natural. Para implementar el control de fase directo se puede hacer uso de un TRIAC en aplicaciones de baja potencia, en cuanto que para potencias más elevadas se utilizan dos SCR´s en anti paralelo. Para las dos aplicaciones el flujo de potencia hacia la carga es controlado variando el ángulo de disparo (α), entre 0 y 180º. Los circuitos que se utilizan para este control son muy fáciles y confiables. Entre sus características están:  Fácil de implementar  Conmutación natural  Control continuo de potencia  Genera interferencia en radio frecuencia  Alta distorsión armónica. Tienen un comportamiento distinto según el tipo de carga (resistiva o inductiva) como se ve en las figuras 1 y 2.

Figura 1: Control de fase directo para cargas resistivas

Figura 2: Control de fase directo para cargas inductivas

5.1.1.2. Control de fase inverso El control se efectúa dentro de cada semiciclo dejando pasar una parte del mismo, esto ocurre cuando el interruptor de potencia conecta la carga en at cruce por cero, y lo desconecta en u ángulo β (β < π), para conseguir esto se debe realizar una conmutacion forzada, esto implica que sus circuitos sean complejos. El control de fase inverso puede implementarse utilizando transistores, IGBT o GTO´s, realizando conmutación forzada de los cuales los más recomendables son los GTO´s. Los SCR´s o TRIAC´s no pueden ser utilizados en la implementación de este circuito ya que en el cruce por cero entran a conducir y no se podría sacarlos de este estado. Entre sus características están:  Conmutación forzada.

 Sistema de control más complejo.  Control continuo de potencia.  La generación de interferencias de mínima.  Alta distorsión armónica. En la figura 3 se observa que el voltaje de salida aparece desde el cruce por cero y se desactiva luego del ángulo (α), variando entre 0 y 180 0 la ventaja disminución de distorsión armónica

Figura 3: Control de fase inverso

5.1.1.3. Control de fase simétrico Este tipo de control es producto de la combinación de los dos controles anteriores (control de fase directo, más el control de fase inverso), es decir que el interruptor se conecta en un ángulo α y se desconecta con un ángulo β = π -α (conmutación forzada). Este tipo de control utiliza conmutación forzada y su circuito es complejo, se requiere de transistores, IGBT o GTO para su implementación. El control de fase simétrico es la combinación del control de fase directo y el control de fase inverso. El ángulo (α) debe tener la misma simetría que el ángulo (𝞹-α), en cada semiciclo. Entre sus características están:  Conmutación forzada.  Circuito mucho más complejo.  Genera interferencias en radio frecuencia.  Baja la distorsión armónica.

En la figura 4 se observa el voltaje de salida del control de fase simétrico

Figura 4: Forma de onda del control de fase simétrico

5.1.1.4. Control de fase diferencial Es uno más de los circuitos que controlan la potencia alterna a través de tiristores como conmutadores estáticos. Para su implementación se utiliza un transformador con tab central. Se aplica generalmente en fuentes reguladoras de AC. Entre sus características están:  No tiene control continuo de potencia  Baja distorsión armónica  Bajo ruido en radiofrecuencia  Conmutación natural

Figura 5: Control de fase diferencial

5.1.1.5. Control por ciclo integral En este tipo de control se deja pasar a la carga un número entero de ciclos completos y se bloquea otro número determinado de ciclos. Se aplica en control de temperatura. Entre sus características están:  No tiene control continuo de potencia  No produce interferencia en radiofrecuencia  Se usa control periódico  Circuito de control complejo

Figura 6: Forma de onda del control por ciclo integral

5.1.1.6. Troceador ac En el troceador AC el circuito de potencia es implementado con transistores y el circuito de control envía una señal de periodo constante y de relación de trabajo variable. El Vrms varía de acuerdo al ancho del pulso. Tiene la ventaja de que la señal troceada casi no presenta armónicos. Entre sus características están:  Trabajo a frecuencias altas  Tiene control continuo de potencia  Genera ruido  Conmutación forzada

Figura 7: Forma de onda del troceador AC

6. Conclusiones:  Un convertidor estático de potencia ideal permite la transferencia de energía eléctrica del generador al receptor con un rendimiento unitario (sin pérdidas).  En este tipo de conversores se controla el Vrms sobre la carga.  Los conversores AC/AC se usan para arranque suave de motores de inducción, accionamiento de motores de alterna, control de transformadores, compensación de energía reactiva, etc.  El control por ciclo integral posee un circuito de control más complejo que los demás conversores.  El control por fase simétrico no tiene mucho contenido armónico.

Referencias bibliográficas: [1] Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. Electrónica de Potencia: Convertidores, aplicaciones y diseño. 3ra edición. México: McGraw Hill. ISBN: 978-970-10-7248-6 [2] Reguladores de alterna. Disponible en: http://ocw.uc3m.es/tecnologiaelectronica/electronica-de-potencia/material-de-clase-1/MC-F-004.pdf [3] Convertidores AC/AC. Disponible en: http://www.potencia.uma.es/index.php?option=com_content&view=article&id=71:converti dores-acac&catid=40:ca-g-ca&Itemid=86