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E Q U I P O 5
CICLOCONVERTIDORES TRIFÁSICOS CON MODULACIÓN DE ANCHO DE PULSO
(PWM)
CICLOCONVERTIDOR
• ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN,
LA CORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA
UNA FUENTE DE ALTERNA A UNA CARGA DE
ALTERNA.
Frec. y amplitud
regulables
RED
(1 O 3SALIDA
(1 ó 3)
P
(flujo bidireccional de
potencia)
• La principal aplicación se da en el control a baja
velocidad de grandes motores de C.A. donde se
varia la amplitud de la tensión proporcionalmente
a la frecuencia.
• Una ventaja es que reside en su funcionamiento
con bloqueo de tiristores de forma natural.
• La mayor parte de los cicloconvertidores son de
conmutación natural, esto es la entrada en
conducción de un tiristor debe provocar
automáticamente el bloqueo del que ha entrado
anteriormente.
• Si se está en semiciclo positivo de corriente, este
bloqueo natural exige que el voltaje que se
conecta sea mas positivo o menos negativo que el
voltaje antes conectado.
• Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo,
los tiristores que entran sucesivamente en
conducción son los del rectificador negativo.
• Limitaciones :
La frecuencia que pueden suministrar en la salida es
aproximadamente inferior en un tercio a la
frecuencia de entrada.
• Un cicloconvertidor trifásico es un arreglo de 3
cicloconvertidores monofásicos para que sus
forma de onda de salida estén desfasadas 120°.
MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO
• Controlar la magnitud y frecuencia de la señal de
salida mediante la modulación del ancho del pulso
de interruptores.
• Para ello existen varios esquemas que se encargan
de producir voltajes de C.A con formas de onda
senoidal y bajo contenido de armónicos.
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
Los dos
convertidores de CA a CD
son rectificadores
controlados trifásicos. El
convertidor positivo opera
durante la mitad del
periodo de la frecuencia
de salida y el convertidor
negativo durante la otra
mitad. Figura (1) Ciclo
convertidor trifásico a
monofásico
Este ciclo convertidor se puede extender para
suministrar una salida trifásica mediante 6 convertidores
trifásicos, tal y como se muestra en la figura.
FUNCIONAMIENTO SIN CORRIENTE DE CIRCULACIÓN.
En todo momento haya un convertidor conduciendo y el otro bloqueado, conduciendo cada uno de ellos de forma alternativa un semiciclo de la intensidad de la carga. Por tanto si la corriente en la carga es positiva funciona el rectificador P, mientras que el rectificador N queda bloqueado, lo cual hace que no pueda circular por sus tiristores ninguna corriente, a este tipo de ciclo conversor se le conoce como ciclo conversor con impulsos de bloqueo. Un cicloconvertidor trifásico es el arreglo de tres cicloconvertidores monofásicos para que sus formas de onda de salida estén desfasadas en 120.
MODO DE FUNCIONAMIENTO CON CORRIENTE CIRCULANTE
En este caso los convertidores individuales conducen a
la vez y entre ellos se establece una intensidad de
circulación que es limitada por una bobina colocada a
tal efecto
MODELO MATEMÁTICO
• Para la ecuación del voltaje de salida rms :
• Para la corriente rms de la carga tenemos
que:
• Donde y
• Para: ω = 2πf0
21
02
21
senVV s
Z
VI 0
0
21
22 LRZ
R
L 1tan
• La corriente rms a través de cada convertidor esta
dada por:
• La corriente rms a través de cada tiristor es:
• La corriente rms de entrada es
2
0III NP
2
PR
II
0II s
• Para el factor de potencia de entrada es:
• La potencia de salida se obtiene mediante:
21
00
2
21cos
cos
sen
V
V
IV
PPF
SSS
cos000 IVP
EJEMPLO NUMÉRICO
El voltaje de entrada entre fases al cicloconvertidor trifásico/monofásico es de Vs=220v 60Hz la R=2.5KΩ, L=10mH, la frecuencia deseada es de fo=15Hz. determine:
a) El valor del voltaje rms de salida b) La corriente rms de la carga (salida) c) La corriente rms a través de cada convertidor d) La corriente rms a través de cada tiristor e) La corriente rms de entrada f) La potencia de salida g) El factor de potencia de entrada
21
02
21
senVV s
VV
sen
VV rms
32.197
2
6
)2(2
6
21220
0
21
0
SOLUCIÓN:
a) El valor del voltaje rms de salida
b) La corriente rms de la carga (salida) tenemos que
Donde:
seg
radHzf 247.941522 0
671.2)10)(/247.94(5.2 21
2221
22 mHsegradLRZ
AV
Z
VI 87.73
671.2
32.19700
c) La corriente rms a través de cada
convertidor es:
d) La corriente rms a través de cada
tiristor:
e) La corriente rms de entrada es:
AI
II NP 23.522
0
AAI
I PR 93.36
2
23.52
2
AII s 87.730
f) Para calcular la potencia de salida
Donde:
65.20
5.2
10/247.94tantan 11 mHsegrad
R
L
KWAVIVP 63.13)65.20cos(87.7332.197cos000
DISEÑO DE UNA PRÁCTICA FORMAS DE ONDA DE UN CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO
• OBJETIVO: • Observar las formas de onda del voltaje de salida y de
entrada de un cicloconvertidor trifásico.
• MATERIAL Y EQUIPO: • 12 tiristores o 2 convertidores .
• Una carga resistiva de 2 Ω.
• Una carga inductiva de 3mH.
• 1 osciloscopio.
• 1 transformador trifásico.
DESARROLLO
1. Armar el
circuito de la
siguiente
figura:
DESARROLLO
2. Energice el circuito y observe el voltaje de entrada, compárelo con el de la simulación y anote sus conclusiones.
3. Observe el voltaje de salida, compárelo con el de la simulación y anote sus conclusiones.
4. Calcule los parámetros anteriores que se calcularon teóricamente.
• A) El valor del voltaje RMS de salida. • B) La corriente RMS de la carga (salida). • C) La corriente RMS a través de cada convertidor. • D) La corriente RMS a través de cada tiristor. • E) La corriente RMS de entada. • F) La Potencia de Salida. • G) El factor de Potencia de Entrada.
CÁLCULO DE PARÁMETROS
A) El valor del voltaje RMS de salida:
VV
Sen
V
SenVV
o
o
so
85.84
2
4
22
4
21120
2
21
2
1
2
1
CÁLCULO DE PARÁMETROS
B) La corriente RMS de la carga:
srad
f
/66.125
20*2
2 0
03.2
)3*66.125(2
)(
2/122
2/122
Z
mHZ
LRZ
AI
I
o
o
43.42
03.2
85.84
CÁLCULO DE PARÁMETROS
C) La corriente RMS a través de cada
convertidor:
D) La corriente RMS a través de cada tiristor:
AIp
IoInIp
30
2
AIp
Ir 21.212
30
2
CÁLCULO DE PARÁMETROS
E) La corriente RMS de entada:
F) La Potencia de Salida:
AIoIs 434.42
67.10
)1884.0(
2
3*66.125
1
1
1
Tan
mHTan
R
LTan
KWP
CosP
CosIVP
o
o
Ooo
53793.3
)67.10(*43.42*85.84
CÁLCULO DE PARÁMETROS
G) El factor de Potencia de Entrada:
6948.
43.42*120(
93.3537
2
212/1
PF
PF
IV
PPF
SenCos
V
CosV
IV
PPF
Ss
o
s
o
Ss
o
SIMULACIÓN
• Programa en Spice • Van 1 0 sin (0 120V 60Hz) • Vbn 3 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 120DEG) • Vcn 2 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 240DEG) • Vg1 6 4 pulse (0V 10V 2.778ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg2 7 4 pulse (0V 10V 8.334ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg3 8 4 pulse (0V 10V 13.889ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg4 9 1 pulse (0V 10V 11.111ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg5 10 2 pulse (0V 10V 1us 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg6 11 3 pulse (0V 10V 5.556ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg7 12 3 pulse (0V 10V 22.213ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg8 13 2 pulse (0V 10V 16.667ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg9 14 1 pulse (0V 10V 27.772ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg10 15 5 pulse (0V 10V 30.55ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg11 16 5 pulse (0V 10V 24.994ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • Vg12 17 5 pulse (0V 10V 19.438ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms) • RL 4 18 2 • L 18 5 3MH
SIMULACIÓN
XT1 1 4 6 4 SCR XT2 2 4 7 4 SCR XT3 3 4 8 4 SCR XT4 5 1 9 1 SCR XT5 5 2 10 2 SCR XT6 5 3 11 3 SCR XT7 4 3 12 3 SCR XT8 4 2 13 2 SCR XT9 4 1 14 1 SCR XT10 3 5 15 5 SCR XT11 2 5 16 5 SCR XT12 1 5 17 5 SCR .SUBCKT SCR 1 2 3 8 SI 1 5 6 2 SMOD RG 3 4 50 RC 2 8 0.01 VX 4 2 DC 0V VY 5 7 DC 0V DT 7 2 DMOD RT 6 2 1 CT 6 2 10UF F1 2 6 POLY (2) VX VY 0 50 11 .MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.0125 ROFF=10E+5 VON=0.5V
VOFF=0V) .MODEL DMOD D(IS=2.2E-15 BV=1800V TT=0) .ENDS .TRAN 10US 100MS .PROBE .END
GRÁFICAS EN SPICE
BIBLIOGRAFÍA
Título del libro: Electrónica de potencia, circuitos,
dispositivos y aplicaciones.
Autor: Muhammad H. Rashid.
Edición: 3ª
Editorial: Prentice Hall
México D.F 2004
Capítulo 5, páginas 207-231
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