Convertidores

CAPÍTULO 3

CONTROL DIGITAL PARA CONVERTIDOR MULTINIVEL
ALIMENTADO CON ENERGÍA SOLAR

CAPÍTULO 3
Convertidores multinivel.
3.1 Introducción.
Existen diferentes topologías para la conversión de
energía de CD-CA, por lo que en este capítulo empezaremos
entendiendo el concepto de multinivel, se mencionarán las
topologías
mas
comunes,
se
presentará
las
ventajas
y
desventajas de laconversión multinivel en general y se
analiza el
convertidor multinivel con diodo anclado al
neutro, para tres y cinco niveles, además se presentan las
técnica de control para conmutación.
3.2 Qué se entiende por convertidor multinivel.
Los convertidores multinivel incluyen un arreglo de
semiconductores de potencia y capacitores como fuentes de
voltaje, el voltaje generado de salida tieneforma de onda
escalonada considerando que los interruptores se cierran y se
abren en tiempos diferentes, dependiendo del número de
interruptores de potencia los voltajes en la salida crece
sumando los voltajes de los capacitores, mientras que los
interruptores de potencia soportan voltajes reducidos. La Fig.
3.1 muestra un diagrama esquemático de un convertidor
multinivel de una pierna condiferentes números de niveles,
donde los
semiconductores de potencia son representados por
interruptores ideales con varias posiciones. [17]
C1

C1

Vc

Vc

a

C1

Vc

a

C2

Vc

C2

a

Vc
Va
0

V0a
Va0
---0

----0
Cn

Fig3.1b

Vc

Fig. 3.1a
Fig.3.1 c

----0

Fig.3.1. Pierna de una fase de un convertidor de dos niveles,
tres niveles, n niveles.[17]23

CAPÍTULO 3

CONTROL DIGITAL PARA CONVERTIDOR MULTINIVEL
ALIMENTADO CON ENERGÍA SOLAR

Puede observarse que los voltajes generados son medidos
con respecto a la terminal negativa del capacitor inferior ver
Fig.3.1.
3.3 Qué es un convertidor multinivel CD-CA.
Los convertidores multinivel en los últimos años se han
consolidado como una opción más para convertir energía CD-CA
enel rango de potencia media y alta desde el punto de vista
económico y técnico[23], podemos encontrar un incremento en
las aplicaciones donde la conversión de la energía se realiza
mediante convertidores multinivel[17,20,23,26].
De acuerdo con la historia el concepto de conversión
multinivel existe antes de los trabajos presentados por Nabae,
Takahashi y Akagi[18] en 1980, pero a partir deesta fecha se
considera el punto de partida de los convertidores multinivel
actuales. Es por esto que la comunidad científica y la
industria han enfocado sus investigaciones y desarrollo en
estos convertidores. La técnica de conversión multinivel se
considera un área joven en el campo de la conversión de
energía, presentando unas expectativas que hacen pensar en un
gran potencial para una másamplia aplicación en el
futuro[26].
La forma más general de entender los convertidores CD-CA
multinivel es considerarlo como un seccionador de tensión. La
tensión de alterna de salida, de valor elevado, se obtiene a
partir de diferentes niveles de tensión de continua de
entrada, de valor mas pequeño accionando adecuadamente los
interruptores
del
convertidor
Fig.3.2,
siendo
esta
ladiferencia
básica
respecto
a
un
convertidor
CD-CA
convencional, donde la tensión de continua de entrada presenta
un único nivel.

24

CAPÍTULO 3

Fuente
VCD

CONTROL DIGITAL PARA CONVERTIDOR MULTINIVEL
ALIMENTADO CON ENERGÍA SOLAR

Topología
de
conversión
multinivel

Salida
VCA

control
Fig.3.2 Elementos necesarios para un convertidor CD-CA usando
un convertidormultinivel.
3.4 Topologías de inversores multinivel.
Las topologías multinivel básicas que son objeto de mayor
estudio son las siguientes [23].
•
•

Convertidor con diodos anclado (Diode-Clamped converter).
Convertidor con capacitores flotantes (flying-capacitor
converter).
Convertidor
con
conexión
en
cascada
de
puentes
monofásicos (Cascaded Full-Bride converter)

•

Existen...