Convertidores multinivel

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Genérico: Hoy en día los Convertidores Multinivel han alcanzado una gran importancia en la industria, debido a la disminución que logran en el contenido armónico de la señal de salida, e. g. Por tal motivo, es necesario renovar constantemente el conocimiento respecto al avance en su desarrollo.

INTRODUCCIÓN

Los Convertidores Multinivel presentan un amplio conjunto de semiconductoresde potencia y fuentes de tensión basadas en condensadores.

Con un adecuado control de la conmutación de los interruptores es posible generar tensiones de salida elevadas y con formas de onda escalonadas, mientras que los semiconductores sólo soportan los niveles de tensión de entrada.

Existen principalmente dos tipos de convertidores multinivel, el inversor multinivel fuente devoltaje (VSI) y el inversor multinivel fuente de corriente (CSI). Estos últimos, pertenecen a la parte más reciente en el desarrollo de los convertidores de potencia.

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Figura 1. Clasificación de convertidores de potencia

El uso de convertidores multinivel, principalmente fuente de voltaje, se puede encontrar en diversas aplicaciones, por ejemplo:

- Como compensador devoltaje serie.
- Como rectificador multinivel.
- Convertidores DC/DC.
- Accionamientos de grandes motores con sistema regenerativo y no regenerativo.
- Como compensador de energía reactiva y armónica en sistemas de potencia.
- Para la conexión directa a la red de distribución con sistemas de generación que utilizan energías renovables no convencionales (eólicos y fotovoltaicos).
Lascaracterísticas que hacen posible su notoriedad son:

- Al disponer la tensión DC en la entrada permite aumentar la tensión de trabajo empleando los mismos interruptores que un convertidor convencional.
- El empleo de mayores tensiones permite aumentar la potencia del convertidor sin necesidad de aumentar la corriente, manteniendo las pérdidas por conducción, lo cual mejora su rendimiento.
- Al teneruna tensión de salida escalonada se reduce considerablemente la distorsión armónica en la señal de salida, respecto de un convertidor convencional de igual potencia.
- La reducción de la distorsión armónica en la salida elimina la utilización de grandes filtros conectados al convertidor.
- La respuesta dinámica del convertidor es más rápida, por tener más niveles de tensión de salida y emplearfiltros más pequeños.
- La corriente de entrada posee una baja distorsión armónica.
- Pueden operar con bajas frecuencias de conmutación. Esto permite utilizar semiconductores con frecuencias de conmutación más lentos, pero que manejan una mayor capacidad de corriente, permitiendo obtener mayores potencias.
- Las estructuras multinivel limitan de forma natural los transitorios de tensión, loscuales pueden causar daños en la carga, entre otros problemas.

Si bien este tipo de convertidores presenta varias ventajas frente a los convertidores clásicos de dos niveles, asimismo poseen desventajas o complejidades. Algunas de ellas son:

- Un gran número de niveles produce problemas de desbalance en las tensiones de cada nivel.

- Al aumentar el número de niveles, aumenta también elnúmero de semiconductores utilizados, lo que dificulta el control.

Durante los últimos años se han realizado un gran número de publicaciones y estudios sobre los Convertidores Multinivel, los cuales han formulado una gran variedad de topologías (inversores fuente de voltaje y fuente de corriente), debido a la demanda por parte de las industrias, el equipamiento de alta potencia y delas ventajas que presentan los convertidores.

La utilización de estos convertidores ha alcanzado niveles distintos, no solo el control de velocidad de motores de corriente alterna, sino que también en el campo de las energías renovables no convencionales, las cuales permiten ser más independiente, por ejemplo, convertidores de los combustibles fósiles. El uso de estos convertidores...
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