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GENERALIDADES Aos 50: SCR. Aos 70: Microprocesadores. Aos 90: ASIC y DSP IGBT Frecuencias mayores Menor tamao y coste de componentes reactivos aplicaciones. Aplicaciones Industriales:
TEMA 1. INTRODUCCIN AL MODELADO Y ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA1.1. GENERALIDADES. 1.2. REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. 1.3. DESARROLLO EN SERIE. 1.3.1. Clculo de Armnicos. 1.3.2. Potencia. 1.3.3. Clculo de valores eficaces. 1.4. FORMULACIN SISTEMTICA UTILIZANDO VARIABLES DE ESTADO.
Mayores prestaciones, Menor coste, Posibilidad de emplearlos en nuevas
Control de Motores DC, AC (70% de la energa elctrica consumida). Fuentes de Alimentacin. Energas Renovables.El objetivo de la ELECTRONICA DE POTENCIA es:
Modificar, utilizando dispositivos de estado slido, la forma de presentacin de la energa elctrica Uso de Fuentes de Alimentacin, Componentes Reactivos e Interruptores. (no Resistencias) Definicin de Interruptor Ideal:
Roff=, VBD= , Ton=0a) Interruptor Abierto
Ron=0, Ion= , Toff=0b) Interruptor Cerrado
Otras caractersticas a tener en cuenta son: coste del dispositivo y de los elementos auxiliares, potencia necesaria para controlar el dispositivo.
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 1 de 21
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 2 de 21
GENERALIDADESFlujo de Potencia
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA
R=50Fuente de Energa Elctrica Convertidor de Estado Slido
Carga
IR=10A E=500V VCE
Ejemplo simple con un solo interruptor.
Circuito de Mando
Fuente de Energa Alterna (Mono Trifsica): Red Elctrica Generador aislado: Diesel Elico Continua: Bateras Celdas de Combustible Paneles Solares
Carga Alterna (Mono Trifsica): Motor Estufa Horno Iluminacin ... Continua: Motores
Real: Cortado Saturado
IC 1mA 9.96 Amp
VCE 499.95V 2V
VRes 50mV 498V
Valores reales Ideal: Cortado Saturado IC 0 Amp 10 Amp VCE 500V 0V VRes 0mV 500V
Valores ideales Error (%): Cortado Saturado IC 0.01 0.4 VCE 0.01 0.4 VRes 0.01 0.4
Circuito de mando Microprocesadores/DSP Circuitos microelectrnicos: ASIC FPGA
Convertidor de potencia Interruptores Componentes reactivos: Transformadores Bobinas Condensadores
% de error sobre el valor mximo.
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 3 de 21
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 4 de 21
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. Elementos Bsicos
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. Elementos Bsicos
i
v=L
di dt1 t v(t )dt L t 01 2 Li 2
IL VL
L
V
i (t ) = i (t 0 ) +
L
= ivdt = L idi =
i C V
i=C
dv dt1 t i (t )dt C t 0
i (t ) = i (t0 ) +
1 t v (t ) dt L t0
v(t ) = v(t0 ) +
1 = ivdt = C vdv = Cv 2 2Ecuaciones fundamentales de Bobinas y Condensadores
Funcionamiento de una Bobina al aplicar una tensin constante
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 5 de 21
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 6 de 21
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. Elementos Bsicos
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. Elementos Bsicos
IcC
IL
VcL
VL
1 t v(t ) = v(t0 ) + i (t )dt C t0
t
Funcionamiento de un Condensador al aplicar una corriente constante
Funcionamiento de una Bobina al aplicar una tensin alternada positiva y negativa
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 7 de 21
Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 8 de 21
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. Elementos Bsicos
REGLAS PARA EL ANLISIS DE CIRCUITOS DE POTENCIA. EjemploD
IL VL
Carga LRL
L
V = E sen t
i(t)
R
Suponiendo como condicin inicial i(0)=0, cuando V se hace positivo en t=0, el diodo se polariza directamente y empieza a conducir. El circuito equivalente si se supone el diodo ideal ser:
Diodo Conduciendo
Carga LRL
V = E sen t
i(t)
R
Circuito equivalente en el primer intervalot
Ecuacin de mallas:
V = E sen t = R i + L
di dt
que, para i(0) = 0 tiene una solucin del tipo: Funcionamiento de una Bobina al aplicar una tensin alternada positiva y negativa
i (t ) =
Rt sen e L + sen( t ) 2 2 2 R +L
E
Este circuito es vlido para el anlisis en tanto i (t ) 0 . Sea t1 el instante en el que la intensidad se anula. El valor de t1 se obtiene de resolver la ecuacin i(t1)=0Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 9 de 21 Tema 1. Introduccin al Modelado y Anlisis de Circuitos de Potencia. Transparencia 10 de 21
INTRODUCCIN
TEMA 17. CONVERTIDORES CC/CA CON SALIDA SINUSOIDAL17.1 INTRODUCCIN 17.2 ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR 17.2.1 Modulacin Senoidal PWM 17.2.1.1 Armnicos 17.2.2 Sobremodulacin 17.2.2.1 Armnicos 17.2.3 Generacin de Seales PWM con Microprocesadores 17.3 INVERSOR MEDIO PUENTE. 17.4 INVERSOR PUENTE COMPLETO. 17.4.1 Modulacin Bipolar 17.4.2 Modulacin Unipolar 17.4.3 Comparacin entre Modulacin Bipolar y Unipolar 17.4.4 Efecto de Tiempos Muertos 17.5 PUENTE TRIFSICO 17.5.1 Generacin de Seales PWM Trifsicas 17.5.2 Modulacin Space Vector 17.5.3 PWM Modificado 17.5.3.1 Extensin del Indice de Modulacin 17.5.3.2 Cancelacin de Armnicos 17.5.4 Control de Corriente
Tema anterior: Inversores conmutando a bajas frecuencias: Formas de ondas cuadradas a frecuencia de red. Generacin de armnicos de baja frecuencia. Alto coste de elementos reactivos para filtrado. No es posible controlar la amplitud de las tensiones alternas generadas (en trifsica). Normalmente empleados en potencias muy elevadas (Empleo de convertidores multinivel).
Este tema: Inversores conmutando a altas frecuencias: Formas de ondas cuadradas de frecuencia mucho mayor que la de la red. Generacin de armnicos de alta frecuencia. Menor coste de elementos reactivos para filtrado. Control de la amplitud de las tensiones alternas generadas. Posibilidad de controlar las corrientes aplicadas a la carga. Empleados en potencias ms bajas: Control de velocidad de motores AC. Fuentes de alimentacin ininterrumpidas (UPS). Conexin a red de sistemas de energas renovables.
Tema 16. Inversores II. 1 de 28
Tema 16. Inversores II. 2 de 28
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Modulacin Senoidal PWMVdTA +0 A
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Modulacin Senoidal PWMts = 1 f s
2
DA +
io
$ V tri
Vd
2
TA N
D A V AN
Vcont$ V tri+ Vd 2
Rama de un Puente Inversor
$ V tri
ts = 1 f s
V AO
Vcont$ V tri+ Vd 2
Vd 2
V AO
Formas de onda en una rama de un Puente Inversor fs=1/ts : Frecuencia de modulacin (frecuencia de la onda triangular que ser constante). f1 : Frecuencia de la seal de control (puede ser variable).
Vd 2Formas de onda en una rama de un Puente Inversor
cont : Mximo de la seal de control. V tri : Mximo de la seal triangular (constante). V V
1 si Vcontrol > Vtri TA + (on) V AO = + Vd 2 1 si Vcontrol < Vtri TA (on) V AO = Vd 2Tema 16. Inversores II. 3 de 28
cont ma = : ndice de modulacin (podra ser >1) Vtri
mf =
fs : Relacin de frecuencias. f1Tema 16. Inversores II. 4 de 28
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Modulacin Senoidal PWMSi
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. ArmnicosSi
ma < 1 , La amplitud de la componente fundamental de V AO se puede obtener de:ts
Vtri
ton 2V tri
Va,cont t V tri
0
Si mf es grande, durante el tiempo ts la seal de control no variar, y el valor medio ciclo a ciclo ir coincidiendo con el valor de la senoide Va,cont ya que por semejanza de tringulos:
ma 1 se habla de sobremodulacin, el problema es que aparecen armnicos de bajas frecuencias.
(V$ )Vd 2
Para mf=15 lineal sobremodulacin onda cuadrada
AO 1
4 = 1,278
1
1
3,24
ma
Tensin de salida normalizada en funcin de ma para mf=15 Si mf=15, para ma>3,24, ser (onda cuadrada): y
(V$ )
) = (V ) (V hAO h
AO 1
=
4 Vd V = 1,278 d 2 2
AO 1
h= 3, 5, 7.
Al tratarse de una onda cuadrada no se puede controlar V AO
( )
1
salvo variando Vd .
Tema 16. Inversores II. 9 de 28
Tema 16. Inversores II. 10 de 28
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Sobremodulacin
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Sobremodulacin. Armnicos
t
Comparacin entre ma=0.8 y ma=1.5 para ms=35Armnico
Comparacin entre ma=0.8 y ma=1.5 (sobremodulacin) para ms=35
t
Tema 16. Inversores II. 11 de 28
Tema 16. Inversores II. 12 de 28
ESTUDIO DE UNA RAMA DE UN PUENTE INVERSOR. Generacin de Seales PWM con MicroprocesadoresVtri Va
INVERSOR MEDIO PUENTE
C 0
Vd/2
TA+
DA+
0
t
Vd C
Z TADA-
Vd/2
Va0 T0 T1 T0,T1= Instantes de Muestreo
Configuracin en Medio Puentet
Vtri
Va
Los condensadores con