ELECTRONICA DE POTENCIA Fase 2 - Diseñar la etapa de conmutación por SPWM
PRESENTADO POR: LUIS FERNANDO BUSTAMANTE COD. 1143944649
PRESENTADO A: JOHN JAIRO LEIVA
CURSO: 203039 GRUPO: 3
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA CEAD JOSE ACEVEDO Y GOMEZ ABRIL DE 2018
Etapa De Conmutación Por SPWM 2.1 Investigar y explicar detalladamente el concepto de modulación de
ancho de pulso sinusoidal (SPWM) en un documento de máximo 1 página. (Modulación de ancho de pulso sinusoidal). Los controles de actuadores que usan tecnología SPWM, son controles que poseen una tecnología que ha ido madurando con el uso de los elementos electrónicos que rectifican o convierten el voltaje de CC-CA o CA-CC, con los que se consigue el control de pulsos de los rectificadores consiguiendo el control de corriente, voltaje y frecuencia en la salida de los convertidores. Esta es una técnica de control la cual se basa en el uso de la modulación múltiple (varios pulsos de disparo en cada medio ciclo de voltaje de salida), el ancho de cada pulso varía en proporción con la amplitud de una onda sinusoidal evaluada en el centro del mismo pulso. Los inversores controlados por pulso denominados control de modulación por ancho de pulo, usados con más frecuencia en el control de motores de corriente alterna donde se consigue que las prestaciones del motor, como son torque y velocidad, sean controladas a través de las pulsaciones de los elementos de control, rectificadores de línea que son capaces de controlar la corriente, el voltaje y frecuencia de salida del elemento, drive, de control hacia el motor o actuador. Los inversores conmutados como suelen llamarse a este tipo de dispositivos, son capaces de hacer que el flujo de potencia sea reversible a través de los elementos de conmutación, regeneración, el cual sucede en el momento en que un motor es alimentado con un elemento de tecnología SPWM, y el campo magnético que se genera en el estator del motor, por efecto de la potencia suministrada por el inversor, es vencido por la carga que soporta el motor arrastrando la carga en una dirección contraria al flujo magnético que se genera en el estator del motor, esto
provoca la regeneración, efecto que el control del drive debe ser capaz de eliminar o en su defecto retornar a la red de alimentación, para que sea aprovechado por otras cargas que estén conectadas al mismo sistema de alimentación eléctrica. A este control se le denomina frenado dinámico.
Ilustración 1. SPWM
Los inversores pueden ser: de dos cuadrantes: Como el descrito anteriormente poseen control de regeneración. De cuatro cuadrantes: Estos además de controlar la regeneración, son capaces de controlar los armónicos, con sus bandas laterales, que se producen como consecuencia de la frecuencia de conmutación de los elementos de potencia del inversor. Según el sistema de alimentación pueden ser: A. Inversores de medio puente completo (Monofásicos): Alimentados desde un sistema de alimentación monofásica.
Ilustración 1: Medio puente
Ilustración 2: Puente completo
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.
El inversor necesita 3 estados para poder generar una onda seno que satisfaga las características de comportamiento de la corriente alterna, por eso la modulación que se requiere es la modulación SPW Unipolar, ya
que con esta se consigue que para semiciclos positivos, la tensión de salida conmute entre + y 0 mientras que para los semiciclos negativos lo haga entre − y
0. Además de que con este tipo de modulación los
primeros armónicos aparecen a dos veces la frecuencia de conmutación, por lo que los componentes L y C podrán tomar valores menores para una misma atenuación de los armónicos. Esto implica menor espacio, más baratos y menores efectos parásitos.
Mientras que en la modulación bipolar el control de los cuatro interruptores depende de una sola señal de control, en la modulación unipolar se controla cada rama del puente por separado, rama izquierda S1 y S4 y rama derecha S2 y S3. Ambas ramas comparten señal portadora, pero a una rama se le aplica la señal de control con un cierto desfase respecto a la otra, es posible demostrar que si este desfase es de 180° se anulan los armónicos en las cercanías de i, frecuencia de la onda portadora, y los múltiplos impares de la misma; es decir, los armónicos de orden cercano a
,3 ,5 .
..
En el control PWM senoidal se generan los anchos de pulso al comparar un voltaje de referencia triangular de amplitud Ar y y de frecuencia fr con otro voltaje semisenoidal portador de amplitud variable Ac y de frecuencia 2 fs. El voltaje semisenoidal de referencia está en fase con el voltaje de fase de entrada, pero tiene 2 veces su frecuencia. La amplitud del voltaje semisenoidal de referencia controla el índice de modulación M que varía entre 0 y 1, es decir, 0 a 100 %. El índice de modulación se define como: M = Amplitud de semisenoidal de referencia / Amplitud de triangular de referencia En una modulación SPWM, el factor de desplazamiento es la unidad y el factor de potencia se mejora en gran medida respecto del PWM normal. El Cálculo del Índice de modulación de amplitud. Para el valor de este cálculo debemos conocer dos valores fundamentales, la frecuencia de conmutación o frecuencia portadora (triangular), y la frecuencia de referencia la cual es la frecuencia que deseamos a la salida (sinusoidal).
Para este cálculo es importante que la señal triangular sea lo más perfecta que se pueda y la frecuencia muy alta permitiendo el desplazamiento de los armónicos.
Es decir, que designando la amplitud de la señal moduladora como =0.9 y
la amplitud de la señal portadora como
=1.
Tenemos
por lo tanto que: Donde
es
la relación entre la amplitud de la señal moduladora y la
amplitud de la señal portadora, para una topología de puente completo, según el valor de ≤ 1
se
pueden distinguir tres zonas de modulación: 0 <
zona lineal en la que el ancho de los pulsos aumenta a medida
que lo hace la tensión de referencia, 1 <
<
3,54 zona de sobre
modulación en la que dos o más pulsos se unen formando un único pulso y
≥ 3,54
semiciclo.
onda cuadrada en la que únicamente hay un pulso por
El Índice de modulación en frecuencia esta descrito por la siguiente ecuación:
Donde se define
como
la relación entre la frecuencia de la señal
moduladora y la frecuencia de la señal portadora, teniendo una relación donde si
<
21 se dice que un inversor está muy poco modulado,
mientras que si > 21 se dice que está muy modulado. De igual manera, como la frecuencia de la señal de salida que se necesita es de 60, se establece que la frecuencia de la onda moduladora es =60 y
la frecuencia de la señal portadora como
Tenemos por lo tanto que:
=
660.
Gráfica del nivel de distorsión armónica característico.
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.
