Curso Electronica de Potencia

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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