CICLO CONVERTIDORES

1.-INTRODUCCIN.

En muchas aplicaciones se necesita disponer de potencia elctrica de frecuencia, fija o

variable, pero distinta caracterstica que la suministrada por el generador que se dispone. Por

tanto deberemos colocar un dispositivo entre la red elctrica y la carga de forma que se

transforme la energa elctrica cambiando su frecuencia segn sea necesario. A los

convertidores directos de corriente alterna en corriente alterna de distinta frecuencia se les

conoce como cicloconvertidores. Estos sistemas sern capaces de proporcionar una corriente

alterna mono o polifsica de amplitud y frecuencia regulables, a partir de un generador de ca.

La misma funcin que realiza el cicloconversor, puede ser realizada mediante la conexin en

cascada de un rectificador, controlado o no, y un inversor autnomo, pero al ser la potencia

transformada por dos conversores, el rendimiento en casos de potencias elevadas ser

menor. En este tipo de configuracin se utiliza un estado intermedio, de unin entre el

rectificador y el inversor. Dicho elemento de unin, conocido como dc link o dc bus consiste

en un condensador o un inductor para almacenar la diferencia instantnea entre la potencia

de entrada y la de salida. A este conversor ac-ac con dc-link, se le conoce como dc link

converter.

La principal aplicacin de los cicloconvertidores se da en el control a baja velocidad de

grandes motores de c.a., donde es preciso variar la amplitud de la tensin proporcionalmente

a la frecuencia. Una ventaja importante de los cicloconversores, reside en su funcionamiento

con bloqueo de sus tiristores de forma natural y su carcter reversible, haciendo posible que

con cargas regenerativas puedan absorber potencia de la carga y entregarla a la entrada. Su

funcionamiento con conmutacin natural implica que la entrada en conduccin de un tiristor

debe provocar automticamente el bloqueo del que ha entrado en conduccin anteriormente.

Si se est en el semiciclo positivo de corriente, este bloqueo natural exige que el voltaje que

se conecta sea, en el momento de la conexin, ms positivo o menos negativo que el voltaje

antes conectado. Si por el contrario, se est en un semiciclo negativo, los tiristores que entran

sucesivamente en conduccin son los del rectificador negativo.

2.- DEFINICIN:

Los cicloconvertidores son circuitos diseados para llevar a cabo la conversin AC-AC, AC

CD y CD AC, lo que eleva el rendimiento y reduce la cantidad de componentes necesarios.

La aplicacin tpica de este circuito es en el control de velocidad de motores sncronos y de

induccin por medio de variacin de la frecuencia. En la figura 1 se muestra el diagrama de

bloques de un cicloconvertidor.

Algunos usos de cicloconvertidores son:

Impulsiones de molinos del cemento Control de motores de induccin propulsin de vehculos Calentamiento por alta frecuencia Molinos que para triturar minerales Excavadoras de minas

3. DEPENDIENDO DEL TIPO DE ALIMENTACIN SE TIENEN DIFERENTES TIPOS DE CICLOCONVERTIDORES:

3.1.-MONOFSICO MONOFSICO

El circuito consiste de dos rectificadores conectados a la misma fuente de

alimentacin monofsica. En el primer semiciclo se disparan los tiristores del puente

llamado convertidor +funcionando por una cierta cantidad de ciclos de la seal de

entrada. En el segundo semiciclo funciona el convertidor durante la misma cantidad

de ciclos que el convertidor +. As la carga recibe una tensin alterna compuesta por

semiciclos de la tensin de entrada con una frecuencia que es un submltiplo de la

original. Ver la figura 2. Cabe destacar que el ngulo de disparo puede variarse para

ajustar el valor RMS de la tensin de salida.

La forma de onda de la tensin de salida se muestra en la figura 3 para diferentes

ngulos de disparo.

Cicloconvertidor monofsico. a) Circuito de convertidor dual. b) Formas de onda del cicloconvertidor monofsico.

3.2. SECUENCIA DE DISPARO.

Durante el primer medio periodo de la frecuencia de salida, To/2, opera el

convertidor P como un rectificador controlado normal con un ngulo de retardo p= , esto es, disparando T1 y T2 en y disparando T3 y T4 en + .

Durante el segundo medio periodo To/2 opera el convertidor N como rectificador controlado normal, con un ngulo de retardoN= - ; esto es, disparando T1' y T2' en - y disparandoT3' y T4' en 2 - .

3.3.- CICLOCONVERTIDOR TRIFSICO - MONOFSICO

El principio de operacin es el mismo que el anterior solo que los convertidores + y -

pueden ser del tipo rectificador de media onda o de onda completa.

Fig. 4 cicloconvertidor monofsico (A) media onda (B) onda completa

La forma de onda para un cicloconvertidor de onda completa se muestra a continuacin. Ntese que la frecuencia de salida es un quinto de la entrada. Ver figura 5.

Fig. 5 tensin de salida monofsica con un ngulo de disparo

3.4.- TRIFSICO - TRIFSICO

Generalmente son utilizados en el control de velocidad de motores de induccin

trifsicos y se hace necesario el empleo de sistemas microprogramados para el

control de disparo por puerta debido a la gran cantidad de tiristores que componen el

circuito. Existen cicloconvertidores de media y onda completa para generar tensin

trifsica de frecuencia ajustable. En la figura 6 se muestra un convertidor AC-AC de

media onda y en la 7 uno de onda completa.

Fig. 6 cicloconvertidor trifsico de media onda

Fig. 7 cicloconvertidor trifsico de onda completa

3.4.1-CICLOCONVERTIDOR TRIFSICO TRES PULSO.

La figura 7.5a muestra un diagrama esquemtico de una de tres fases de media onda (tres

pulsos) cicloconvertidor una alimentacin monofsica carga, y la figura. 7.5b muestra la

configuracin de una de tres fases de media onda (tres pulsos) cicloconvertidor alimentacin

trifsico carga.

El proceso bsico de una cicloconversion tres fases se ilustra en la figura. 7.5c a 15 Hz, 0,6

factor de potencia retrasado carga de una fuente de 50 Hz. A medida que el ngulo de disparo

de un ciclo es de cero en el ''A' 'a 180? En medio ciclo de la frecuencia de salida es producida

(el circuito de sincronizacin debe ser proyectados de modo que introducir esta oscilacin del

ngulo de disparo). Para esta carga, Se observa que a pesar de la tensin de salida significa

invierte en X, la corriente sinusoidal de salida media (se supone) sigue siendo positiva hasta

Y. Durante XY, la A SCR, B y C en l estn invirtiendo''.''Un perodo similar existe al final del

hemiciclo negativo de la tensin de salida cuando D, E, y F SCR en la N-convertidor estn

invirtiendo''. ''Por lo tanto la operacin del convertidor sigue en el orden de''' 'rectificacin y

''Inversin'' de una manera cclica, con la duracin relativa ya que dependen del factor de

potencia de carga. La salida es que la frecuencia de la oscilacin de un ngulo de disparo

punto de reposo de 90 grados (Condicin en que la salida media tensin, a cargo de

Vm cos( ), es igual a cero). Para la obtencin del medio ciclo positivo de la tensin, disparando

un ngulo se vara de 90 a 0 y luego a 90, y para el medio ciclo negativo, de 90 a 180 y de

nuevo a 90?. Variacin de una dentro de los lmites de 180 proporciona automticamente

por ''naturales'' conmutacin de lnea de los SCR. Se muestra que un ciclo completo de baja

frecuencia tensin de salida es fabricada a partir de los segmentos de la trifsica entrada de

tensin mediante el uso de los convertidores controlados de fase. La familia de P o el

convertidor de la N-SCR recibir pulsos que son el tiempo de coccin de tal manera que cada

convertidor ofrece la misma media de salida tensin. Esto se logra, como en el caso de los

monofsicos cicloconvertidor o el convertidor dual, manteniendo el fuego limitaciones ngulo

de los dos grupos como 180 an. Sin embargo, los voltajes instantneos de dos convertidores

son no idntica, y el resultado puede no ser gran corriente circulante limitada por un reactor

de intergrupales como se muestra (que circula corriente cicloconvertidor) o completamente

suprimida mediante la eliminacin de la puerta pulsos del convertidor no conductor de un

intergrupo borrado lgico (cicloconvertidor circulacin de corriente libre).

3.4.2- CICLO COVERTIDOR DE 6 PULSOS

5.- ARMNICAS GENERADAS POR CICLOCONVERSORES

Los cicloconversores son convertidores con control de fase (ngulo de disparo variable) que

generan una tensin alterna de amplitud y frecuencia variables. Son empleados en el rango

de alta potencia (varios Megawatt) para variar la velocidad de motores sincrnicos y de

induccin. La figura 3.30 muestra el circuito de potencia de un cicloconversor de 12 pulsos

alimentando a un motor sincrnico. Este accionamiento en particular es empleado en un

molino SAG de velocidad variable.

5.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Recordando los rectificadores controlados, obtuvimos que un rectificador con tiristores, de ndice de

pulsacinp, suministraba una tensin rectificada ud formada por p fragmentos idnticos de senoide,

por cada perodo de la tensin de alimentacin. El valor medio Ud se expresaba como : U 'd = Udo

cos() . Si se vara el ngulo de conduccin desde cero hasta -, donde es el ngulo de

seguridad, la tensin Ud vara entre Udo y un valor prximo a -Udo. Sin embargo la corriente es

unidireccional.

Para poder conseguir una circulacin bidireccional de la corriente, se dispondrn dos rectificadores en

antiparalelo, tal como se muestra en la figura anterior.

Con esta configuracin, para que la tensin V en bornes de la carga tenga el mismo valor medio, sea

cual sea el rectificador que la alimenta, se deber exigir que los dos ngulos de control 1 y 2 sean

complementarios, verificando:

6.-ESQUEMA DE CONTROL CICLOCONVERTDOR

Varios sistemas de control posible (analgicas, as como digital) para seales de

activacin que se derivan del control de las cicloconvertidor bsicos se han desarrollado

a lo largo de los aos. De las combinaciones posibles de la seal de varios, se ha mostrado

[12] que una seal de referencia sinusoidal, a la frecuencia de salida deseada y para un

coseno seal moduladora cos entrada de frecuencia es la mejor combinacin posible de

comparacin para derivar las seales de activacin de los SCR (Fig. 7,11), que produce

la onda de salida con la ms baja distorsin armnica total. La modulacin de voltajes

se pueden obtener como las tensiones cambi de fase (fase B SCR para la fase A, el voltaje

de C-fase para SCR fase B, y as on) como se explica en la figura. 16,27, donde en el punto

de interseccin de

La tensin de salida cicloconvertidor para funcionamiento continuo operacin

lo que demuestra que la amplitud, frecuencia y fase de la tensin de salida puede ser

controlado por el control de la correspondencia parmetros de la tensin de referencia,

con lo que la caracterstica de transferencia de la cicloconvertidor lineal. La derivacin

de la tensin de dos formas de onda de cortesa para l o N-grupo convertidor de

espacios en blanco de esta manera se ilustra en la figura. 7,13. El resultado final de

forma de onda es cicloconvertidor compuesto por segmentos alternativos de ciclo medio

de la complementariedad P-convertidor de tensin y N-convertidor de formas de onda

de salida que coinciden con las corriente positiva y negativa, respectivamente.