UNIVERSIDAD TECNICA DE COTOPAXI
ELECTRONICA DE POTENCIA INTEGRANTES:
ALOMÍA HUGO CANDO HECTOR CLAUDIO JENNIFER ESCOBAR ALEXANDER MUSUÑA CARLOS
DOCENTE:
Ing. Edwin Moreano CICLO:
Quinto “A”
Octubre 2016-febrero 2017
Tema:
“Diseño de un inversor de DC a AC”
Objetivo General: Estructurar un inversor de DC a AC de 12 voltios continuos de entrada, 120 voltios alternos de salida y con una potencia de 1000 vatios, mediante los conocimientos adquiridos en clase, citas bibliográficas y textuales, con las respectivas características, con la finalidad de observar el funcionamiento y en lo posterior realizar su aplicación.
Objetivos específicos:
Investigar el funcionamiento de cada uno de los elementos que intervienen en el inversor específico.
Analizar los diferentes parámetros técnicos que intervienen en el proceso de construcción del inversor, por medio del estudio de las condiciones de funcionamiento de estos dispositivos electrónicos y así poder analizar las diversas cualidades de los mismos.
Ensamblar cada uno de los elementos que intervienen en el inversor de corriente continua a corriente alterna.
Visualizar el funcionamiento del inversor.
Resumen El inversor de voltaje es un sistema que convierte la tensión de corriente continua (en este caso los 12 voltios de una batería), en un voltaje simétrico de corriente alterna, que puede ser de 220V o 120V, dependiendo del país o del uso que se le piense dar a este circuito. La frecuencia del inversor se calibra de acuerdo a la frecuencia requerida por el aparato o electrodoméstico que vallamos a alimentar o de la frecuencia usada comúnmente en la zona o país. El inversor se utiliza en infinidad de aplicaciones, que van desde pequeñas UPS para computadores, hasta aplicaciones industriales de alta potencia. Otra gran aplicación de los inversores, es la de convertir la corriente continua generada por los paneles solares (que es almacenada en baterías), en corriente alterna, para luego ser utilizada en el hogar o la industria rural, reemplazando el servicio de la red pública. También a partir del almacenamiento de energía en de bancos de baterías de 48 voltios, se usa en recreación, aplicaciones náuticas y alimentación de sistemas de comunicaciones. A nivel casero se usa para la alimentación de televisores, reproductores de video y electrodomésticos en automóviles. El dispositivo de alimentación para un inversor es prácticamente una batería de un automóvil, el mismo que la salida tiene voltaje continuo y un elevado corriente, justamente lo que requiere un inversor.
Principio de funcionamiento de un inversor. El
funcionamiento
de
los
inversores
autoguiados se caracterizará por ser el propio dispositivo quién determina la frecuencia y la forma de onda de la tensión alterna suministrada a la carga. En este trabajo
trataremos
de
desarrollar
los
inversores estáticos con semiconductores.
.
Figura 1. Clasificación de inversor estática.
Dentro de los inversores estáticos con semiconductores, podemos distinguir dos
Fuente. (Aguirre, 2005)
grandes grupos:
El principio de funcionamiento se basa en
•Con transistores para aplicaciones de baja
la conducción de un interruptor durante un
potencia (<500kW).
semiperíodo, instante durante el cual se le
•Con SRC aplicables hasta potencias más
aplica a la carga una tensión igual a Vs/2,
elevadas (
junto con la imposición de una conducción
alternada y no simultánea de ambos
que aumenta ligeramente con la carga.
interruptores. La tensión rms a la salida
Esto es particularmente cierto en la
puede expresarse como:
configuración de transformador con toma
= /2
media debido a la resistencia de los
En general las cargas alternas de los
devanados.
inversores no suelen ser simplemente
I nversores.
resistivas. Casi sin excepción, el factor de
Una exigencia de los inversores prácticos
potencia en la carga no es la unidad, y en
es la posibilidad de mantener constante el
la mayoría de casos la potencia media que
valor eficaz de la tensión de salida frente a
se transfiere a la carga corresponde
las variaciones de la tensión de entrada y
únicamente
del
de la corriente de la carga, o incluso poder
cargas
variar la tensión de salida entre unos
fundamental,
a
la
dado
frecuencia que
las
dispondrán de su componente reactiva.
márgenes más o menos amplios.
Cualquier inversor puede ser constituido
Las soluciones existentes para este último
por uno o varios voltajes de entrada de
problema se pueden agrupar en tres
corriente continua, que por medio de un
procedimientos:
conjunto
-
de
interruptores
pueden
ser
Control de la tensión continua de
conectados a una carga mono o polifásica
entrada: El control de la tensión de las
para
baterías
obtener
de
manera
alternada
que
alimentan
proporcionara
salida.
controlar el valor eficaz de la salida. Este
Cada interruptor conduce 180º, de forma
tipo de inversor se denomina "variable dc-
que siempre existirán tres transistores
link Inverter".
conduciendo
-
Las
forma
inversor,
semiciclos positivos y negativos en la
simultáneamente.
una
al
directa
de
Regulación interna en el propio
terminales a, b, c, estarán o conectados al
inversor: La tensión de las baterías de
borne positivo de la batería de entrada o al
entrada es constante y la modulación
terminal negativo de la misma.
PWM en la secuencia de conducción de
En los esquemas estudiados que funcionan
los transistores, proporciona una cierta
como fuente de tensión, la tensión de la
regulación de la tensión eficaz de salida y
salida depende de la batería de entrada de
una reducción del contenido armónico, con
forma exclusiva.
ciertas restricciones dependiendo del tipo
En los circuitos reales existe una pérdida
de modulación.
de tensión en los semiconductores y en el
-
cableado
consiste
Regulación en la tensión de salida: en
disponer
de
un
autotransformador inversor,
en
controlado
la
salida
mecánicamente
del o
electrónicamente mediante tiristores. Esta solución
incorpora
un
retraso
en
la
respuesta del sistema y un aumento del volumen si se necesita una tensión de salida elevada. A continuación vamos a estudiar más detenidamente la variación de la tensión de salida por medio de la regulación interna
Figura 2. Esquema PWM
del propio inversor. El método más
Fuente. (Electromecanica, 2017)
eficiente para la regulación interna del
Regulación de salida con modulación
inversor consiste en modular la anchura de
por ancho de pulsos
los pulsos (PWM).
Proporciona
un
método
para
Conformación y regulación de la salida
disminuir el factor de DAT de la
mediante PWM.
corriente de carga.
Según se ha analizado en los apartados
Salida de un inversor PWM tiene
anteriores la conformación de la onda de
más DAT pero los armónicos
salida de los inversores se realiza actuando
tendrán unas frecuencias mucho
sobre los interruptores, haciendo que
más altas. Más fácil el filtrado.
conduzca o se corte con una frecuencia
Pero los circuitos de control de los
igual a la frecuencia deseada en la salida.
interruptores son más complejos.
Escoger un tipo u otro de modulación
Mayores pérdidas en conmutación.
determinará el valor de la componente
Requiere una señal de referencia
fundamental así como los valores de los
(sinusoide) y una señal portadora
diferentes
de onda triangular.
armónicos.
Además,
en
la
mayoría de aplicaciones industriales, se necesita un control de la tensi ón de salida
del inversor para hacer frente a las variaciones de la tensión dc de entrada, o para
cumplir
mantener
relación voltios/frecuencia.
constante
la
Formas e onda con carga R-L
Componentes:
2 Transistores 2N3055.
2 Resistencias de 330 Ohmios, 5 Watts.
2 Capacitores de Poliester 22nF de 250V.
1 Capacitor de 100nF de 400V.
1 Bateria 12V.
Figura 3. Ondas con carga resistiva e
2 Transformadores 120V a 12V.
inductiva
1 Switch.
Fuente. (Alfaro, Mayo, 2010)
Ventajas
¿Cómo actúa un inversor DC y para
1.-
qué puede utilizarse?
aproximadamente 1.45 a 2.10 horas.
de
los
Tiempo
de
inversores respaldo
de
Un inversor de potencia convierte una potencia de DC (corriente continua) de una
2.- Con un solo equipo usted tendrá
batería en una potencia AC (corriente
protección y respaldo para todos sus
alterna) convencional que puede utilizarse
equipos de cómputo, monitores de
para operar todo tipo de aparatos…luz
plasma
eléctrica, microondas, máquinas eléctricas,
impresoras, monitores, arco detector,
televisores, radios, ordenadores. Sólo se
MODEM, teléfonos , conmutadores,
trata de conectar el inversor a una batería y
CCTV
enchufar su dispositivo AC en el inversor.
iluminación estratégica con el objeto
El inversor convierte la energía de una
de que durante el apagón la tienda
batería de 12 o 24 Voltios o de varias
tenga iluminación en los pasillos.
baterías conectadas en paralelo. La batería
Trabajando de esta forma como planta
necesitará ser recargada por el consumo de
de energía eléctrica si serlo con la gran
potencia del inversor. La batería puede
ventaja de que nuestro equipo no hace
recargarse accionando el motor de un
ruido, no contamina, y se acciona
coche o un generador, panel solar o eólico.
automáticamente.
También puede usarse un cargador de
3.- A diferencia de las baterías de otros
batería conectado en una toma de red a
No Break y/o UPS nuestras baterías
efectos de recargar la batería.
son liquidas por lo cual garantizamos
y de
o
TV,
DvD,
circuitos
Sonido,
cerrados,
que el tiempo de respaldo siempre será
el tiempo de respaldo, esto lo logramos
el mismo y no como las de los No
agregando
Break y/o UPS que se desgastan cada
adicionales.
vez que se utilizan y después de un
6.- Reparación económica y rápida
tiempo ya no funcionan. Nuestras
debido a que contamos con todas las
baterías se pueden comprar en el
piezas de repuesto, que además la
mercado local y además son fabricadas
mayoría se consiguen en el mercado
en México y no son tan costosas como
nacional sin necesidad de importarlas.
las
de
7.- Precio económico con relación a los
4.-
Equipo
los
UPS
convencionales.
diseñado,
fabricado
y
bancos
UPS
de
baterías
convencionales.
tropical izado en base a la corriente de
8.- Se evita la compra de un No Break
energía eléctrica que nos suministra la
por cada equipo de cómputo o punto de
Compañía de Luz y Fuerza. (Territorio
venta que dicho sea de paso en la
mexicano),
otros
mayoría de los casos los No Break
equipos que están fabricados para
existentes no funciona o no respaldan
trabajar con corrientes de energía muy
el
estables
constantes.
problemas de operación y perdida de
5.- Posibilidad de aumentar y triplicar
datos durante lo que dura el apagón.
a
diferencia
y
de
tiempo
necesario
ocasionando
ANÁLISIS Y RESULTADOS Bueno el presente proyecto consiste en realizar un inversor de dc a ac, de las especificaciones de 12 voltios continuos de entrada y 120 voltios de alterna de sal ida con una potencia de 1000 vatios, el mismo que consta de dos transformadores conectados en serie y una puente rectificador de diodos, también el presente circuito consta de una señal pulsatorias, señales cuadráticas que en ella va el PWM, el inversor consta de un sin número de elementos que son útiles para su aplicación tales como: diodos, diodos zener, capacitores, resistencias, cables, switch, fusibles, ventilador, transistores, integrados y borneras entre otras. Cabe resaltar que el inversor presente requiere de una fuente de alimentación continuos de 12 voltios y un amperaje de 10 amperios, justamente este tipo de inversores es para un sin número de aplicación en un automóvil. Para la comprobación de la aplicación se lo realizo encendiendo una lámpara incandescente, obviamente los resultados de la salida del inversor se comprobaron y nos dio 115 voltios alternos. El ensamblaje del inversor se muestra en los anexos, para cubrirlo la placa del circuito del inversor se utilizó una caja plástica, para las conexiones de las entradas y salidas de voltajes se utilizó unos plugs hembras y machos.
CONCLUSIONES:
Se determinó que cada uno de los elementos que intervienen en el inversor tienen diferentes principio de funcionamiento, al investigar los mismos se logró generar conocimientos suficientes y necesarios para la realización de circuitos electrónicos.
Gracias a la ayuda de los componentes y cada uno de sus funciones, de igual forma a la ayuda de los avances tecnológicos y científicos, se logró identificar las características técnicas de los dispositivos eléctricos y electrónicos, así en lo posterior ver su aplicación.
Se ensambló correctamente cada uno de los dispositivos eléctricos y electrónicos, la cobertura del circuito electrónico se cubrió con una caja de plástico, para que no existiera riesgo de los cortocircuitos.
Se visualizó el funcionamiento del inversor de corriente continua a corriente alterna de 12 voltios continuos de entrada, 120 voltios alternos de salida con una potencia de 1000 vatios de potencia, mediante la utilización de una carga puramente resistivo con un foco incandescente, para la correcta visualización lo comprobamos de manera medición de los voltajes con la respectiva utilización del multímetro.
RECOMENDACIONES:
En la construcción y diseño de un inversor es necesario jugar con los transformadores para obtener una potencia deseada.
Para la visualización o realización de pruebas, es necesario tener una fuente de alimentación de 12 voltios con un amperaje elevado, utilizar una batería de un automóvil.
Es recomendable saber el principio de funcionamiento de cada uno de los dispositivos eléctricos y electrónicos que intervienen en un inversor.
Bibliografía Aguirre, J. (2005). Manual de construccion de un inversor y variador de frecuencia. San Nicolas de Galarza: Universidad Autónoma de nuevo León. Alfaro, O. (Mayo, 2010). Diseño y contruccion de un inversor monofasico. Universitaria : Universidad de el salvador. Electromecanica, I. (2017). Señales pulsatorias. Latacunga: ISIS Proteus profesional 8.
Anexos:
