Proyecto Electrónica de Potencia Inversor trifásico tipo fuente de voltaje con modulación PWM vectorial Miguel Angel Castro Sanchez , Alumno, , Ignacio Osorio Wallace, Alumno, Carlos Mansilla Lautaro Salazar, Profesor.
Resumen : Se llevara a cabo el diseño de un inversor trifásico SVM PWM con filtro de salida el cual será alimentado por un voltaje continuo proveniente de un rectificador no controlado tipo puente con filtro de salida LC .Además se eliminara de la entrada de corriente las armónicas de mayor amplitud que pudieran afectar el sistema a través de filtros resonantes .
• Idóneo para implementar con controladores digitales. • Permite una manipulación de la frecuencia , y de la amplitud de voltaje.
1.INTRODUCCION En el diseño se busca la generación de una onda de salida , voltaje y frecuencias que varían de la original(de la red) , para ello se dividirá el diseño básicamente en 2 etapas , una en la cual se convierte el voltaje de alterna a continua , mediante la utilización de un puente rectificador trifásico , el cual estará provisto de un filtro para armónicas de corriente que pudieran dañar el sistema , además de la utilización de un filtro de enlace que tendrá como objetivo regular el ripple de voltaje obtenido a la salida .La segunda etapa estará compuesta por un inversor trifásico cuyos switches estarán controlados acorde al algoritmo de modulación vectorial , este inversor estará provisto a su salida por un filtro que eliminara las altas frecuencias lográndose con ello un voltaje mas sinusoidal en la carga .
Fig1.Circuito a diseñar
2.- RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO El rectificador nos permitirá el diseño de la primera fase del objetivo , transformar el voltaje alterno en uno de diferente frecuencia o amplitud , el rectificador trifásico de 6 pulsos permite básicamente el cambio de voltaje alterno a continuo .
El trabajo esta totalmente centrado en sacar provecho de la modulación vectorial , esta técnica utilizada para el puente inversor es manejada por 8 estados de conmutación y es considerada una de las mejores por la mejor utilización del voltaje DC, pese a que posee muchas veces la desventaja de obtenerse un alto DAT (distorsión armonica total) , están pueden ser eliminadas fácilmente media la utilización de filtros que es lo que se llevara a cabo en el diseño. Algunas ventajas son : • Asegura de manera natural que el inversor estará trabajando siempre en estados permitidos.
Fig2.Rectificador trifásico
Su modo de trabajo cumple las siguientes reglas :
a la frecuencia fundamental , para evitar que parte de esta se vaya a través del circuito resonante .
• Solo puede trabajar un diodo a la vez en la parte superior e inferior . • No pueden conducir al mismo tiempo los diodos D1,D4 / D3,D6 o D5 y D2 , pues si trabajaran los dos al mismo tiempo se produciría un corto circuito . •Existen 6 combinaciones de tensión línea a línea ( tres fases combinadas de dos en dos ) . Si se considera que un periodo del generador son 360°, la transición de la tensión línea a línea mayor deberá producirse cada 60° • La pulsación fundamental de la tensión de salida es 6w , donde w es la pulsación del generador trifásico.
Fig2.Filtro resonante LC.
Primero se obtiene la expresión de la impedancia y se iguala a 0 para obtener la relación entre L y C.
La tensión de salida está definida como: )
Entre los intervalos , luego el valor medio de la tensión de la tensión de salida es:
(
)
(
∫
(
) (
(
)
Además se debe cumplir
)
Con esta ecuación obtenemos el voltaje de salida , que para un voltaje de línea es [ ] , luego V0= √ [ ].
Con estas condiciones , eligiendo valores de L considerables , se observo que mientras mas se aumentaba la inductancia mas aumentaba el factor de potencia , y aumentaba la impedancia con respecto a la frecuencia fundamental:
3. FILTRO DE ENLACE DC 3. FILTROS PARA ELIMINACION DE ARMONICAS Producto de la línea trifásica , el efecto de la bobina y el rectificador se producen corrientes armónicas que pueden afectar el sistema hacia el cual se desea aplicar el convertidor , por ello es necesario la eliminación de las armónicas que posean mayor amplitud , estas son la 5°, 7° y 11° armónica de corriente . Para su eliminación se utilizara circuitos LC resonantes es decir que tenga 0 impedancia para las frecuencias que se desea eliminar , pues obviamente al tener menos impedancia permite el paso de las corrientes armónicas de dicha frecuencia, además de esta básica condición el filtro LC debe tener una impedancia alta respecto
El filtro LC , permite disminuir las componentes de ripple de salida del rectificador , para ello se procedió a calcular la función del transferencia del filtro . Previo a esto y ocupando las condiciones impuestas , se calcula la carga como :
Se impone una carga de 5kW y un voltaje de [ ] . Con estos datos despejando la salida de ecuación anterior se obtiene el valor de Req=52,67 [ ].
continua de la serie de Fourier , en la salida del rectificador . De esto se obtienen las ecuaciones : (1) Fig3.Filtro de enlace LC.
Donde El filtro planteado corresponde al de un filtro pasa bajo de segundo orden cuya función de transferencia es de la forma :
(Ripple voltage )-
Se toma el primer termino de alterna de la serie de fourier , por poseer este una mayor amplitud .
( ) (
( ) (
)
Haciendo la suposiciones , conforme al actuar de un filtro pasa bajo . Se tiene
(2)
, donde n=6,12,18…
)
Se ve que para n= 6 se tiene la mayor amplitud por lo cual al disminuir esta componente se disminuirán las otras siendo prácticamente despreciables . De la figura 5 se obtiene la ecuación : (3) Donde También se tiene : (
)
(4)
Reemplazando (2) en (3) Se obtiene finalmente: Fig4.Comportamiento ideal del filtro para la frecuencia fundamental
(5) Reemplazando (5) en (4) (
= =
)= [
[
]
]
Luego :
Fig5.Comportamiento ideal del filtro para la primera componente alterna de la serie de Fourier
La suposición de la figura 4 , se hace bajo la condición de la no perdida de la componente
Luego se escoge un valor de la inductancia y de Ripple, obteniéndose el valor de C correspondiente .
Para el trabajo se ha escogido un ripple y L=5e-3 [H] . Con estos datos se obtuvo un valor de Capacitancia c= 0.0032 [f] .
Fig5.Voltage de salida del rectificador con filtro de enlace
Fig5.Corriente de salida del rectificador con filtro de enlace
