Trabajo de Electronica de Potencia 29-02.16-2

8/20/2019 Trabajo de Electronica de Potencia 29-02.16-2

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓNUNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DEL OESTE“MARISCAL SUCRE”

CARACAS – DISTRITO CAPITAL PNF-ING. EN ELÉCTRICIDAD

Maq!"a# $%&'()!'a# III

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INDICE

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F"'!+"a!$"(+ 4$ %a %a"'<a...;-7?

2



INTRODUCION

El siguiente trabajo nos muestra que es un inversor, su conversión y sus tipos cuando

se habla de conversión se refiere al proceso de cambio de corriente continua a

corriente alterna, que realiza el inversor esto se realiza con la finalidad de entregar un

respaldo de energía alterna a diferentes equipos o de ofrecer una energía más limpia y

sin armónicos al sistema eléctrico que se desee alimentar desarrollara´ en este trabajo

los inversores trifásicos y monofásicos y su funcionamiento e igualmente se

mencionara los equipos en los cuales es necesario inversores para el correcto

funcionamiento como los son celdas fotovoltaicas, motores !" entre otros debemos

destacar la importancia que tienen los inversores al momento de respaldo de energía

eléctrica ya que se requiere para convertir la energía de los acumuladores o baterías

#$%&' en #(%$' %

3



& #+" !"*$)#+)$#

)os inversores son circuitos que convierten la corriente continua en corriente alterna%*ás e+actamente, los inversores transfieren potencia desde una fuente de continua a

una carga de alterna%

En otras aplicaciones, el objetivo es crear una tensión alterna cuando sólo hay

disponible una fuente de tensión continua%

)os inversores se utilizan en aplicaciones tales como motores de alterna de velocidad

ajustable, sistemas de alimentación ininterrumpida #"(l' y dispositivos de corriente

alterna que funcionen a partir de una batería de automóvil%

Estos pueden ser monofásicos o trifásicos y a su vez autónomos o no autónomos,

todos son conversores $$ $( y todos trabajan en conmutación, es decir que los

semiconductores operan en corte y saturación%

)a denominación de A(,"++ implica que son inversores cuya tensión y frecuencia

de salida son propios y no están regidas por otras fuentes e+ternas de energía, es decir

que dichos parámetros son generados acorde al dise-o adoptado y son los que

entregan a la carga%

"e diferencian de los .nversores N+ A(,"++# en que estos no tienen una tensión y

frecuencia propias, debido a que no operan en forma independiente sino que trabajan

interconectados con una red de energía eléctrica #que de hecho es de tensión senoidal

y normalmente trifásica', es decir trabajan en paralelo para alimentar a las cargas

conectadas a dicha red% Es la red la que impone su forma de onda senoidal y

frecuencia, mientras que el inversor entrega energía a la red sin modificar dichos

parámetros y por tanto trabaja en conmutación natural%

4



E*+%'!," 4$ %+# !"*$)#+)$# +(+*+%(a!'+#.

En un sistema fotovoltaico con cone+ión a la red eléctrica, la potencia en corriente

continua #$$' generada por el equipo fotovoltaico debe convertirse a corriente alterna

#$(' para poder ser inyectada en la red eléctrica% Este requisito hace imprescindiblela utilización de un inversor que convierta corriente continua en corriente alterna,

para conseguir un flujo de energía cómo el que muestra la figura%

E% C+"*$)(!4+) E" P$"($ D$ O"4a C+%$(a.

El convertidor en puente de onda completa es el circuito básico que se utiliza

!ara convertir contin/a en alterna% ( partir de una entrada de continua se obtiene una

salida de alterna cerrando y abriendo interruptores en una determinada secuencia% )a

tensión de salida Vo puede ser 0 Vcc' 1 V cc, o cero, dependiendo de qué interruptoresestán cerrados% )as 2iguras a, b, c, d y e% muestran los circuitos equivalentes de las

combinaciones de interruptores%

.nterruptores cerrados 3ensión de salida, Vo

". 4 "5 0v

5



"6 y "7 1v

". y "6 8

"5 y "7 8

#a' !uente convertidor de onda completa% #b' "9 y "5 cerrados%

#c' "6 y "7 cerrados% #d' "9 y "6 cerrados% #e' "5 y "7 cerrados%

6



:ote que ". y "7 no deberían estar cerrados al mismo tiempo, ni tampoco "5 y "6%

&e otra manera habría un cortocircuito en la fuente de continua% )os interruptores

reales no se abren y se cierran instantáneamente, !or tanto, deben tenerse en cuenta

los tiempos de transición de la conmutación al dise-ar el control de los interruptores%

El solapamiento de los tiempos de conducción de los interruptores resultaría en uncortocircuito, denominado en ocasiones fallo de solapamiento #shoot1through fault'

en la fuente de tensión continua% El tiempo permitido para la conmutación se

denomina tiempo muerto #blan;ing time'%

EL INVERSOR DE ONDA CUADRADA

El esquema de conmutación más sencillo del convertidor en puente de onda completa

genera una tensión de salida en forma de onda cuadrada% )os interruptores conectan

la carga a 0 V cc cuando "9 y "5 están cerrados y a 1 Vcc cuando "6 y "7 están

cerrados% )a conmutación periódica de la tensión de la carga entre 0 Vcc y 1 Vcc

genera en la carga una tensión con forma de

7



onda cuadrada% (unque esta salida alterna no es sinusoidal, puede ser una onda de

alterna adecuada para algunas aplicaciones%

)a forma de onda de la corriente en la carga depende de los componentes de la carga%

En una carga resistiva, la forma de onda de la corriente se corresponde con la formade la tensión de salida% na carga inductiva tendrá una corriente con más calidad

sinusoidal que la tensión, a causa de las propiedades de filtrado de las inductancias%

na carga inductiva requiere ciertas consideraciones a la hora de dise-ar los

interruptores en el circuito en puente de onda completa, ya que las corrientes de los

interruptores deben ser bidireccionales%

TIPOS 0 APLICACIONES DE LOS INVERSORES AUTONOMOS

*<:<2(".$<"

$lasificación por el tipo de carga

8



)os .nversores (utónomos *onofásicos, se pueden clasificar por el tipo de carga en

base a la frecuencia de operación requerida o impuesta por dicha carga, en tres

grandes tipos=

> .nversores de frecuencia fija% "e emplean en 2uentes $onmutadas, ya sean con

tensión de salida fija o variable? !"? "uministros @esidenciales o cargas puntuales?

etc%

!or ejemplo, las fuentes conmutadas en sus diferentes tipos, por su elevado

rendimiento se emplean en !$, televisores, etc% trabajando a una frecuencia de

conmutación del orden de los 5ABC y en ciertos casos hasta 7ABz, por tanto es

necesario previamente rectificar la tensión de red y luego producir una tensión dealterna a la frecuencia mencionada, para luego volver a rectificar% $on la energía

proveniente de $eldas Doltaicas que cargan una batería de acumuladores, se puede

generar tensión alterna de 558D a la frecuencia de A8z para alimentar una peque-a

vivienda o una determinada carga%

.gualmente, con los generadores eólicos, rectificando previamente su tensión%

> .nversores de frecuencia variable% na de las aplicaciones de estos inversores

monofásicos se encuentra en los generadores o fuentes conmutadas de se-ales

alternas%

&entro de estos inversores se cuentan los implementados con el modo de control por

!F*, donde la tensión y frecuencia de salida son variables% )a aplicación

fundamental es con salida trifásica para el control de la velocidad de los motores

asincrónicos trifásicos a cupla constante, lo cual se logra manteniendo la relación

tensión Gfrecuencia Df constante, es decir a medida que se varía la frecuencia, sevaría la tensión en la misma relación% En esta aplicación la tensión E que alimenta al

inversor proviene de un rectificador trifásico a diodos con filtro de salida,

incorporado en el mismo gabinete del inversor

9



> 3odos los inversores cualquiera sea el tipo, debe estar preparados para alimentar

cargas con componentes reactivos%

> El circuito de potencia de los inversores se implementa con elementos de

conmutación= *<"2E3, LM3, *$3, ".3, .NL3, N3<, "$@, etc%

)a elección del elemento adecuado es en función de la potencia? tensión y frecuencia

requeridos por la carga y el costo del mismo%

> 3odos los inversores autónomos alimentados con fuente de tensión de c%c% necesitan

de diodos de recuperación de energía reactiva%

> :o son necesarios dichos diodos cuando la alimentación se implementa a través deuna fuente de corriente constante% #inversores a tiristores', pero en este caso será

necesario disponer de condensadores, que cumplen una doble función= "uministrar la

energía necesaria para interrumpir la conducción del tiristor a bloquear%

$ompensar la potencia reactiva inductiva de la carga y transformar la impedancia

total vista por la fuente en reactiva capacitiva%

(!).$($.<:E"=

> (ctuadores para motores de corriente alterna% !ermite variar la tensión y la

frecuencia de estos motores%

> 2uentes de alimentación ininterrumpida #!"'% Nenera una tensión senoidal a partir

de una batería con el fin de sustituir a la red cuando se ha producido un corte en el

suministro eléctrico%

> Neneración fotovoltáica% Nenera la tensión senoidal de A8z a partir de una tensión

continua producida por una serie de paneles fotovoltaicos%

En este tema, se considerará /nicamente el funcionamiento a bajas frecuencias, es

decir= los interruptores conmutando a la frecuencia de la red

11



I"()+4''!,". P)!"'!!+# 4$ "'!+"a!$"(+.

(hora trataremos el otro proceso básico denominado inversión% !or este término

debemos interpretar aquel equipo capaz de transformar la energía continua en alterna%

"i bien al estudiar los rectificadores controlados, vimos que se podía funcionar en

sentido inverso, transformando la corriente continua en alterna, y por tanto trabajando

como inversores% "in embargo, para que los rectificadores controlados realicen esta

faceta, necesitan estar conectados a una fuente alterna del e+terior como carga, que

impone la frecuencia en el lado de alterna, por lo que se llamaban inversores

controlados o guiados #no autónomos'%

En este tema se estudiarán aquellos dispositivos que funcionen automáticamente, sinnecesidad de estar conectados a ninguna red de alterna, de forma que se permita la

transformación de continua a alterna cuando en el lado de alterna sólo haya receptores

de energía% ( estos dispositivos se les denominará inversores u onduladores

autónomos o auto guiados% El funcionamiento de los inversores auto guiados se

caracterizará por ser el propio dispositivo quién determina la frecuencia y la forma de

onda de la tensión alterna suministrada a la carga% En este capítulo trataremos de

desarrollar los inversores estáticos con semiconductores% &entro de los inversores

estáticos con semiconductores, podemos distinguir dos grandes grupos=

> $on transistores para aplicaciones de baja potencia #OA88;F'%

> $on "@$ aplicables hasta potencias más elevadas #O*F'%

12



Deamos a continuación un resumen de dicha clasificación, en función de su

naturaleza y funcionamiento=

#9HPA88;H'

#BFP*F'

En general las cargas alternas de los inversores no suelen ser simplemente resistivas%$asi sin e+cepción, el factor de potencia en la carga no es la unidad, y en la mayoría

de casos la potencia media que se transfiere a la carga corresponde /nicamente a la

frecuencia del fundamental, dado que las cargas dispondrán de su componente

reactiva%

D!$)$"($# '+"!H)a'!+"$# 4$ %+# I"*$)#+)$#.

$ualquier inversor puede ser constituido por uno o varios voltajes de entrada de

corriente continua, que por medio de un conjunto de interruptores pueden ser

conectados a una carga mono o polifásica para obtener de manera alternada

semiciclos positivos y negativos en la salida% Deamos a continuación la

13

Inversiónestática

Con

transistor

Osciladores

Conversores de cc/ca. Baa

!otencia " $i os ortátiles

Con

'O()*O'O+O%

,randes -otencias

-ara *rans!ortar

Con +otores eC.(

()*O'O+

O%

Caldeo -or

Ind$cción (l$rado %.(.I



representación de las configuraciones básicas, distinguiendo entre configuraciones

monofásicas y trifásicas%

$onfiguraciones *onofásicas=

1 Estructura tipo !ush1!ull #3ransformador con toma intermedia'=

En la figura siguiente se describe este circuito y las formas de onda de las variables

más representativas=

)a fuente de c%c está representada por una batería de tensión Ds% El polo positivo está

permanentemente conectado a la toma media de un transformador que se considera

ideal #intensidad magnetizante nula, resistencia de los devanados nula, inductancia de

dispersión nula'% El polo negativo de la batería, que se toma de referencia de

tensiones para el circuito asociado al primario, se conecta alternativamente a los

e+tremos ( y L del primario mediante los interruptores .:9 e .:5%

)os interruptores están sometidos a una tensión 5Ds cuando están en abierto% )os

circuitos reales con transistores o tiristores someten por tanto a estos dispositivos a

picos de tensión todavía mayores a 5Ds debido a las inevitables oscilaciones que

tienen lugar en las conmutaciones% !or dicha razón esta configuración no es adecuada para trabajar con tensiones de alimentación altas% El transformador de toma media

tiene un grado de utilización bajo en el primario y empeora bastante el rendimiento en

los circuitos prácticos, por lo que no es aconsejable emplear esta configuración para

potencias superiores a 98BD(% )a tensión resultante en la salida es una onda

cuadrada de amplitud Ds independiente de la intensidad para cualquier tipo de carga,

cuya frecuencia está determinada por la velocidad de cierre y apertura de los

interruptores, y en los circuitos prácticos por la frecuencia de los impulsos de

e+citación de los semiconductores% )a intensidad de batería en este circuito es

perfectamente continua e igual a Ds@%

14



Estructura tipo "emi1puente

En esta topología los interruptores soportaran Ds en lugar de 5Ds, pero solo aplicanDs5 al bobinado primario%

&urante los semiperíodos en que Q9 está e+citado y saturado, la tensión en el e+tremo

derecho de la carga es 0D"5 respecto de la toma media de la batería, salvo caídas de

tensión despreciables en el semiconductor% &urante los semiperíodos en que se e+cita

Q5, la tensión en dicho e+tremo de la carga es 1D"5% )a tensión resultante en la carga

es una onda cuadrada de amplitud D"5%Esta configuración es más adecuada para

tensiones altas de la fuente $%$% que la configuración con transformador de toma

media, pero tiene el inconveniente de que la tensión en la carga es sólo la mitad de la

que hay en la batería%

!ara realizar las ondas de intensidad de salida io#t' se ha supuesto por simplicidadque la carga consiste en un circuito @)$ que tiene una impedancia a los armónicos de

la tensión de salida de forma que absorbe una intensidad io#t' senoidal pura% El

ángulo de retardo de dicha intensidad respecto a la componente fundamental deϕ

vo#t' <bservando la evolución relativa de vo#t' e io#t' se confirma la necesidad de

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disponer diodos en antiparalelo con los transistores que permitan la circulación de la

intensidad reactiva%

&urante los intervalos de conducción de los diodos, la carga devuelve intensidad a la

batería porque ésta absorbe intensidad por el terminal positivo de la mitad que opera

en cada caso, #la intensidad tiende a circular en el mismo sentido que en el instante

anterior'%

El ángulo o período de conducción de los diodos coincide con el argumento de laϕ

impedancia de carga, siendo nulo para una carga con cos R 9, en cuyo caso podríanϕ

eliminarse los diodos% El mayor período de conducción para los diodos y menor para

los transistores se da con carga reactiva pura, tanto capacitiva como inductiva cos Rϕ

8, ambos períodos son de K8S%

Estructura tipo !uente1completo%

En todos los inversores, si la carga es resistiva pura, la forma de onda de corriente es

la misma que la de tensión, con la escala correspondiente% "in embargo, cuando la

carga dispone de componentes reactivas, la intensidad estará desfasada positiva o

negativamente frente a la tensión% En los intervalos en los que la corriente y tensión

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no coincidan en signo, los interruptores se cortarán necesitando la incorporación de

diodos en antiparalelo, para posibilitar un conmutador bidireccional en corriente,

tacomo se muestra a continuación=

*anteniendo e+citados 39 y 37 #instante t9', el e+tremo T de la carga queda

conectado al polo positivo de la batería y el e+tremo 4 al polo negativo, quedando la

carga sometida a la tensión D" de la batería% Lloqueando 39 y 37 y e+citando 35 y

36 #instante t6', la tensión en la carga se invierte% aciendo esto de forma alternativa,

la carga queda sometida a una tensión alterna cuadrada de amplitud igual a la tensión

de la batería D" , lo cual supone una ventaja con respecto al inversor con batería de

toma media%

C+"!H)a'!+"$# T)!/#!'a#1

)os inversores trifásicos se utilizan en aplicaciones de mayor potencia, pudiendo

estar formados por tres inversores monofásicos independientes conectados a la misma

fuente, lo cual se muestra en la siguiente figura% )a /nica e+igencia será el desfase de

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958S de las se-ales de disparo de cada inversor con respecto a los demás, para

conseguir una tensión equilibrada a la salida%

)as tres se-ales alternas que obtienen de manera independiente en cada inversor,

pueden ser conectadas al primario de un transformador trifásico dejando la cone+ión

de sus secundarios en configuración delta o estrella en función de la carga% Este

montaje requiere tres transformadores monofásicos, doce transistores y doce diodos%

"i las tensiones de salida de los inversores monofásicos no están perfectamente

equilibradas en magnitud y fase, la salida del sistema estará descompensada

"e puede obtener otra configuración de inversor, en la que se reduzcan el n/mero de

semiconductores a utilizar, esta concepción se muestra a continuación%

18



El funcionamiento de este inversor trifásico se caracteriza por dos modos de

funcionamiento distintos en función del intervalo de conducción de cada interruptor%

a'%1 9I8S grados de conducción= $ada interruptor conduce 9I8S, de forma que siempre

e+istirán tres transistores conduciendo simultáneamente% )as terminales a, b, c,

estarán o conectados al borne positivo de la batería de entrada o al terminal negativo

de la misma% &e la secuencia de disparo #956,567,67A,7AU,AU9,%%%' se obtendrán U

intervalos de funcionamiento distintos, agrupados en 6 modos=

19



a'%1 958S grados de conducción= $ada interruptor conduce 958S, de forma que siempre

e+istirán dos transistores conduciendo simultáneamente% &e la secuencia de disparo

#95, 56,67,7A,AU,U9,%%%' se obtendrán 6 intervalos de funcionamiento distintos, en un

semiciclo de la tensión de salida=

Deamos a continuación los intervalos de funcionamiento para cada caso=

20



@egulación de la tensión de salida%

En los esquemas estudiados que funcionan como fuente de tensión, la tensión de la

salida depende de la batería de entrada de forma e+clusiva%

En los circuitos reales e+iste una pérdida de tensión en los semiconductores y en el

cableado que aumenta ligeramente con la carga% Esto es particularmente cierto en la

configuración de transformador con toma media debido a la resistencia de los

devanados%

na e+igencia de los inversores prácticos es la posibilidad de mantener constante el

valor eficaz de la tensión de salida frente a las variaciones de la tensión de entrada y

de la corriente de la carga, o incluso poder variar la tensión de salida entre unos

márgenes más o menos amplios%

)as soluciones e+istentes para este /ltimo problema se pueden agrupar en tres

procedimientos=

1 $ontrol de la tensión continua de entrada= El control de la tensión de las baterías que

alimentan al inversor, proporcionara una forma directa de controlar el valor eficaz de

la salida% Este tipo de inversor se denomina Vvariable dc1lin; .nverterV%

21



1 @egulación interna en el propio inversor= )a tensión de las baterías de entrada es

constante y la modulación !F* en la secuencia de conducción de los transistores,

proporciona una cierta regulación de la tensión eficaz de salida y una reducción del

contenido armónico, con ciertas restricciones dependiendo del tipo de modulación%

1 @egulación en la tensión de salida= consiste en disponer de un autotransformador en

la salida del inversor, controlado mecánicamente o electrónicamente mediante

tiristores% Esta solución incorpora un retraso en la respuesta del sistema y un aumento

del volumen si se necesita una tensión de salida elevada%

( continuación vamos a estudiar más detenidamente la variación de la tensión de

salida por medio de la regulación interna del propio inversor% El método más eficiente

para la regulación interna del inversor consiste en modular la anchura de los pulsos

#!F*'%

C+"+)a'!," = )$H%a'!," 4$ %a #a%!4a $4!a"($ PM%

"eg/n se ha analizado en los apartados anteriores la conformación de la onda de

salida de los inversores se realiza actuando sobre los interruptores, haciendo que

conduzca o se corte con una frecuencia igual a la frecuencia deseada en la salida%

Escoger un tipo u otro de modulación determinará el valor de la componente

fundamental así como los valores de los diferentes armónicos% (demás, en la mayoría

de aplicaciones industriales, se necesita un control de la tensión de salida del inversor

para hacer frente a las variaciones de la tensión dc de entrada, o para cumplir

mantener constante la relación voltiosfrecuencia%

)a calidad del inversor se eval/a en términos de los siguientes parámetros=

2actor armónico #2n' de la enésima componente=

22



&istorsión armónica total #3&'=

2actor de &istorsión #&2'= El 3& indica el contenido armónico total, pero no indica

el nivel de cada uno de sus componentes% (sí el factor de distorsión indica la cantidad

de distorsión armónica que queda en una forma de onda particular después de que las

armónicas de esa forma de onda hayan sido sujetas a una atenuación de segundo

orden #es decir divididas por n5'% !or lo tanto, &2 es una medida de la eficacia en la

reducción de las componentes armónicas no deseadas, sin necesidad de especificar

los valores de un filtro de carga de segundo orden, y se define como=

"iendo el factor de distorsión de una componente individual como=

E+isten diversas técnicas para controlar la ganancia, una de las más eficientes se trata

de la *odulación de la anchura del pulso #!F*'% &entro de la técnica general !F*

podemos destacar las siguientes modalidades=

*odulación de la anchura de un impulso por período # "ingle1pulse1Hidth

modulation'%

En este tipo de modulación hay un /nico pulso por semiperiodo, de forma quevariando la anchura de dicho pulso, se varía la tensión de salida del inversor% En la

siguiente figura se muestra la generación de las se-ales de puerta de los transistores y

la tensión de salida de un inversor en puente monofásico% &icha generación de

se-ales de puerta se obtiene por comparación de una onda rectangular #onda de

23



referencia' de amplitud (r con una onda triangular #portadora' de amplitud (c% )a

frecuencia de la se-al de referencia determina la frecuencia de la tensión de salida, y

variando (r desde 8 hasta (c conseguimos variar la anchura del pulso desde 8S hasta

9I8S%

*odulación de la anchura de varios impulsos iguales por período

#*ultiple1pulse1Hidth modulation'%

El contenido armónico puede ser reducido utilizando m/ltiples pulsos cada

semiperíodo% )a generación de esos pulsos se puede ver en la siguiente figura, donde

se compara una se-al triangular con una referencia

)a variación de la tensión de salida se logra variando la anchura de cada pulso W

entre cero y X:, donde : es el n/mero de pulsos por semiperíodo% )a frecuencia de

la se-al de referencia determina la frecuencia de la se-al de salida del inversor, siendo

la frecuencia fc de la portadora quien determina el n/mero de pulsos por semiperíodo%

( este tipo de modulación también se le conoce como modulación uniforme de la

anchura de pulso% El n/mero de pulsos por cada semiperíodo se calcula como=

: R fc#5fo' R *f5 R entero% donde a *f se le conoce como el índice de modulaciónde frecuencia% )as componentes del desarrollo en serie de 2ourier que se obtienen se

representan en la siguiente figura, para distintos n/meros de pulsos%

*odulación senoidal de la anchura de impulso

#"inusoidal1pulse1Hidth modulation'%

En lugar de mantener la anchura de los pulsos constante, se puede variar dicha

anchura en proporción a la amplitud de una onda senoidal, reduciendo el factor dedistorsión y los armónicos de bajo orden%

)as se-ales de disparo son generadas, tal como se muestra a continuación=

24



)a frecuencia de la se-al de referencia determina la frecuencia de salida del inversor,

y su amplitud #(r' controla el índice de modulación *, y por tanto la tensión eficaz

de salida% El n/mero de pulsos por semiciclo depende de la frecuencia de la

portadora% )a mismas se-ales de disparo se pueden obtener con una ondaunidireccional triangular%

@educción del contenido armónico%

@educir el contenido armónico del puerto alterno de tensión o corriente es una de las

tarea más complejas en el dise-o de los conversores dc1ac% )os armónicos no sólo

reducen el factor de potencia del lado de alterna, sino también aumentan las

interferencias con el propio conversor, o con equipos situados en el entorno% (demás

si el inversor alimenta una carga electromecánica, tal como un motor de alterna, el

contenido en armónicos de la forma de alterna que alimentan al motor provocan

resonancias mecánicas causando ruido ac/stico%

En una primera apro+imación, cabría pensar que un filtro pasa baja #reducción

pasiva' podría eliminar el problema de los armónicos, sin embargo, no será

demasiado efectivo cuando se aplica al inversor, la razón estriba en la relación entre

la frecuencia de conmutación y la frecuencia de la entrada o de la salida es finita enun conversor dc1ac% !or tanto en un inversor el tama-o y la efectividad de los

elementos del filtro están determinados por factores tales como la cantidad de

atenuación o el desplazamiento de fase tolerado%

$uando se requiere reducir la distorsión armónica de la tensión de salida de un

inversor de frecuencia fija o poco variable, se dispone un filtro a la salida que permite

el paso de la onda fundamental y se lo impide a los armónicos% $asi todos los filtros

empleados para este propósito tienen configuración en ) y en la siguiente se presentael esquema general=

25



)a rama serie debe tener una baja impedancia a la frecuencia del fundamental para

que no halla pérdidas de tensión y una alta impedancia a la frecuencia de los

armónicos que se quieren eliminar% )a rama paralelo debe comportarse de forma

opuesta para no cargar al inversor con una intensidad de frecuencia igual a la del

fundamental y para cortocircuitarse a la frecuencia de los demás armónicos%

"e llama atenuación del filtro para una determinada frecuencia, a la relación entre la

tensión de salida y la de entrada a dicha frecuencia% )lamando Csn y Cpn a la

impedancia de las ramas series y paralelo% !ara el armónico de orden n y para

funcionamiento en vacío se tiene=

Csn y Cpn dependen de la frecuencia considerada y por tanto, al igual que la

atenuación, suele ser mayor para frecuencias más elevadas debido al comportamiento

inductivo de Csn y capacitivo de Cpn%

26



En caso de tener una cierta carga de impedancia C)n, la atenuación mejora porque la

impedancia paralelo CYpn a considerar sería equivalente de Cpn y Cln #y siempre

menor que la impedancia Cpn'=

&icha reducción activa del contenido armónico puede realizarse de varias maneras,las cuales "e resumen a continuación=

9' Eliminación &e (rmónicos= $ontrol &e los$onmutadores

5' $ancelación de armónicos= sumar las salidasde varios conversores para cancelar variosarmónicos

6' *odulación de anchura de pulso #!F*'=&esplazar armónicos a altas frecuencias,donde son fácilmente filtrables%

)os armónicos= causas, consecuencias y soluciones

oy en día es inconcebible el mundo sin la electrónica de potencia% 2uentes de

alimentación, "istemas de (limentación .ninterrumpida #"(.', variadores develocidad de motores, reactancias de arranque de alumbrado fluorescente,

convertidores de potenciaP, campan a sus anchas por nuestras viviendas y empresas%

"u utilidad y la comodidad que nos han supuesto son innegables% :o obstante, nos

han acarreado un grave problema para la distribución y consumo de electricidad= los

armónicos de corriente eléctrica%

!odemos apro+imar el concepto de distorsión armónica a una Zmalformación[ de la

corriente eléctrica que llega a nuestros hogares y empresas% Esta Zmalformación[ está

originada por los equipos electrónicos que consumen energía eléctrica de una forma

Zno lineal[, es decir, de una forma no continua en el tiempo% Esta forma de consumir

electricidad, provoca que la forma de onda senoidal de la corriente eléctrica se

distorsione% Esta distorsión se puede descomponer en diferentes componentes,

27

&")CCIO' "

(&+O'ICO%%

-+



conocidas como armónicos% )a mayor o menor presencia de armónicos se mide con

una magnitud conocida como 3asa de &istorsión (rmónica #3&'%

)a presencia de armónicos en una instalación, o red de distribución eléctrica puedeacarrear innumerables problemas, tales como=

"obrecalentamientos en los conductores especialmente en el neutro de las

instalaciones, debido al efecto pelicular% &isparos intempestivos de .nterruptores (utomáticos y &iferenciales% &isminución del factor de potencia de una instalación y envejecimiento e

incluso destrucción de las baterías de condensadores utilizadas para su

corrección debido a fenómenos de resonancia y amplificación% Dibraciones en cuadros eléctricos y acoplamientos en redes de telefonía y de

datos% &eterioro de la forma de onda de la tensión, y consiguiente

malfuncionamiento de los aparatos eléctricos% $alentamientos, degradaciones en los aislamientos, embalamientos y frenados

en motores asíncronos% &egradaciones del aislamiento de los transformadores, pérdida de capacidad

de suministro de potencia en los mismos%

3odos estos efectos acarrean pérdidas económicas importantes debido a= :ecesidad de sobredimensionamiento de los conductores y de las potencias

contratadas en una instalación% :ecesidad de sustitución con mayor frecuencia de los aparatos y máquinas

da-ados por los armónicos% !aradas de producción debidas a los disparos intempestivos de los elementos

de protección y mando%

(hora bien, \cómo podemos detectar la presencia de armónicos en nuestra

instalación] (demás de la propia observación de los efectos causados y la e+periencia

de los técnicos de mantenimiento, podemos recurrir a instrumentos tales como

osciloscopios, multímetros y pinzas de verdadero valor eficaz #3*@"', multímetros

medidores de armónicos y analizadores de redes eléctricas, además de la e+istencia de

28



especialistas y profesionales que nos pueden hacer un diagnóstico de los problemas

de armónicos de nuestra instalación%

$onocidos lo que son, los efectos que producen y cómo se pueden detectar, veamosahora algunas de las m/ltiples soluciones que e+isten=

"obredimensionamiento de conductores y pletinas% tilización de un neutro

para cada fase% tilización de transformadores de aislamiento de estrella1triángulo, con

secundario en zig1zag o con doble secundario% 2iltros pasivos como las impedancias antiarmónicas o los llamados Zshunt

resonantes[, formados por elementos pasivos como inductancias ycondensadores% 2iltros activos y convertidores Zlimpios[%

tilización de diferenciales Zsuperinmunizados[ calibrados para soportar altas

tasas de 3&% "eparación de los elementos no lineales de las Zcargas limpias[ en una

instalación eléctrica% .mpedancias de alisado, conectadas a las cargas no lineales% 2iltros en

cargadores y alimentadores%

(lertados de la presencia de los armónicos e informados de sus características, puntos

fuertes y debilidades, podemos armarnos y defendernos de ellos%

DEFINICIÓN PM

)a modulación por ancho de pulsos #también conocida como !F*, siglas en inglés

de pulse1Hidth modulation' de una se-al o fuente de energía, es una técnica en la que

se modifica el ciclo de trabajo de una se-al periódica #una senoidal, por ejemplo', ya

sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones, o para

controlar la energía que se envía a una carga%

El ciclo de trabajo de una se-al peródica es el ancho relativo de su parte positiva en

relación con el periodo% E+presado matemáticamente=

29



&onde=

& es el ciclo de trabajo

t9 es el tiempo en que la función es positiva #ancho del pulso'

3 es el periodo de la función

!(@^*E3@<" .*!<@3(:3E"

(lgunos parámetros importantes de un !F* son estos=

)a relación de amplitudes entre la se-al portadora y la moduladora, siendo

recomendable que la /ltima no supere el valor pico de la portadora y esté centrada en

el valor medio de ésta%

)a relación de frecuencias, donde en general se recomienda que la relación entre la

frecuencia de la portadora y la se-al sea de 98 a 9%

E) $.@$.3<

E+isten varias construcciones de un circuito !F*% El siguiente circuito es un

$ircuito *odulador por (ncho de !ulso construido mediante un circuito integrado

AAA%

(!).$($.<:E"

30



na de las aplicaciones más comunes de este tipo de circuitos, es la regulación de la

velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos, ya que

mantienen el par motor constante y no suponen un desaprovechamiento de la energía

eléctrica%

<tra aplicación es enviar información de manera analógica, ya que son /tiles para

comunicarse de forma analógica con sistemas digitales%

.:$<:DE:.E:3E"

)a principal desventaja que presentan los circuitos !F*, es la posibilidad de que

haya interferencias generadas por radiofrecuencia% _stas pueden minimizarse,

ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de

alimentación%

2:$.<:(*.E:3< y $^)$)<"

"i se analiza el funcionamiento del circuito, cuando se recibe un impulso de disparo

inferior a 95 Dref por el terminal 5 #disparo', el condensador se carga a través de @,

hasta que la tensión en sus bornes alcance el valor D ref #tensión en el terminal A', que

es precisamente la que va a controlar el circuito, D 8% &urante este periodo, la salida

del circuito integrado #pin 6' ha estado a nivel alto, correspondiente a la

temporización del circuito% En ese momento, la salida del AAA pasa a Z8[ cesando la

temporización y pasando a descargarse el condensador, quedando en disposición de

iniciar una nueva temporización%

)a ecuación de la carga del condensador es una e+ponencial creciente=

4 cuando tR3, el condensador ha alcanzado el nivel de tensión aplicado en la patilla 5#Dref ', que es el voltaje de control, D8% "ustituyendo=

31



!or lo tanto, la e+presión de la duración del impulso de salida es=

$omo se puede observar en la ecuación obtenida, la duración del impulso de salida es

directamente proporcional a la tensión de control% !or lo tanto, para obtener la

duración má+ima del impulso de salida, se debe aplicar la tensión de control má+ima,D8,ma+=

!ara obtener la duración mínima del impulso de salida que el circuito puede

proporcionar, se debe aplicar la mínima tensión de control, D8,min=

32



ANALISI DE FUNCIONAMIENTO

C,+ "'!+"a $% +3K$(+ H%+3a% $"($

El objeto al encenderse, aumenta su temperatura por medio de una resistencia interna

la cual transforma la energía eléctrica en calor o energía térmica haciendo así que su

proceso de planchado se lleve a cabo%

En qué principio se basa] \Qué propiedades han de tener]

"e basa en la termodinámica y el efecto Moule #consiste en el principio de la plancha

eléctrica'%

1 )as propiedades que deben tener son=

33



1 el mango debe tener baja conductividad térmica y material resistente al impacto,

1 a diferencia del mango esta resistencia debe tener buena conductividad eléctrica y

térmica para transformar la energía en calor%

1 una parte de la plancha debe ser aislante donde el usuario tiene contacto con ella, yla otra debe tener buena conductividad térmica%

\Qué relación debe e+istir entre ellos]

"e relaciona con una plancha que $omprende una placa de suela calentada por una

resistencia eléctrica y un sistema regulador de calor, en donde el miembro de control

indica el valor fijo de la temperatura, un sensor despliega la imagen de la temperatura

de la placa de suela, y un sistema de manejo controla el circuito de alimentación de la

resistencia eléctrica que se abre y se cierra, en la base a la diferencia entre el valor

fijo y la medición% )a plancha comprende un sistema de seguridad comprendiendo un

modulo electrónico, el cual= recibe del sistema de manejo información para cerrar el

circuito de alimentación de la resistencia eléctrica%

\Qué normas de manejo, mantenimiento y seguridad se deben tener en cuenta]

1 :ormas= mantener a una tempera má+ima de 588Jc y una temperatura mínima de

998Jc%

1 *antenimiento= no dejar que se deteriore el cable, no dejarla quemar y mantenerla

limpia%

1 "eguridad= no dejarla caer, conectar cuando se vaya a utilizar y desconectarla

cuando se termine, mantenerla en lugares secos, fuera del alcance de los ni-os%

\Qué energía utiliza para su funcionamiento]

Energía eléctrica y corriente alterna%

(:()."." 3E$:.$<\Que tecnología se utiliza en su fabricación]

"e utiliza tecnología de punta por que los materiales son reciclables y necesitan ser

mezclados

\Que herramientas hay que utilizar]

34



Muego de destornilladores

Muego de alicate

\$on que materiales está construido]!lástico, aluminio acero ino+idable, teflón, aluminio pulido

\!or qué crees que se utilizaron esos materiales]

!or su economía, calidad, maleabilidad, y por qué no permiten formación de

impurezas en el interior del aparato

\!uede el objeto alterar en algunas condiciones el impacto ambiental]

"i, por que es precisamente la producción de este calor y el vapor lo que lo convierte

en un electrodoméstico que no solo consume mucha energía sino que también

contamina al e+pulsar dió+ido de carbono #co5' al medio ambiente , )a plancha tiene

el más básico de los circuitos eléctricos% Es un circuito en serie donde se aplica una

fuente de voltaje a una resistencia% En el caso de la plancha la resistencia es baja la

que propicia el libre paso de la corriente% $uando eso ocurre la resistencia se calienta%

!or dise-o de la plancha la envoltura de la resistencia está haciendo contacto con la

plancha de acero, transfiriendo el calor%

El circuito eléctrico consta de=

$ordón de alimentación con clavija de tres patas los conductores son de

cobre que puede ser esta-ado o no las patas de la clavija son de bronce

cromado y el cuerpo de goma soplada alrededor de las tres clavijas%

3erminales de cone+ión= por un lado del cordón y su luz piloto de

encendido, por el otro del termostato y la resistencia%

3ermostato= se conforma con un contacto de metal cromado y otro

constituido por un bimetal que se dobla al calentarse interrumpiendo el

pas o de elect ric idad cuando la temperat ura alcanzada es la co rrec ta , posee

35



un eje o barral que comanda el dispositivo variando su temperatura de

corte%

@esistencia= construida en aleación de metales que opone resistencia

#valga la redundancia' al paso de electricidad y por ello se calienta, está

integrada a la base o suela de la plancha por lo cual en las modernas no se

puede cambiar sólo la re sis tencia sino la bas e comple ta que incluye la

cámara de vapor y en algunos casos también el termostato pues viene

soldado y de vez en cuando remachado%

)uego los dispositivos de vapor= armados en caucho de alta temperatura,

goma siliconada en los fuelles y aguja de bronce para controlar la cantidad

de agua que pasa a la cámara de vapor%

!(@3E" QE $<*!<:E: )( !)(:$(

.mpulsor de vapor a las prendas durante el proceso de planchado%

n depósito de agua dentro de la plancha utilizado para generar vapor%

n indicador que muestra la cantidad de agua que queda en el depósito%

n termostato que se asegura del mantenimiento constante de la temperatura%

!lataforma lateral en la plancha para mantenerla vertical de modo que la parte

caliente no entre en contacto con las prendas o la tabla%

&ial de control de temperatura que muestra las posibilidades de temperatura,

generalmente mostrando tipos de prenda en lugar de grados de temperatura%

&ispositivo de vapor constante envía vapor de forma regular a la prendas%

&ispositivo de control de cable el punto en que el cable se junta a la plancha tiene un

muelle para alejarlo de la vía de planchado en el momento en que se baja la plancha

#previene incendios, es más conveniente, etc%

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&ispositivo de golpe de vapor lanza un golpe de vapor a la prenda cuando el usuario

aprieta un botón%

$ontrol a través del día de la cantidad de vapor que se quiere emitir de maneraconstante%

$ontrol de anti1quemado si la plancha se deja sobre la prenda durante mucho tiempo,

se desconecta automáticamente para evitar incendios%

$ontrol de ahorro de energía si la plancha se deja sin uso durante #9819A' minutos, se

apaga para ahorrar energia y evitar incendios%

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CONCLUSION

En el trabajo presentado se puede concluir que la importancia de los inversores en el

sistema eléctrico es incalculable ya que este tipo de equipos eléctrico nos facilita el

manejo de la electricidad y fortalece la creación de nuevos modelos de creación de

energía eléctrica donde podamos acumular dicha energía y después aplicando los

inversores podamos utilizar esta energía de ser posible en todas partes de la vida

cotidiana de las personas podemos destacar los diferentes usos de los inversores y la

importancia que tiene a nivel de emergencias médicas al momento de fallar la red

principal de energía o en los sitios de trabajo al no detener la producción por fallas

eléctricas lo que nos deja como mensaje que el sistema eléctrico debe ir en la

dirección de autosustento de la energía en todos los niveles de la vida de las personas

Trabajo de Electronica de Potencia 29-02.16-2

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