Análisis de Convertidores a Tiristores en PSpice

Instituto Politécnico Nacional

Profesor: Dr. Jaime José Rodríguez Rivas.

Curso: Electrónica de Potencia.

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación

26/Junio/2015

Alumno: Ramos Albarrán Fernando

[TAREA I: ANÁLISIS DE CONVERTIDORES A

TIRISTORES EN PSPICE]

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Electrónica de Potencia.

Sección de Estudios de Posgrado e Investigación 1

INTRODUCCIÓN

El presente documento pretende simular mediante el software PSpice, los convertidores a tiristores, con esto se pretende observar su comportamiento del rectificador tipo puente y además su comportamiento como inversor, tanto monofásico como trifásico.

Se muestran además las gráficas obtenidas y su interpretación, los cálculos realizados y algunas referencias a ecuaciones obtenidas en el libro de Mohan, para hacer más ameno el desarrollo del presente documento, para un análisis riguroso se recomienda consultar el libro de Mohan.

3. Rectificador monofásico a tiristores tipo puente (PSpice Schematic: Thyrect1)



1.

a. Obtener las formas de onda de los voltajes 𝑣𝑠 , 𝑣𝑑 y de la corriente 𝑖𝑑

b. Obtener las formas de onda de 𝑣𝑠 e 𝑖𝑑



c. Obtener las formas de onda de 𝑣𝑚 e 𝑖𝑠

2. De las gráficas, obtener el intervalo de conmutación 𝜇 y la corriente del lado de

Corriente Directa al inicio de la conmutación.

En la gráfica, el primer valor de A1 del recuadro de la izquierda representa al tiempo del

límite inferior del intervalo, en el recuadro de la derecha A1 representa al límite superior.

La resta es el intervalo de tiempo en el cual ocurre 𝜇: 𝑡𝑎=10.422𝑚𝑠 𝑡𝑏=10.501𝑚𝑠



𝑡=𝑡𝑏−𝑡𝑎 → 𝑡=0.089 𝑚𝑠

De aquí podemos calcular el valor de usando la frecuencia del sistema, tenemos pues:

(2𝜋)∗ 𝑓𝑟𝑒𝑐∗𝑡= 𝜇 𝑟𝑎𝑑

𝜇 𝑟𝑎𝑑 =0.033 𝑟𝑎𝑑

𝜇 =1.89°

Para el valor mínimo de 𝑖𝑑 se acerca en el instante de conmutación del convertidor y ese será su valor.

El eje de las ordenadas es el segundo valor de A1, entonces, en esa posición el valor al inicio del a

conmutación de 𝑖𝑑 = 4.2498 𝐴.

3. Por medio de análisis de Fourier de 𝑖𝑠, calcule los componentes armónicos en

proporción a su componente fundamental 𝐼𝑠1

La gráfica anterior resulta del análisis de Fourier y se observa que el valor pico trazado para el primer armónico es 21.459 A, el cual tiene la misma frecuencia de la fundamental, por lo tanto.



Is(pico) = 21.45 Amp

Esto se puede verificar con los datos que proporciona PSpice mediante el análisis de Fourier

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_Ls1_L) DC COMPONENT = 2.163254E-02 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 2.151E+01 1.000E+00 -4.889E+01 0.000E+00 2 1.200E+02 1.615E-02 7.508E-04 -4.373E+00 9.341E+01 3 1.800E+02 1.786E+00 8.305E-02 -1.270E+02 1.967E+01 4 2.400E+02 7.936E-03 3.690E-04 -8.088E+01 1.147E+02

5 3.000E+02 1.086E+00 5.049E-02 1.345E+02 3.789E+02

6 3.600E+02 6.310E-03 2.934E-04 1.543E+02 4.477E+02 7 4.200E+02 7.807E-01 3.630E-02 3.908E+01 3.813E+02 8 4.800E+02 9.401E-03 4.371E-04 6.085E+01 4.520E+02 9 5.400E+02 6.067E-01 2.821E-02 -5.517E+01 3.848E+02 10 6.000E+02 9.863E-03 4.586E-04 -1.680E+01 4.721E+02 11 6.600E+02 4.938E-01 2.296E-02 -1.493E+02 3.885E+02 12 7.200E+02 7.933E-03 3.689E-04 -1.046E+02 4.821E+02 13 7.800E+02 4.176E-01 1.942E-02 1.167E+02 7.523E+02 14 8.400E+02 7.420E-03 3.450E-04 1.504E+02 8.348E+02

15 9.000E+02 3.624E-01 1.685E-02 2.318E+01 7.565E+02

16 9.600E+02 8.861E-03 4.120E-04 5.619E+01 8.384E+02 17 1.020E+03 3.183E-01 1.480E-02 -7.016E+01 7.610E+02 18 1.080E+03 9.027E-03 4.197E-04 -2.841E+01 8.516E+02 19 1.140E+03 2.828E-01 1.315E-02 -1.638E+02 7.651E+02 20 1.200E+03 7.836E-03 3.644E-04 -1.198E+02 8.580E+02 21 1.260E+03 2.554E-01 1.188E-02 1.026E+02 1.129E+03 22 1.320E+03 7.693E-03 3.577E-04 1.393E+02 1.215E+03 23 1.380E+03 2.330E-01 1.083E-02 9.333E+00 1.134E+03 24 1.440E+03 8.624E-03 4.010E-04 4.636E+01 1.220E+03 25 1.500E+03 2.128E-01 9.895E-03 -8.386E+01 1.138E+03 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.161836E+01 PERCENT

4. Calcule 𝐼𝑠, el porcentaje de THD en la corriente de entrada, el desplazamiento del

factor de potencia en la entrada y el factor de potencia en la entrada.

Para obtener el valor RMS de 𝐼𝑠 se usa una función que gráfica el valor RMS de una señal incluida en la librería trace de PSpice



De la gráfica se obtiene Is(rms) = 14.3 A. Además, del archivo de análisis de Fourier se tiene que el % 𝑇𝐻𝐷 = 11.6 %. Se calcula el DPF

De la ecuación 6-15 del libro Electrónica de Potencia de Ned Mohan se tiene lo siguiente:

Donde 𝐼𝑠 = 𝐼𝑑 =𝐼𝑠(𝑟𝑚𝑠), sustituyendo se obtiene

1.013𝐼𝑠1= 14.3

𝐼𝑠1=14.11 𝐴 Se calcula la potencia aparente

𝑆=120V∗14.11A=1.69𝐾𝑉𝐴 La potencia promedio

𝑃=120V∗14.11A∗cos(∅𝑎𝑟𝑚1)=1.68𝐾𝑊

Por lo tanto, el factor de potencia es:

𝑃𝐹 =1.68KW

1.69KVA= 0.994083

5. En el punto de acoplamiento común, obtener lo siguiente a partir de la forma de

onda del voltaje 𝑣𝑚: a. Profundidad de la Hendidura de línea (%)

La fórmula 6-68 del libro de Electrónica de Potencia, Ned Mohan indica



Sustituyendo valores:

b. Área de la Hendidura de línea

Se tiene que 𝐴𝑛=2𝜔𝐿𝑠𝐼𝑑 𝐴𝑛=12.93(𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠−𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑒𝑠)

c. %THD del voltaje Después del análisis de Fourier se obtienen éstos datos: FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_Ls1_L) DC COMPONENT = -7.390135E-02 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 2.157E+01 1.000E+00 -4.839E+01 0.000E+00 2 1.200E+02 6.389E-02 2.963E-03 1.123E+02 2.091E+02 3 1.800E+02 1.813E+00 8.407E-02 -1.252E+02 1.995E+01 4 2.400E+02 5.048E-02 2.340E-03 3.831E+01 2.319E+02 5 3.000E+02 1.102E+00 5.111E-02 1.370E+02 3.789E+02 6 3.600E+02 3.982E-02 1.846E-03 -3.227E+01 2.581E+02 7 4.200E+02 7.971E-01 3.696E-02 4.271E+01 3.814E+02 8 4.800E+02 2.908E-02 1.349E-03 -1.173E+02 2.698E+02 9 5.400E+02 6.188E-01 2.869E-02 -5.011E+01 3.854E+02 10 6.000E+02 2.730E-02 1.266E-03 1.428E+02 6.267E+02 11 6.600E+02 5.004E-01 2.320E-02 -1.432E+02 3.891E+02 12 7.200E+02 3.136E-02 1.454E-03 5.381E+01 6.345E+02 13 7.800E+02 4.233E-01 1.963E-02 1.236E+02 7.526E+02 14 8.400E+02 3.116E-02 1.445E-03 -2.815E+01 6.493E+02 15 9.000E+02 3.693E-01 1.712E-02 3.117E+01 7.570E+02 16 9.600E+02 2.711E-02 1.257E-03 -1.169E+02 6.573E+02 17 1.020E+03 3.237E-01 1.501E-02 -6.074E+01 7.619E+02 18 1.080E+03 2.627E-02 1.218E-03 1.456E+02 1.017E+03 19 1.140E+03 2.856E-01 1.324E-02 -1.533E+02 7.661E+02 20 1.200E+03 2.890E-02 1.340E-03 5.417E+01 1.022E+03



21 1.260E+03 2.581E-01 1.197E-02 1.138E+02 1.130E+03 22 1.320E+03 2.895E-02 1.342E-03 -3.172E+01 1.033E+03 23 1.380E+03 2.366E-01 1.097E-02 2.167E+01 1.135E+03 24 1.440E+03 2.633E-02 1.221E-03 -1.222E+02 1.039E+03 25 1.500E+03 2.155E-01 9.990E-03 -7.009E+01 1.140E+03 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.178292E+01 PERCENT Por tanto el %THD para el voltaje 𝑉 𝑚 = 11.78%

6. Obtener el voltaje promedio de CD 𝑉𝑑,Verificando que:

Dónde primero se usa el valor promedio de 𝑖𝑑 por 𝐼𝑑 y así, éste es el valor que se calculó al

principio del intervalo de conmutación en el Problema 2.

Se tiene la forma de onda en 𝑉𝑑 en la gráfica siguiente y se puede observar que el periodo de la

señal para sacar el valor promedio de 𝑉𝑑

El valor promedio de la señal anterior proporciona el valor de 𝑉𝑑 que se calcula más adelante. La

siguiente gráfica muestra el valor promedio de dicha señal.



Por lo tanto el voltaje 𝑉𝑑 es

𝑉𝑑=72.571 𝑉

Ahora, para verificar, recordando la fórmula

Se calcula el valor promedio de 𝑖𝑑 y se identifica un periodo de la señal en la gráfica siguiente

Y se calcula su valor promedio



Se tiene que 𝐼𝑑 = 14.481. Sustituyendo

Ahora usando el valor calculado en el problema 2 para 𝐼𝑑 = 4.2498, sustituyendo:

4. Inversor a Tiristores Monofásico (PSpice Schematic: Thyinv1)



1.

a. Obtener las formas de onda de los voltajes 𝑣𝑠, 𝑣𝑑 y de la corriente 𝑖𝑑 usando

Thyinv1

b. Obtener las formas de onda de 𝑣𝑠 e 𝑖𝑠

2. Calcular 𝐼𝑠, el %THD en la corriente de entrada, el desplazamiento del factor de

potencia en la entrada y el factor de potencia de entrada

Con el análisis de Fourier para 𝐼𝑠, se obtienen los siguientes datos: FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_Ls1_L) DC COMPONENT = -8.897971E-02



HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 4.949E+01 1.000E+00 3.566E+00 0.000E+00 2 1.200E+02 2.352E-02 4.752E-04 -5.933E+01 -6.646E+01 3 1.800E+02 1.198E+01 2.421E-01 -7.807E+00 -1.850E+01

4 2.400E+02 3.120E-02 6.304E-04 -4.092E+01 -5.519E+01

5 3.000E+02 6.824E+00 1.379E-01 -5.381E+00 -2.321E+01 6 3.600E+02 3.995E-02 8.072E-04 -3.092E+01 -5.231E+01 7 4.200E+02 4.526E+00 9.145E-02 -4.464E+00 -2.943E+01 8 4.800E+02 4.826E-02 9.751E-04 -2.522E+01 -5.375E+01 9 5.400E+02 3.182E+00 6.430E-02 -3.923E+00 -3.602E+01 10 6.000E+02 5.545E-02 1.120E-03 -2.161E+01 -5.727E+01 11 6.600E+02 2.283E+00 4.613E-02 -3.374E+00 -4.260E+01 12 7.200E+02 6.104E-02 1.233E-03 -1.918E+01 -6.197E+01 13 7.800E+02 1.633E+00 3.300E-02 -2.554E+00 -4.891E+01 14 8.400E+02 6.480E-02 1.309E-03 -1.741E+01 -6.734E+01 15 9.000E+02 1.145E+00 2.313E-02 -1.140E+00 -5.463E+01 16 9.600E+02 6.659E-02 1.346E-03 -1.601E+01 -7.306E+01 17 1.020E+03 7.708E-01 1.557E-02 1.433E+00 -5.919E+01

18 1.080E+03 6.645E-02 1.343E-03 -1.471E+01 -7.890E+01 19 1.140E+03 4.851E-01 9.803E-03 6.478E+00 -6.127E+01 20 1.200E+03 6.450E-02 1.303E-03 -1.342E+01 -8.473E+01 21 1.260E+03 2.744E-01 5.545E-03 1.774E+01 -5.715E+01 22 1.320E+03 6.097E-02 1.232E-03 -1.194E+01 -9.039E+01 23 1.380E+03 1.429E-01 2.887E-03 4.777E+01 -3.425E+01 24 1.440E+03 5.614E-02 1.134E-03 -1.015E+01 -9.573E+01 25 1.500E+03 1.233E-01 2.491E-03 1.009E+02 1.180E+01 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 3.070688E+01 PERCENT

Se obtiene de los datos que el %THD = 30.70 %; y se calcula el DPF

𝐷𝑃𝐹=cos(∅𝑎𝑟𝑚1)=0.998

Para el cálculo del factor de potencia

Ya que Is = Id, se saca de la gráfica de id su valor promedio



Id = 36.971 A, se iguala a Is y a calcular el valor de Is1

La potencia promedio es 𝑃=𝑉𝑠 𝐼𝑠1 𝐶𝑜𝑠 (𝑎𝑟𝑚∅1)

𝑃=120∗32.3∗Cos(3.56)=3.8685 𝐾𝑊

La potencia instantánea:

S=𝑉𝑠 𝐼𝑠=120∗ 36.97 = 4.4364KVA El factor de potencia:

𝑃𝐹 =3.8685 KW

4.4364KVA= 0.871991

3. Estudiar el arranque de operación del inversor. Incrementar el ángulo de retraso a un

valor cercano a 180 (por ejemplo, 150) y ver las formas de onda de 𝑣𝑠 , 𝑣𝑑 𝑒 𝑖𝑑.

Repetir lo de arriba reduciendo lentamente hasta su valor nominal de

135Graficar la corriente 𝐼𝑑 promedio de CD contra .



Para realizar el problema anterior primero se analizaron las formas de onda en Vs, Vd, e Id, estas se encuentran en la gráfica siguiente Vs tiene asignado el color rojo, Vd el color verde y por ultimo Id el color azul.

A continuación el barrido que disminuye el valor de alfa hasta los 135° desde 150° muestra en la

siguiente gráfica, las formas de onda para diferentes alfas del valor de is.

Periodo estable de id para α = 150°



Delimitando el análisis al periodo acotado se procede a calcular id mediante la función AVG se

tiene

Id = 5.1191 A para α = 150°.





tiene

Id = 6.3116 A para α = 147°.





tiene

Id = 7.4507 A para α = 144°





tiene

Id = 11.491 A para α = 141°





tiene

Id = 24.213 A para α = 138°

Para α = 135° ya se había realizado el cálculo con los resultados obtenidos por el análisis de Fourier



Ahora, se grafican los valores de Id contra valores de ángulo de α

5. Rectificador trifásico a tiristores tipo puente (PSpice Schematic: Thyrect3)



1.

a. Obtener las formas de onda de los voltajes 𝑣𝑎 , 𝑣𝑑 y de la corriente 𝑖𝑑 usando

Thyrect3.

b. Obtener las formas de onda de 𝑣𝑎 𝑒 𝑖𝑎.

c. Obtener las formas de onda de (𝑣𝑎)𝑝𝑐𝑐, (𝑣𝑎𝑏)𝑝𝑐𝑐 e 𝑖𝑎.



2. De las gráficas, obtener el intervalo de conmutación 𝜇 e 𝑖𝑑 al inicio de la

conmutación. Verificar con la siguiente ecuación de conmutación:

Dónde 𝐿𝑠 = 𝐿𝑠1 + 𝐿𝑠2. Para 𝐼𝑑 usar el valor promedio de 𝑖𝑑 o su valor al principio de la conmutación.

Se calcula Id como valor promedio de la señal id, se debe identificar a id y uno de sus periodos estables, para simplificar el análisis.



Una vez obtenido este dato se usa la función AVG para calcular el valor promedio

La grafica 30 muestra el valor de Id = 23.549 A. De aquí sigue

Ahora se calcula con Id =id durante el inicio de la conmutación, para ello se necesita el valor de id obtenido en la primer gráfica, Id = 21.492 calculando u



Se tiene de manera analítica el valor de u. También se puede calcular de manera gráfica, obteniendo el intervalo de conmutación.

𝑡𝑜=11.807𝑚𝑠 𝑡𝑓=12.043𝑚𝑠

𝑡𝑢=𝑡𝑓−𝑡𝑜 𝑡𝑢=236𝑢𝑠

Si 1° = 46.29us se tiene

La mejor aproximación al valor real de u está dada por la Id en el periodo de conmutación

3. Por medio de análisis de Fourier de 𝑖𝑠, calcule los componentes armónicos en

proporción a su componente fundamental 𝐼𝑠1 FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_Ls2a) DC COMPONENT = 3.679213E-04 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 2.592E+01 1.000E+00 -2.735E+01 0.000E+00 2 1.200E+02 4.119E-04 1.589E-05 -9.195E+01 -3.725E+01 3 1.800E+02 2.709E-04 1.046E-05 -1.633E+02 -8.120E+01 4 2.400E+02 2.399E-04 9.256E-06 1.389E+02 2.483E+02 5 3.000E+02 5.977E+00 2.306E-01 4.344E+01 1.802E+02 6 3.600E+02 1.428E-04 5.509E-06 2.035E+01 1.845E+02 7 4.200E+02 2.701E+00 1.042E-01 -1.218E+01 1.793E+02 8 4.800E+02 1.056E-04 4.076E-06 -1.129E+02 1.059E+02 9 5.400E+02 9.970E-05 3.847E-06 1.724E+02 4.185E+02 10 6.000E+02 1.071E-04 4.132E-06 1.297E+02 4.032E+02 11 6.600E+02 2.232E+00 8.615E-02 5.879E+01 3.597E+02 12 7.200E+02 7.271E-05 2.806E-06 2.473E+01 3.529E+02 13 7.800E+02 1.521E+00 5.869E-02 3.995E+00 3.596E+02 14 8.400E+02 5.432E-05 2.096E-06 -1.171E+02 2.658E+02 15 9.000E+02 6.485E-05 2.502E-06 1.606E+02 5.709E+02 16 9.600E+02 7.158E-05 2.762E-06 1.280E+02 5.656E+02 17 1.020E+03 1.298E+00 5.009E-02 7.450E+01 5.395E+02 18 1.080E+03 4.900E-05 1.891E-06 3.240E+01 5.247E+02 19 1.140E+03 1.011E+00 3.899E-02 1.985E+01 5.395E+02



20 1.200E+03 3.383E-05 1.305E-06 -1.214E+02 4.257E+02 21 1.260E+03 5.116E-05 1.974E-06 1.522E+02 7.266E+02 22 1.320E+03 5.531E-05 2.134E-06 1.277E+02 7.294E+02 23 1.380E+03 8.590E-01 3.315E-02 9.022E+01 7.193E+02 24 1.440E+03 3.688E-05 1.423E-06 4.053E+01 6.969E+02 25 1.500E+03 7.156E-01 2.761E-02 3.563E+01 7.194E+02 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.842762E+01 PERCENT

Tomando como base Is1 = 25.92 A. Corresponde al 100% los otros armónicos que se grafican enseguida

4. Calcule 𝐼𝑠, el porcentaje de THD en la corriente de entrada, el desplazamiento del

factor de potencia en la entrada y el factor de potencia en la entrada.

El % THD está dado por los datos del análisis de Fourier %THD = 28.42% , para calcular el DFP:

𝐷𝐹𝑃=𝐶𝑜𝑠(∅𝑎𝑟𝑚1)

𝐷𝐹𝑃=0.8882

El valor pico de Is1 = 26 A. Su valor rms es

Is1(rms) = 18.38 A

La potencia promedio 𝑃=𝑉𝑠 𝐼𝑠1 𝐶𝑜𝑠 (𝑎𝑟𝑚∅1)

𝑃=120∗18.38∗Cos(−27.35°)=1959.05𝐾𝑊



Hay que calcular el valor RMS de Is identificando un periodo de dicha corriente cuando está en estado estable

En la gráfica se puede ver el valor RMS de la señal

Se calcula la potencia instantánea:

𝑆=𝑉𝑠 𝐼𝑠=19.068∗120=2.288𝐾𝑉𝐴 El factor de potencia



5. Verificar la siguiente ecuación:

Se tiene

Además

𝐷𝑃𝐹 ≃0.6749 Se puede comprobar la aproximación de estas ecuaciones, con un grado de exactitud considerable ya que estas son sacadas considerando un trapezoide y se alejan de la realidad.

6. En el punto de acoplamiento común, obtener lo siguiente a partir de la forma de

onda del voltaje 𝑣𝑝𝑐𝑐:

a. Profundidad de la Hendidura de línea (%)

Se tiene que el 𝜌(%) está dado por la siguiente expresión

Sustituyendo

b. Área de la Hendidura de línea

Lo primero que se verifica es el área de la mitad de uno de los periodos de la onda de los voltajes de línea, ya que esta es la misma que V(pcc) pero sin las muescas que esta forma de onda tiene.



Para eso se usa la herramienta de la función AVG (promedio) y se puede ver el cálculo arrojado en

la siguiente gráfica.

Se calcula el área de la misma señal sin las muescas. Primero se define el análisis en un semi ciclo

de la señal V(pcc) y se procede a hacer el cálculo al igual que en la gráfica anterior



Se tienen dos áreas, las cuales se nombran como a1 y a2. A simple vista el área de la muesca debe

ser menor al área total de figura. Entonces

𝑎2−𝑎1=𝐴𝑚𝑢𝑒𝑠𝑐𝑎

187.724−186.598= 0.926

c. %THD del voltaje

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(N05083) DC COMPONENT = -7.611652E-04 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 1.686E+02 1.000E+00 -3.059E+01 0.000E+00

2 1.200E+02 2.632E-03 1.562E-05 -1.692E+02 -1.080E+02

3 1.800E+02 1.216E-03 7.216E-06 -9.435E+01 -2.589E+00 4 2.400E+02 2.079E-03 1.233E-05 5.843E+01 1.808E+02 5 3.000E+02 2.253E+00 1.337E-02 6.171E+01 2.146E+02 6 3.600E+02 9.866E-04 5.853E-06 -3.333E+01 1.502E+02 7 4.200E+02 1.425E+00 8.453E-03 -9.460E+01 1.195E+02 8 4.800E+02 2.347E-03 1.392E-05 -1.183E+02 1.264E+02 9 5.400E+02 1.537E-03 9.117E-06 -3.950E+01 2.358E+02 10 6.000E+02 2.300E-03 1.364E-05 1.147E+02 4.206E+02 11 6.600E+02 1.852E+00 1.099E-02 1.350E+02 4.715E+02 12 7.200E+02 1.031E-03 6.119E-06 3.004E+01 3.971E+02 13 7.800E+02 1.489E+00 8.836E-03 -2.050E+01 3.771E+02

14 8.400E+02 2.258E-03 1.340E-05 -5.987E+01 3.684E+02 15 9.000E+02 2.135E-03 1.267E-05 2.417E+01 4.830E+02 16 9.600E+02 2.348E-03 1.393E-05 1.715E+02 6.609E+02 17 1.020E+03 1.665E+00 9.878E-03 -1.514E+02 3.686E+02 18 1.080E+03 1.084E-03 6.430E-06 8.912E+01 6.397E+02 19 1.140E+03 1.446E+00 8.579E-03 5.329E+01 6.345E+02 20 1.200E+03 2.241E-03 1.330E-05 -7.342E-01 6.110E+02 21 1.260E+03 2.720E-03 1.614E-05 9.126E+01 7.336E+02 22 1.320E+03 2.350E-03 1.394E-05 -1.308E+02 5.421E+02 23 1.380E+03 1.491E+00 8.846E-03 -7.773E+01 6.258E+02 24 1.440E+03 1.123E-03 6.665E-06 1.468E+02 8.809E+02 25 1.500E+03 1.347E+00 7.992E-03 1.270E+02 8.917E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.760986E+00 PERCENT Por lo tanto el %THD = 27.6 %



7. Obtener el voltaje promedio de CD 𝑉𝑑,Verificando que:

Para 𝐼𝑑 usar el valor promedio de 𝑖𝑑 o su valor al principio de la conmutación. Para obtener el voltaje promedio de Vd se identifica un periodo de la señal la gráfica siguiente

La siguiente grafica muestra el valor promedio de Vd



Se tiene que Vd = 187.721, ahora se comprueban los valores obtenidos en los cálculos matemáticos, para id = Id = 23.549A ósea su valor promedio.

Para el valor de id en el comienzo de la conmutación se tiene id(con) = 21.492 A

Al comparar valores

Se llega a



6. Inversor a Tiristores Trifásico (PSpice Schematic: Thyinv3)

1.

a. Obtener las formas de onda de los voltajes 𝑣𝑎 , 𝑣𝑑 y de la corriente 𝑖𝑑 usando

Thyinv3.

b. Obtener las formas de onda de 𝑣𝑎 𝑒 𝑖𝑎.



2. Calcular 𝐼𝑠, el %THD en la corriente de entrada, el desplazamiento del factor de

potencia en la entrada y el factor de potencia de entrada Se busca un periodo estable en la corriente de entrada



Se realiza el análisis en dicho periodo de las componentes armónicas y de su valor RMS

Is(rms) = 4.47601 A Del análisis de Fourier se obtuvieron los datos siguientes FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE I(L_Lsa_L) DC COMPONENT = -6.974006E-01 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG) 1 6.000E+01 6.209E+00 1.000E+00 -1.462E+02 0.000E+00 2 1.200E+02 5.908E-01 9.514E-02 1.599E+02 4.522E+02 3 1.800E+02 3.060E-01 4.929E-02 1.793E+02 6.178E+02 4 2.400E+02 2.926E-01 4.712E-02 -1.602E+02 4.244E+02 5 3.000E+02 2.052E+00 3.304E-01 1.664E+02 8.972E+02 6 3.600E+02 3.498E-02 5.633E-03 1.670E+02 1.044E+03 7 4.200E+02 5.136E-01 8.271E-02 1.286E+02 1.152E+03 8 4.800E+02 1.496E-01 2.410E-02 1.499E+02 1.319E+03 9 5.400E+02 1.020E-01 1.643E-02 1.704E+02 1.486E+03 10 6.000E+02 1.156E-01 1.862E-02 -1.683E+02 1.293E+03 11 6.600E+02 5.633E-01 9.072E-02 1.475E+02 1.755E+03 12 7.200E+02 1.795E-02 2.890E-03 1.523E+02 1.906E+03 13 7.800E+02 2.043E-01 3.290E-02 1.610E+02 2.061E+03 14 8.400E+02 8.636E-02 1.391E-02 1.427E+02 2.189E+03 15 9.000E+02 6.108E-02 9.837E-03 1.630E+02 2.355E+03 16 9.600E+02 7.131E-02 1.148E-02 -1.754E+02 2.163E+03 17 1.020E+03 3.115E-01 5.016E-02 1.417E+02 2.626E+03 18 1.080E+03 1.244E-02 2.003E-03 1.385E+02 2.769E+03



19 1.140E+03 1.463E-01 2.356E-02 1.711E+02 2.948E+03 20 1.200E+03 6.099E-02 9.822E-03 1.357E+02 3.059E+03 21 1.260E+03 4.349E-02 7.004E-03 1.558E+02 3.225E+03 22 1.320E+03 5.112E-02 8.233E-03 1.777E+02 3.393E+03 23 1.380E+03 2.125E-01 3.422E-02 1.375E+02 3.499E+03 24 1.440E+03 9.799E-03 1.578E-03 1.254E+02 3.633E+03 25 1.500E+03 1.164E-01 1.874E-02 1.731E+02 3.827E+03 TOTAL HARMONIC DISTORTION = 3.814597E+01 PERCENT Por lo tanto el %THD es de 38.14% Para calcular el DPF

𝐷𝐹𝑃=𝐶𝑜𝑠(∅𝑎𝑟𝑚1) 𝐷𝐹𝑃= −0.83098

Ahora el valor pico de Is1 = 6.2 A. Su valor rms será

Is1(rms) = 4.38 Amp. La potencia promedio:

𝑃=𝑉𝑠 𝐼𝑠1 𝐶𝑜𝑠 (𝑎𝑟𝑚∅1)

𝑃=120∗4.38∗Cos(−146.2°)=−437𝑊

La potencia instantánea: 𝑆=𝑉𝑠 𝐼𝑠=120∗4.47=536𝑉𝐴

Por lo tanto, el factor de potencia es

𝑃𝐹=−0.81529

3. Estudiar el arranque de operación del inversor. Incrementar el ángulo de retraso a un

valor cercano a 180 y ver las formas de onda de 𝑣𝑎 , 𝑣𝑑 𝑒 𝑖𝑑. Repetir lo de arriba

reduciendo lentamente hasta su valor nominal de 160Graficar la corriente 𝐼𝑑

promedio de CD contra .

Incrementando a α a 175° se obtienen los siguientes resultados



Para id

Para Vd



Para Va

Con el barrido se obtuvieron los siguientes valores para vd



Para Id

Para va



Los valores promedio de corriente para diferentes α de id

Comparando la corriente 𝐼𝑑 promedio de CD contra se tiene

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Análisis de Convertidores a Tiristores en PSpice