Conversores multinivel

CONVERSORES MULTINIVEL

Juan Sebastian Jacome Mejia
e-mail:juansldu87@hotmail.com

RESUMEN: Los Conversores multinivel son conversores DC AC estáticos se basan en el funcionamiento de los inversores, estos conversores logran que una señal continua sea mas parecida a la señal senoidal es decir la que redusca la mayor cantidad de armónico posible, sumando los valores de ciertos inversores paradar una señal senoidal de forma cuadrada, entre mayor sea el número de etapas menor armónicos tendrá. La principal aplicación de los inversores es la variación de su frecuencia para variar la velocidad de los motores manteniendo el torque de los motores.

PALABRAS CLAVE: Armónico, transistor, inversor, etapa.

1 INTRODUCCIÓN
Los inversores multinivel presentan un amplio conjunto desemiconductores de potencia y fuentes de tensión basadas en condensadores. Con un adecuado control de la conmutación de los interruptores, estos elementos permiten generar tensiones de salida elevadas y con formas de onda escalonadas, mientras que los semiconductores sólo soportan los niveles de tensión de entrada. Un inversor de dos niveles convencional genera una tensión de salida con dos valoresrespecto al terminal negativo del condensador de entrada, mientras que el inversor de tres niveles genera tres valores, y así en adelante. El término multinivel surgió por primera vez con el inversor de tres niveles introducido por Nabaeet al. en 1980. Incrementando el número de niveles en el inversor, aumenta el rango de valores en la tensión de salida, generándose una forma de onda escalonada,con una menor distorsión armónica. Las principales ventajas de los inversores multinivel frente a los de dos niveles convencionales son las siguientes:
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Fig 1: Inversor a) un nivel b) 2 niveles c) tres niveles
• Generan tensiones de salida con menor distorsión y pocas variaciones de tensión dv/dt.
• Conducen corrientes con poca distorsión.
• Pueden operar a frecuencias de conmutación máspequeñas.
• Generan tensiones en modo común menores, reduciendo así el estrés de los dispositivos y
permitiendo trabajar a mayores potencias.
Las principales limitaciones que presentan los inversores multinivel son las siguientes:
• Un elevado número de niveles incrementa la complejidad del control.
• Introducen problemas de desequilibrio en las tensiones de los condensadores.
2 CONVERSORDIODE-CLAMPED
La primera topología multinivel puesta en práctica (y todavía objeto de un amplio estudio) es la topología Diode-Clamped o Neutral-Point-Clamped (NPC). . En este circuito, la tensión del bus de continua se divide en tres niveles gracias a la presencia de dos condensadores en serie, C1y C2, en el bus de continua. El punto medio entre los dos condensadores “o” se define como el neutrodel bus de continua. La tensión de salida vaN puede adquirir tres valores, (Vdc/2, 0, -Vdc/2). Para alcanzar el nivel de tensión Vdc/2, los interruptores S1 y S2 deben estar conduciendo; para alcanzar -Vdc/2, deben conducir S1’ y S2’; y para lograr el nivel 0, deben hacerlo S1’ y S2 ó S1 y S2’.

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Fig 2: Inversor diodo – Clamped 3 niveles

Los principales componentes que distinguen estecircuito de un inversor convencional de dos niveles son los diodos D1 y D1’. Estos dos diodos bloquean la tensión en los interruptores a la mitad de la tensión del bus de continua. Cuando S1 y S2 conducen, la tensión entre p y o es Vdc (vpo=Vdc). En este caso, D1’ equilibra el reparto de tensión entre S1’ y S2’, con S1’ bloqueando la tensión en bornes de C1, y S1’ bloqueando la tensión en bornesde C1. A medida que aumenta el número de niveles de tensión, aumenta el número de componentes. Un
inversor de n niveles de tensión presenta (n-1) condensadores en el bus de continua, cada uno de ellos bloqueando una tensión Vdc/(n-1). Pese a que cada interruptor sólo debe soportar Vdc/(n-1), los diodos han de soportar diferentes rangos de tensión inversa, ya que deben poder bloquear la...