ACTIVIDAD 1 INICIAR LA ETAPA DE PLANEACION
PRESENTADO POR: ANDRES STIVEN LUGO CÓDIGO: CARLOS ALBERTO PEDRAZA CÓDIGO: 91135628 CRISTIAN CAMILO ENCISO CÓDIGO: LEYDI JANNETH VARGAS CÓDIGO: JOHNATHAN EUGENIO CASTELBLANCO CÓDIGO:
GRUPO: 203039_14
PRESENTADO A: ING. JAIRO LUIS GUTIERREZ TUTOR
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA – ECBTI CURSO ELECTRÓNICA DE POTENCIA BOGOTÁ D.C., SEPTIEMBRE 2017
Tabla de contenido INTRODUCCION ........................................................................................................................ 3 CONTENIDO FASE 1 .................................................................................................................. 4 1.
defina que es un convertidor de DC-AC integrando las siguientes temáticas: ............... 4 Tipos Convertidores ................................................................................................................ 5 Aplicaciones Principales de los convertidores ........................................................................ 7 Factores relacionados con Eficiencia de los Convertidores .................................................... 7
Diseñar un inversor de DC a AC, El problema: ........................................................................ 8 2.
Aporte Jonhathan Eugenio Castelblanco ........................................................................... 8
3.
Aporte Carlos Alberto Pedraza ........................................................................................... 9
4.
Aporte Andres Stiven Lugo ............................................................................................... 11
5.
Aporte Leydi Janneth Vargas ............................................................................................ 12
6.
Aporte Cristian Camilo Enciso .......................................................................................... 13
CONCLUSIONES....................................................................................................................... 15 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ...................................................................................... 16
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INTRODUCCION
El presente documento contiene valiosa información acerca de los diferentes tipos y clases de conversores o inversores de
corriente directa a corriente alterna (DC-AC), información
recopilada mediante la consulta e investigación de diferentes textos y fuentes de información. Investigación y análisis realizado, con la finalidad obtener información más detallada acerca de la estructura, diseño, funcionalidad y principales
campos de aplicación de los inversores
DC/AC. Con mira a tener los conocimientos necesarios, que permitan seleccionar el mejor tipo de inversos DC-AC, que satisfaga las necesidades del problema planteado, para ser implementado en la solución del trabajo final.
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CONTENIDO FASE 1
1. defina que es un convertidor de DC-AC integrando las siguientes temáticas: •
Tipos.
•
Aplicaciones Principales.
•
Factores relacionados con la eficiencia de estos sistemas.
Primero se debemos saber que es corriente alterna y corriente directa. La corriente alterna cambia de manera cíclica su magnitud y dirección, se invierte la polaridad periódicamente en ciclos por segundo, llamados (hertz). Sin embargo, a pesar de este constante cambio de polaridad, la corriente siempre fluye del polo negativo al positivo. La corriente continua, tiene como característica principal el desplazamiento de electrones de manera continua, tanto en su intensidad como en su dirección. La corriente fluye de mayor voltaje, a menor voltaje, manteniéndose siempre la misma polaridad.
Un inversor de corriente de directa a alterna es un circuito que permite convertir una señal de tensión continua en una tensión oscilante o alterna. En este tipo de circuitos se puede controlar la frecuencia y tensión de salida alterna. Los inversores de corriente son el principio básico de funcionamiento de una UPS que en ausencia de red local toma la tensión continúa de las baterías y la conmuta convirtiéndola en una tensión alterna que a su vez alimenta una carga. Se describen inversores de CC a CA de fuentes de voltaje del modo de interruptor que aceptan una fuente de voltaje de CC como entrada y producen voltajes de salida trifásicos sinusoidales con una frecuencia baja en relación con la frecuencia de conmutación. (Mohan, Undeland, & Robbins, 2009). los inversores no tienen partes móviles y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde pequeños sistemas de suministro de conmutación de potencia en los ordenadores, a las grandes empresas eléctricas de alta tensión de corriente continua que las aplicaciones de energía de transporte a granel. Los inversores se utilizan comúnmente para la fuente de alimentación de CA con fuentes de corriente, tales como paneles solares o baterías. 4
Figura de Conexión de un inversor Tipos Convertidores
Además, entre las principales aplicaciones de estos convertidores caben destacar las siguientes: (Pozo & Jiménez, 2012)
Por tipo de salida: Inversores monofásicos: Entregan una única señal de corriente alterna
Inversor de medio puente
Inversor puente completo
Inversores en contrafase (PUSH-PULL)
Inversores Bi/Trifásicos: Entregan dos o tres señales alternas desfasadas entre sí a un determinado Angulo
Por tipo de onda de salida: Onda Cuadrada: La señal presenta una conmutación evidente entre los semiciclos positivó y negativo. En estos inversores, el voltaje de CC de entrada se controla a fin de controlar la magnitud del voltaje de CC de salida, y por tanto el inversor sólo tiene que controlar la frecuencia del voltaje de salida. El voltaje de CA de salida tiene una forma de onda parecida a una onda cuadrada, y por este motivo estos inversores se denominan inversores de onda cuadrada. (Mohan, Undeland, & Robbins, 2009) Onda Cuasi – Senoidal: La señal de salida presenta una forma senoidal con recortes en su forma de onda. La técnica que utilizan esto inversores son la 5
modulación de ancho de impulso PWM de alta frecuencia. La salida de un inversor de onda sinusoidal modificada es similar a una salida de onda cuadrada, excepto que la salida pasa a cero voltios durante un tiempo antes de cambiar de positivo o negativo. Es simple y es compatible con la mayoría de los dispositivos electrónicos, a excepción delos equipos sensibles o especiales, por ejemplo, algunas impresoras láser, lámparas Fluorescentes, equipos de audio. En estos inversores, el voltaje de CC de entrada es esencialmente de magnitud constante, como en el circuito de la figura 1, donde se usa un rectificador de diodos para rectificar el voltaje de línea. Por tanto, el inversor debe controlar la magnitud y la frecuencia de los voltajes de CA de salida. Esto se logra mediante PWM de los interruptores del inversor, y por ende estos inversores se llaman inversores PWM. (Mohan, Undeland, & Robbins, 2009) Onda Senoidal: La señal se salida tiene la forma de onda una señal seno. Estos inversores son los que utilizan las UPS para conseguir ondas senoidales puras mediante el uso de circuitos con Tiristores, Triacs y IGBT. Un inversor de onda sinusoidal pura genera una salida de onda sinusoidal casi perfecta (3% de distorsión armónica total) que es esencialmente la misma que la utilidad proporcionada por la red eléctrica. Por lo tanto, es compatible con todos los dispositivos electrónicos de CA. Este es el tipo de los utilizados en los inversores de conexión a red. Su diseño es más complejo, y cuesta más por unidad de energía. El inversor eléctrico es un oscilador electrónico de alta potencia. Un inversor de empate: (GTI: grid-tie inverter) es un tipo especial de inversor que convierte la corriente directa (DC) de electricidad en corriente alterna (AC) de electricidad y lo introduce en una red eléctrica existente. GTI se utilizan a menudo para convertir la corriente continua producida por muchas fuentes de energía renovables, como paneles solares o pequeñas turbinas de viento.
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Inversores monofásicos con cancelación de voltaje: En el caso de inversores con salida monofásica es posible controlar la magnitud y la frecuencia del voltaje de salida del inversor, aunque la entrada al inversor sea un voltaje de CC constante y los interruptores del inversor no se modulen por anchura de pulsos (y por ende la forma de onda del voltaje de salida sea como una onda cuadrada). Por tanto, estos inversores combinan las características de los dos inversores anteriores. Se debe notar que la técnica de cancelación de voltaje sólo funciona en el caso de inversores monofásicos y no para trifásicos. (Mohan, Undeland, & Robbins, 2009) Aplicaciones Principales de los convertidores
Sistemas Fotovoltaicos: La energía que se produce en los paneles es de corriente directa la cual se almacena respetivamente en las baterías, sin embargo, la demanda de energía de las cargas es del tipo alterno, por tanto, se aplican inversores para dicha aplicación.
Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS): A fin de garantizar la continuidad en la alimentación de cargas críticas cuando se presentan cortes de energía de la red local se emplean las UPS como contingencia. Estos dispositivos convierten la energía DC de las baterías en energía AC.
Control de Velocidad de Motores de corriente alterna Asíncronos y Síncronos.
Factores relacionados con Eficiencia de los Convertidores Con respecto a la eficiencia en los factores más influyentes se tienen: Frecuencia de conmutación del inversor
La eficiencia de los inversores está en función de la calidad de potencia que puedan entregar.
Un buen inversor de corriente DC-AC en mercado puede tener una eficiencia de potencia del 90% al 95% y depende los valores de carga y tensión nominales, también depende de los rangos de entrada de Tensión y corriente directa.
En comparación un inversor de onda cuadrada tendrá una muy baja eficiencia en comparación a un inversión que utilice la tecnología de PWM 7
Caída de tensión en los dispositivos conmutadores Entre otros Diseñar un inversor de DC a AC, El problema:
Suponga que trabaja para una compañía que diseña, prueba, fabrica y comercializa varios instrumentos electrónicos, incluyendo fuentes de alimentación ininterrumpidas (UPS). Su primera asignación es, desarrollar y probar en el en simulador de circuitos electrónicos el circuito convertidor DC/AC que se usara para la fabricación de UPS e Inversores para ser usados en automóviles.
El diseño debe satisfacer las siguientes especificaciones: ♦ Voltaje DC de entrada 12 V. ♦ Voltaje AC de Salida 120 V a 60 Hz. ♦ Potencia de salida de 100 a 1000 W. 2. Aporte Jonhathan Eugenio Castelblanco Respecto al diseño podemos ir identificando los requisitos a cumplir a fin de determinar cuál tipo de inversor elegir:
Otro aspecto que considero necesario delimitar es el tipo de carga que podría llegar a alimentar. Si la carga es del tipo resistivo podría usarse un rectificador de onda cuadrada, si el por el
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contrario se alimenta una carga que requiere una onda semi-senoidal se podría diseñar un inversor por modulación de pulsos.
3. Aporte Carlos Alberto Pedraza
Para el desarrollo del presente problema y buscando la solución que más se ajusta a esta al problema planteado, creo que se debería desarrollar un convertidor o inversor de voltaje DC-AC, de tipo monofásico de puente completo, el cual combina las características de los inversores PWM y los inversores de Onda cuadrada. Los inversores PWM o de ancho de pulso modulado. Este tipo es capaz de controlar la magnitud y frecuencia de la señal de salida mediante la modulación del ancho del pulso de los interruptores del inversor. Para ello existen varios esquemas que se encargan de producir voltajes de CA con forma de onda seno y bajo contenido de armónicos. Los inversores de onda cuadrada. Este tipo controla la frecuencia de la señal de salida y la magnitud de salida es controlada por otro dispositivo en la entrada cd del inversor. Sin embargo, la forma de onda lograda a través del mismo es una onda cuadrada. 9
A continuación se presenta el esquema de un rectificador controlado de onda completa clásico, utilizado en electrónica de baja potencia. Este puente está compuesto por cuatro interruptores electrónicos de potencia, lo cuales son encendidos alternadamente en parejas cada medio ciclo de la onda alterna de la fuente de poder.
Otra representación del mismo puente convertidor, se puede observar en la siguiente figura, Generalmente esta representación es la más utilizada en electrónica de potencia.
Puente rectificador monofásico
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4. Aporte Andres Stiven Lugo
Sugiero que trabajemos a cerca del Inversor tipo puente completo. Debido a que con esta configuración, se obtienen potencias nominales más altas, requiriendo menos conexiones de dispositivos en paralelo, además a comparación con el inversor de medio puente; con el mismo valor de tensión de continua de entrada, la tensión máxima de salida viene siendo el doble, es decir las corrientes en la salida y en los interruptores será la mitad. Ampliando así la cantidad de dispositivos que entren en el rango de los valores tanto de corriente como de tensión necesarios para que funcionen correctamente. Lo selecciono por encima de los inversores multinivel ya que no hay limitaciones en cuanto a valores máximos de distorsión armónica total (THD) de la señal resultante, además de la utilización de una cantidad menor de dispositivos conmutadores además de nuevas señales de disparo de estos. Teniendo en cuenta la carga a alimentar es monofásica, dejando de lado los inversores trifásicos, así que el inversor tipo puente completo monofásico cumpliría con los requerimientos de diseño. Y por último descarto los inversores en contrafase (Push-Pull), dado por las limitantes al momento de evitar la saturación del CC del transformador inversor en contrafase.
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5. Aporte Leydi Janneth Vargas
Según indica la guía de actividades se debe mencionar un tipo de inversor que nos pueda funcionar en la siguiente propuesta, el cual pueda satisfacer las siguientes especificaciones ♦ Voltaje DC de entrada 12 V. ♦ Voltaje AC de Salida 120 V a 60 Hz. ♦ Potencia de salida de 100 a 1000 W
En este caso el inversor más adecuado para el desarrollo del problema plateado por la universidad, el inversor que más se ajusta a la propuesta es construir un inversor trifásico SPWM, este inversor nos facilita ya que el funcionamiento consiste en la rectificación de las señales de voltaje trifásicas para obtener un voltaje de corriente directa, posteriormente filtrado para disminuir el rizado; con dicho voltaje de CD se alimenta la etapa de potencia, la cual en este caso es un puente inversor empleando transistores IGBT’s, los cuales son controlados mediante señales de disparo generadas por el microcontrolador PIC de la etapa digital con base a una referencia provista por el usuario 12
a través de un potenciómetro conectado a la entrada del convertidor analógico a digital (ADC) Del microcontrolador; las señales generadas por el PIC se adecuan para introducirlas al puente inversor cuya salida se aplica a la carga
6. Aporte Cristian Camilo Enciso
En mi aporte al punto 1.2 sugiero esta simulación de tener una de las especificaciones de tener un inversor que realice una entrada DC de 12v a una salida AC de 120. Sugiero en utilizar un fuente inicial de 12v con condensadores que este nos ayude a eliminar el ruido, un 555 con configuración que nos permita generar pulsos , luego utilizamos un potenciómetro que esté conectado al 555 y nos genera una frecuencia de 60 hz, dos transistores irz24 quien utilizamos para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada, por
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ultimo utilizamos un transformador para elevar el voltaje a los 120v requeridos realizándole una configuración en la inductancia primaria y secundaria.
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CONCLUSIONES
Luego del desarrollo del trabajo se puede evidenciar la importancia que tienen los inversores de voltaje en diferentes aplicaciones de la electrónica de potencia; siendo necesario tener conocimiento acerca de la aplicación o el tipo de carga a alimentar para así determinar qué tipo de inversor es el más adecuado teniendo en cuenta el costo beneficio, ya que la eficiencia de un inversor básico puede variar, presentando limitaciones en su uso, limitándose a la alimentación de equipos de tipo resistivo que no requieren una onda senoidal pura.
Se indagó a cerca de los convertidores electrónicos de potencia CC-CA, sus aplicaciones principales y algunos tipos de configuraciones, además de los factores relacionados con la eficiencia en el comportamiento de dicho sistema.
Se escogió diseñar el inversor de puente completo por medio de la justificación de algunos factores que lo hacían destacar de los demás ya que cumple con los requerimientos de diseño
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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investigación
de
Energía
UNAM.
Recuperado
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http://www.proyectodeenergiarenovable.com/Descargas/Manuales/Curso_Interco neccion_a_red/Inversores.pdf
Mohan, N. Undeland, T. Robbins, W. (2009). Electrónica de potencia: convertidores, aplicaciones y diseño, Capitulo 8 Inversores de CC-CA (pp. 177211).
Recuperado
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Mohan, N., Undeland, T., & Robbins, W. (2009). ELECTRONICA DE POTENCIA: Convertidores, Aplicaciones y Diseño (Tercera ed.). México, D. F.: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V.
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https://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_de_potencia
https://electronicadepotenciacuc.wikispaces.com/Convertidores+DCAC+(Inversores)
DC/AC, I. D. (s.f.). INVERSOR DE VOLTAJE DC/AC . Obtenido de http://construyasuvideorockola.com/proyecto_inversor_tanque_01.php
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