Fase_2_Obed_Fuertes.docx

FASE 2: TRABAJO INDIVIDUAL ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Presentado por: OBED FUERTES GARCIA

Código: 1052986280

Tutor: MARIO RICARDO ARBULU

Grupo: 203039_20

UNIVERSIDAD NACIONAL A DISTANCIA UNAD INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES CCAV COROZAL Octubre de 2017

Etapa De Conmutación Por SPWM 2.1 Investigar y explicar detalladamente el concepto de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM) en un documento de máximo 1 página. (Modulación de ancho de pulso sinusoidal). Los controles de actuadores que usan tecnología SPWM, son controles que poseen una tecnología que ha ido madurando con el uso de los elementos electrónicos que rectifican o convierten el voltaje de CC-CA ó CA-CC, con los que se consigue el control de pulsos de los rectificadores consiguiendo el control de corriente, voltaje y frecuencia en la salida de los convertidores. Esta es una técnica de control la cual se basa en el uso de la modulación múltiple (varios pulsos de disparo en cada medio ciclo de voltaje de salida), el ancho de cada pulso varía en proporción con la amplitud de una onda sinusoidal evaluada en el centro del mismo pulso. Los inversores controlados por pulso denominados control de modulación por ancho de pulo, usados con más frecuencia en el control de motores de corriente alterna donde se consigue que las prestaciones del motor, como son torque y velocidad, sean controlados a través de las pulsaciones de los elementos de control, rectificadores de línea que son capaces de controlar la corriente, el voltaje y frecuencia de salida del elemento, drive, de control hacia el motor o actuador. Los inversores conmutados como suelen llamarse a este tipo de dispositivos, son capaces de hacer que el flujo de potencia sea reversible a través de los elementos de conmutación, regeneración, el cual sucede en el momento en que un motor es alimentado con un elemento de tecnología SPWM, y el campo magnético que se genera en el estator del motor, por efecto de la potencia suministrada por el inversor, es vencido por la carga que soporta el motor arrastrando la carga en una dirección contraria al flujo magnético que se genera en el estator del motor, esto provoca la regeneración, efecto que el control del drive debe ser capaz de eliminar o en su defecto retornar a la red de alimentación, para que sea aprovechado por otras cargas que estén conectadas al mismo sistema de alimentación eléctrica. A este control se le denomina frenado dinámico.

Ilustración 1. SPWM

Los inversores pueden ser: de dos cuadrantes: Como el descrito anteriormente poseen control de regeneración. De cuatro cuadrantes: Estos además de controlar la regeneración, son capaces de controlar los armónicos, con sus bandas laterales, que se producen como consecuencia de la frecuencia de conmutación de los elementos de potencia del inversor. Según el sistema de alimentación pueden ser: A. Inversores de medio puente completo (Monofásicos): Alimentados desde un sistema de alimentación monofásica.

Ilustración 1: Medio puente

Ilustración 2: Puente completo 2.2 Se debe diseñar el modulador de ancho de pulso cumpliendo con lo siguiente: 

Tipo de modulación SPWM, si es unipolar o bipolar.

SPWM unipolar Mediante esta técnica se utilizan dos señales de referencia senoidal 𝑉𝑠𝑖𝑛_𝑝 y 𝑉sin_n, y una señal portadora triangular 𝑉tri que fija la frecuencia de conmutación, de modo que: 𝑆𝑖 𝑉𝑠𝑖𝑛_𝑝 > 𝑉tri → 𝑉𝐴 = +𝑉𝐷𝐶 (𝑄1 𝑂𝑁). 𝑆𝑖 𝑉𝑠𝑖𝑛_𝑝 < 𝑉tri → 𝑉𝐴 = 0 (𝑄2 𝑂𝑁). 𝑆𝑖 𝑉sin_n < 𝑉tri → 𝑉𝐵 = 0 (𝑄4 𝑂𝑁). 𝑆𝑖 𝑉sin_n > 𝑉tri → 𝑉𝐵 = +𝑉𝐷𝐶 (𝑄3 𝑂𝑁).

Ilustración 4.Formas de ondas SPWM Unipolar

SPWM Bipolar Mediante esta técnica se utiliza una única señal de referencia senoidal 𝑉𝑠𝑖𝑛 , y una señal portadora triangular 𝑉tri que fija la frecuencia de conmutación, de modo que: 𝑆𝑖 𝑉𝑠𝑖𝑛 > 𝑉tri → 𝑉𝑜 = +𝑉𝐷𝐶 (𝑄1 𝑦 𝑄4 𝑂𝑁) 𝑆𝑖 𝑉𝑠𝑖𝑛 < 𝑉tri → 𝑉𝑜 = −𝑉𝐷𝐶 (𝑄2 𝑦 𝑄3 𝑂𝑁).

Ilustración 5. Inversor puente completo

La forma de onda triangular está sincronizada con la de referencia, y se suele elegir una mf que sea un entero impar. De esta forma, la salida del PWM muestra una simetría impar.

Ilustración 6. Forma de onda SPWM Bipolar



Cálculo del Índice de modulación de amplitud.

Se calcula la relación del valor de voltaje pico de la señal de referencia con la señal triangular bajo la siguiente fórmula: 𝑀𝑎 =

𝐴𝑟 𝐴𝑝

Donde: 𝑀𝑎 = 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝐴𝑟 = 𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐴𝑝 = 𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 He decidido que en mi caso, el voltaje pico de la señal de referencia será de 80V, y el de la portadora será de 150V: 𝑀𝑎 =

60𝑉 => 𝑀𝑎 = 0.4 150𝑉

. 

Cálculo del índice de modulación en frecuencia. Relaciona la frecuencia de la onda portadora con la frecuencia de la onda moduladora o de referencia: 𝑀𝑓 =

𝑓𝑝 𝑓𝑚

Donde: 𝑀𝑓 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝐹𝑝 = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 𝐹𝑚 = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟𝑎 Vale decir, que el índice de modulación de frecuencia no es fijo, es variable en algunos casos De manera normal, en accionamientos eléctricos con velocidad variable, fm varía en función de la velocidad deseada mientras fs se mantiene constante. Esto hace que el índice de frecuencias sea variable. En mi caso, para desarrollar este índice de modulación de frecuencia, he decidido que mi frecuencia sea múltiplo de la frecuencia de la tensión de línea que usaré (60Hz); La frecuencia será entonces de 60KHz:

𝑀𝑓 =



60 000𝐻𝑧 = 1000 60 𝐻𝑧

Gráfica del nivel de distorsión armónica característico.

Ilustración 7: Gráfica de nivel de distorsión armónica

2.3 Entregar el diagrama esquemático resultante del modulador SPWM que usara para controlar la conmutación del puente inversor y los resultados de la simulación.

Ilustración 8: Diagrama del generador SPWM

Ilustración 9: Formas de onda SPWM

Referencias bibliográficas Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W.(2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 71-104). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=90&docID=10565530&tm=1482452282595 Mohan,N. Undeland,T. Robbins,W.(2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 142-175). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=161&docID=10565530&tm=1482452528454 Mohan,N. Undeland,T. Robbins,W.(2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 176-218). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=195&docID=10565530&tm=1482452656289 Gutiérrez, J. (Productor). (2017). OVI Introducción al Inversor SPWM. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/10871 Inversor de voltaje DC - AC de 150W. Obtenido de: https://es.slideshare.net/Videorockola/inversor-de-voltaje-dc-ac-de150w Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 3-14). Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=22&docID=10565530&tm=1482450097688 Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño (pp. 445-582). Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=464&docID=10565530&tm=1482450513143 Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño. (pp. 608-637). Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?p pg=627&docID=10565530&tm=1482451710573 Carlos Caicedo. (2017). Aporte_1_E_Garzon. Recuperado https://es.scribd.com/document/341469351/Aporte-1-E-Garzon

de

Pablo Turmero. (2013). Inversor de Voltaje. Recuperado de http://www.monografias.com/trabajos109/inversor-voltaje/inversorvoltaje.shtml