Electrónica de Potencia CÓDIGO: 203039A
Unidad 2: Fase 2 - Diseñar la etapa de conmutación por SPWM UNIDAD No 2
Presentado a: JAIRO LUIS GUTIERREZ Tutor
Entregado por: Héctor Alexander Quevedo Villamil Código: 1012343624
Grupo: 203039A_471
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 03 de abril 2018 Bogotá
Investigar y explicar detalladamente el concepto de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM) en un documento de máximo 1 página. 2.1
Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo (D) de una señal periódica (una sinusoidal o cuadrada) ya sea para trasmitir información a través de un canal de comunicaciones o, para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El funcionamiento básico es simple, una serie de pulsos cuyo ancho es controlado por la variable de control, es decir si la variable de control se mantiene constante o varia muy poco, entonces el ancho de los pulsos mantendrá constante o variará muy poco respectivamente En el control por modulación de un solo ancho de pulso, existen un solo pulso por cada medio ciclo. El ancho del pulso se hace variar, a fin de controlar el voltaje de salida del inversor. Los convertidores de C.D a C.A se conocen como inversores la función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada será C.D a un voltaje simétrico de salida en C.A la magnitud y frecuencia deseadas. Si se modifica el voltaje de entrada de C.D y la ganancia del inversor se mantiene constante, es posible obtener un voltaje variable de salida. Por otra parte, si el voltaje de entrada en C.D es fijo y no es controlable, se puede obtener un voltaje de salida variable si se varia la ganancia del inversor; es por lo General se hace controlando la modulación del ancho de pulso (PWM) dentro del inversor. En vez de mantener igual el ancho de todo el pulso, como es el caso de la modulación múltiple, el ancho de cada pulso varía en proporción con la amplitud de una onda senoidal evaluada en el centro del mismo pulso. El factor de distorsión y las armónicas de menor orden se reducen en forma significativa. La modulación del ancho de pulso (PWM) de una señal es una técnica que logran producir el efecto de una señal analógica sobre una carga, a partir de la variación de la frecuencia y ciclo de trabajos de una señal digital. El ciclo de trabajo describe la cantidad de tiempo que la señal está en un estado lógico alto, como un porcentaje del tiempo total que esta toma para completar un ciclo completo, la frecuencia determina qué tan rápido se completa un ciclo (1000 Hz corresponde a 1000 ciclos en un segundo) y por consiguiente que tan rápido se cambia entre los estados lógicos alto y bajo. Al cambiar una señal estado alto a bajo a una taza lo suficientemente rápida con un cierto cicló de trabajo la salida pareciera comportarse como una señal analógica con su cante cuando está siendo aplicada para un dispositivo. Para crear una señal de 3V dada una fuente digital que puede ser alta (5V) o baja (0V), usted podría utilizar un PWM, un ciclo de trabajo de 60%, en generaría una señal de cinco voltios y el 60% del tiempo. Si la señal es conmutada es suficientemente rápida, el voltaje visto en las terminales del dispositivo parecerá ser el valor pro medio de la señal.
Si el estado lógico bajo es (0V) (es el caso más común) entonces el voltaje promedio puede ser calculado multiplicando el voltaje que represente en estado lógico alto por el ciclo de trabajo, o 5V x 0.6 = 3V – seleccionar un ciclo de trabajo de 80% sería equivalente a 4V, un 20% a 1V
APLICACIONES La es electrónica de potencia se basa en el control de potencia de la onda senoidal monofásica, por medio de la técnica SPWM, de forma tal que el ancho de pulso de la modulación PWM esté relacionado con la función senoidal, esta técnica hace que la distorsión armónica se desplace a mayor frecuencia y por consiguiente los filtros se verán simplificados. Su uso principal es el control de motores de corriente continua, aunque también pueden ser usados para controlar válvulas, bombas, sistemas hidráulicos. La frecuencia a la cual la señal PWM se generará, dependerán de la aplicación del tiempo de respuesta del sistema está siendo controlado.
CICLO DE TRABAJO DEL 75%
CICLO DE TRABAJO DEL 50%
2.2 Se debe diseñar el modulador de ancho de pulso cumpliendo con lo siguiente:
Tipo de modulación SPWM, si es unipolar o bipolar.
Cálculo del Índice de modulación de amplitud.
Cálculo del índice de modulación en frecuencia.
Gráfica del nivel de distorsión armónica característico. Distorsión armónica (Armónicos) se refiere a que la forma de onda de voltaje o corriente no es totalmente senoidal
Modulación PSWM unipolar
Foto de Energies
Modulación PSWM bipolar
Foto EETimes
Cálculo del Índice de modulación de amplitud.
Se calcula la relación del valor de voltaje pico de la señal de referencia con la señal triangular bajo la siguiente fórmula: =
Donde: = ó = =
He decidido que en mi caso, el voltaje pico de la señal de referencia será de 80V, y el de la portadora será de 150V: =
60 150
=> = 0.4
.
Cálculo del índice de modulación en frecuencia. Relaciona la frecuencia de la onda portadora con la frecuencia de la onda moduladora o de referencia: =
Donde:
= ó = =
Vale decir, que el índice de modulación de frecuencia no es fijo, es variable en algunos casos De manera normal, en accionamientos eléctricos con velocidad variable, fm varía en función de la velocidad deseada mientras fs se mantiene constante. Esto hace que el índice de frecuencias sea variable. En mi caso, para desarrollar este índice de modulación de frecuencia, he decidido que mi frecuencia sea múltiplo de la frecuencia de la tensión de línea que usaré (60Hz); La frecuencia será entonces de 60KHz: =
60 000 60
= 1000
Gráfica del nivel de distorsión armónica característico.
Ilustración 7: Gráfica de nivel de distorsión armónica
2.3 Entregar el diagrama esquemático resultante del modulador SPWM que usara para controlar la conmutación del puente inversor y los resultados de la simulación.
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