Captulo 8.2

Cuando se requiere reducir la distorsin armnica de la tensin 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 armnicos.

Casi todos los filtros empleados para este propsito tienen configuracin en L y en la figura se presenta el esquema generalizado.

Von VoFn

Filtro

Z s

Zp ZLn

CARGA

La rama serie debe tener una baja impedancia a la frecuencia del fundamental para que no halla prdidas de tensin y una alta impedancia a la frecuencia de los armnicos que se quieren eliminar.

La 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 dems armnicos.

Se llama atenuacin del filtro para una determinada frecuencia, a la relacin entre la tensin de salida y la de entrada a dicha frecuencia. Llamando Zsn y Zpn a la impedancia de las ramas serie y paralelo. Para el armnico de orden n y para funcionamiento en vaco se tiene:

Zsn y Zpn dependen de la frecuencia considerada y por tanto, al igual que la atenuacin, suele ser mayor para frecuencias ms elevadas debido al comportamiento inductivo de Zsn y capacitivo de Zpn .

pnsn

pn

on

oFn

ZZ

Z

V

Vatenuacin

En caso de tener una cierta carga de impedancia ZLn, la atenuacin mejora porque la impedancia paralelo Zpn a considerar sera el equivalente de Zpn y ZLn:

siempre menor que Zpn.

Lnpn

Lnpn

pnZZ

ZZZ

Se presentan algunos de los filtros en L ms utilizados.

Los que tienen en la rama serie una sola bobina tienen el inconveniente de que se pierde en ella tensin de la frecuencia fundamental.

Los que tienen en la rama paralelo un condensador slo tienen el inconveniente de que se deriva por l una parte de la intensidad de la frecuencia fundamental.

SL

PC

LC Simple

SL

PC

SC

Resonante Serie

SL

PCpL

PCpL

Resonante Paralelo

SL

SC

Resonante Serie-Paralelo

Ambos inconvenientes se pueden eliminar en los inversores de frecuencia fija utilizando ramas resonantes sincronizadas con la frecuencia fundamental de forma que a dicha frecuencia:

con lo que:

y por tanto, la cada de tensin en la rama serie es nula y el consumo de intensidad en la paralela tambin lo es.

S

SC

L

1

1

1

p

pC

L

1

1

1

01

1

11 S

SsC

jLjZ

p

p

p

p

p

CjLj

CjLj

Z

1

1

1

1

1

1

1

Para disear un filtro de tensin a la salida de un inversor y para el caso genrico de que RL sea mucho mayor que R hacemos las siguientes consideraciones:

La ganancia G~1.

La pulsacin de esquina n

toma el valor:

Para el factor de amortiguamiento tomamos:

R

C RL

L

LCn

1

L

CR

2

La definicin de estos parmetros tambin puede hacerse teniendo en cuenta lo siguiente: RL/R suele ser mayor que diez.

R suele tener un valor pequeo, el suficiente para que 0.4 0.7.

Cuando RL disminuye ocurre que:

G disminuye (se atena el armnico principal). n aumenta (disminuye la atenuacin de los armnicos de alta

frecuencia no deseados). aumenta (el sistema se hace ms amortiguado, ms estable,

pero atena la magnitud del armnico principal). La frecuencia de esquina viene determinada por n = 1/T,

f = n/2.

Disea un filtro LC pasabajo para un inversor en puente monofsico con control PWM senoidal con once pulsos por semiperodo para que la amplitud del componente armnico de orden once no exceda del 4% siendo el coeficiente de Fourier de ste armnico b11 = 0.601. La tensin de salida es Vo = 240 V, la frecuencia f = 50 Hz y la intensidad de salida Io = 16 A siendo la carga resistiva.

Solucin:

El filtro LC se muestra en la figura y su ecuacin de definicin viene dada por:

Solucin:

El filtro LC se muestra en la figura y su ecuacin de definicin viene dada por:

La frecuencia de resonancia debe ser mayor a 50 Hz y no ser mltiplo de sta para no afectar al fundamental, tomamos, por ejemplo, fr = 140 Hz y tendremos:

L s

C p RVon VoFn

RC

V

RCL

V

p

oFn

pS

on

////

R

LjCL

RC

RCL

V

V

p

pS

on

oFn

21

1

//

//

El valor de la resistencia es:

La frecuencia del armnico del orden 11 es f11 = 550 Hz y su amplitud es:

que debe ser atenuada por el filtro hasta el 4% de la tensin de salida, es decir, hasta:

pS

rCL

f

2

1

6

21029.1

1402

1

pSCL

1516

240R

VVbV o 24.144240601.01111

VVoFn 6.9100

4240

sustituyendo estos datos en la ecuacin de definicin del filtro tendremos:

de donde despejando, LS = 0.018 H. Por tanto, el condensador presentar una capacidad:

1555021029.155021

1

24.144

6.9

62 Son

oFn

Lj

V

V

FC p 72018.0

1029.1 6

En los inversores vistos hasta ahora los circuitos de potencia se comportaban frente a la carga como una fuente de tensin que, al menos tericamente, no cambia la forma de onda de la tensin de salida ni su valor al variar la carga y s lo hace la intensidad de salida fluctuando de positivo a negativo y viceversa.

Por el contrario, en el circuito inversor como fuente de intensidad no existe este efecto ya que tiene como entrada una fuente de este tipo y la intensidad de salida se mantiene constante independientemente de la carga, siendo la tensin la forzada a cambiar.

En la figura, se muestra un inversor monofsico de este tipo en donde la bobina L debe tener un valor muy alto para que la intensidad se mantenga constante, siendo los diodos D1, D2, D3 y D4, dispuestos en serie con los transistores, utilizados para bloquear las tensiones inversas en los transistores.

VS

+

+VS

Le

Dm Ce

I L

Q1

Q2

D2

Q 3

Q4

D3

D4

D1io

LQ

CARGA

Fuente de alimentacincontinua variable

X Y(t)

VS

+

+VS

Le

Dm Ce

I L

Q1

Q2

D2

Q 3

Q4

D3

D4

D1io

LQ

CARGA

Fuente de alimentacincontinua variable

X Y(t)

t

t

t

t

t

g1

g2

g3

g4

IL

2

Intensidad del fundamental

Seales que seaplican a lasbases de los

transistores de lafigura 1.1

Intensidad en lacarga

Manteniendo excitados los transistores Q1 y Q4 se dirige la intensidad a la carga en sentido X Y, bloqueando dichos transistores y excitando Q2 y Q3 la intensidad se dirigir en sentido contrario al anterior. De esta forma, la carga siempre recibe una onda cuadrada de intensidad de amplitud IL, dependiendo la tensin del carcter de la carga conectada a la salida.

VS

+

+VS

Le

Dm Ce

I L

Q1

Q2

D2

Q 3

Q4

D3

D4

D1io

LQ

CARGA

Fuente de alimentacincontinua variable

X Y(t)

Grfica (1).

En este perodo conducen los tiristores T1 y T2 y los condensadores C1 y C2 se cargan a la tensin Vo de la carga con la polaridad indicada en la grfica.

VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

IoVo

CARGA VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

VS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

Io

Vo

CARGAVS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

(1) (2)

(3) (4)

I o

I o

I o

I o

Grfica (2). Disparando T3 y T4 bloqueamos los tiristores T1 y T2 mediante la carga almacenada en el condensador que pone el ctodo de los tiristores a mayor tensin que el nodo. Cuando C1 y C2 terminan de cargarse, la corriente seguir pasando por la carga a travs de D1 y D2 hasta que la intensidad en sta se invierta totalmente.

VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

IoVo

CARGA VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

VS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

Io

Vo

CARGAVS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

(1) (2)

(3) (4)

I o

I o

I o

I o

Grfica (3).

Los condensadores se vuelven a cargar con la tensin Vo y la polaridad indicada en la grfica.

La intensidad que recorre la carga es opuesta a los casos anteriores.

VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

IoVo

CARGA VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

VS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

Io

Vo

CARGAVS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

(1) (2)

(3) (4)

I o

I o

I o

I o

Grfica (4).

Los tiristores T3 y T4 se extinguen disparando T1 y T2. Cuando C1 y C2 terminan de cargarse, la corriente seguir pasando por la carga a travs de D3 y D4 hasta que la intensidad se invierta totalmente.

VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

IoVo

CARGA VS

+C1

+ C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

VS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

Io

Vo

CARGAVS

C1

C2

T1

D1

D4

T4T2

D 2

D 3

T3

L I L

I oVo

CARGA

(1) (2)

(3) (4)

I o

I o

I o

I o

Los condensadores C1 y C2 se cargan y descargan en proporcin a la intensidad que circula por la carga, Im = IL.

El tiempo de conmutacin depender de la amplitud de la intensidad y de la tensin en la carga.

I LQ1

Q4

D4

Q 3

Q6

D3

D6

D1

L

Q5

Q2

D2

D5

R

RR

n

I a I b

Ic

a b cVs

t

t

t

t

t

t

t

t

t

tg

a

b

c

I

I

I

Sealesde puerta

Intensidadesde lnea

180 360120 240 30060

1

g2

g3

g4

g5

g6

En este circuito slo conducen dos transistores a la vez para un determinado instante puesto que cada rama conduce para 120 siendo la intensidad que circula por la fase a la calculada mediante la siguiente expresin:

6

6cos

4

...5,3,1

tnsen

n

n

Iti

n

La

El inversor en fuente de intensidad (CSI) es un doble inversor en fuente de tensin (VSI), la tensin de lnea de un VSI tiene una forma de onda similar a la intensidad de lnea de un CSI, sin embargo, ste presenta una serie de ventajas que resumimos a continuacin:

La corriente continua es limitada y controlada desde la entrada, por

tanto, si se dispara mal un transistor no debera causar ningn problema.

La intensidad de pico del circuito de potencia es limitada.

La conmutacin de las ramas del circuito para tiristores se realiza de una forma bastante sencilla.

Este circuito presenta la posibilidad de conducir la intensidad reactiva sin diodos en antiparalelo.

Ya se ha visto que el correcto funcionamiento de los inversores est basado en que el disparo (paso a conduccin) y conmutacin (bloqueo) de los transistores o tiristores se realicen en los instantes apropiados.

a Q1

a Q2

A

A

1

2

+

+

Generadorde onda

triangular

V

El generador de onda triangular produce una seal de salida como la representada en la figura, esta onda se lleva directamente a un comparador A1 donde se la compara con una seal de referencia.

2

2

t

t

0

01tp 1

2f

VS

AcAr

Cuando la seal senoidal sea mayor que la triangular tendremos a la salida del comparador A1 un 1 lgico, por el contrario, cuando la onda triangular sea mayor que la senoidal se tendr un 0 lgico, obtenindose durante el primer semiciclo de la onda senoidal el tren de impulsos mostrado. Igualmente comparando con la seal senoidal invertida se obtendrn los impulsos necesarios para el semiciclo negativo.

Con los impulsos del primer semiciclo se dispara el tiristor o transistor 1 y con los del segundo semiciclo el tiristor o transistor 2 si se trata, por ejemplo, del circuito de potencia de un inversor con transformador de toma media.

SISTEMAS DE ALIMENTACIN ININTERRUMPIDA DE C.A.

Red

c.a.

Carga

Inversor

Inversor

Inversor

Rectificador

Rectificador

Rectificador

InterruptorEsttico

InterruptorEsttico

InterruptorEsttico

InterruptorEsttico

SISTEMAS DE CONVERSIN DE ENERGIA FOTOVOLTAICA

FILTRO

120 HZ.

DC

AC DC

AC

DC

AC

CONVERTIDOR AC - AC

TRANSFORMADOR DEALTA FRECUENCIA

INVERSOR DE ALTA

FRECUENCIA

PANELFOTOVOLTAICO

RECTIFICADORDE ALTA

FRECUENCIA

INVERSOR

INTENSIDAD DEL PANEL

TENSIN DEL TRANSFORMADOR TENSIN DE SALIDA ENFASE CON LA TENSIN DE RED

TENSIN DE RED

CORRIENTE DE CONEXINDEL FILTRO

SEAL DELRECTIFICADOR