Diseño de inversores

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Diseño Didáctico de Convertidores CD-CA (a): Inversor Monofásico.
Gabriel Luna Mejía, Gregorio Moctezuma Jiménez, Abraham Mendoza Delgado y Daniel U. Campos-Delgado, Member, IEEE.
Buscando proporcionar voltajes de salida que disminuyan el contenido armónico, se han desarrollado diferentes estrategias de conmutación en inversores monofásicos: modulación uniforme de ancho de pulso (UPWM),modulación trapezoidal, modulación por inyección de armónicas, modulación senoidal de ancho de pulso (SPWM), etc. [1]. Sin embargo, la técnica más utilizada es SPWM. En un inversor monofásico se debe conmutar de manera adecuada 4 interruptores controlables con el fin de generar una onda senoidal a la salida de magnitud y frecuencia ajustables. El patrón de conmutación se obtiene a partir de lacomparación de una señal triangular de frecuencia y amplitud fija (portadora) con una señal senoidal de frecuencia y amplitud variables (moduladora). En el presente trabajo se describe el desarrollo de un inversor monofásico unipolar SPWM, detallando cada una de las fases de diseño y finalizando con la implementación experimental del circuito de control y de potencia. El orden de los puntos a tratar en esteartículo se detallan a continuación. La Sección 2 introduce la etapa de diseño del circuito de generación SPWM. La etapa de acoplamiento óptico se muestra en la Sección 3. En la Sección 4, se describe la etapa de potencia y en la Sección 5 se muestran resultados experimentales. Finalmente el artículo concluye con comentarios finales en la Sección 6. II. CIRCUITO DE GENERACIÓN SPWM A. Introducciónal Esquema Unipolar SPWM En la técnica de conmutación SPWM la amplitud de la señal de salida se controla a través del índice de modulación M:

Resumen— En este artículo se presenta un diseño didáctico de un inversor monofásico unipolar con modulación senoidal de ancho de pulso SPWM (convertidor CD-CA). El objetivo principal de este convertidor es que el estudiante de ingeniería puedaimplementarlo y analizarlo con conocimientos básicos de electrónica, tales como configuraciones de amplificadores operacionales, BJT’s, circuitos lógicos, generadores de funciones y principios básicos de dispositivos semiconductores. El inversor se construyó por bloques: generación de señales portadora y moduladora, comparación PWM, generación de tiempo muerto, etapa de acoplamiento y circuito de potencia.En el artículo se detalla cada etapa y se presentan pruebas experimentales del circuito implementado. Índices—Electrónica de Potencia, Instrumentación Electrónica. Convertidor CD-CA,

L

I. INTRODUCCIÓN

a electrónica de potencia ha evolucionado de manera acelerada en los últimos 20 años. El desarrollo de elementos semiconductores de potencia ha propiciado que se puedan realizar conversionesde energía de manera eficiente y a niveles altos de potencia. Todo esto ha ayudado a satisfacer las necesidades crecientes de las aplicaciones industriales. Por todo esto, la electrónica de potencia ya es una materia básica en las carreras de licenciatura con enfoque en la electrónica. Así, los diferentes métodos de conversión de energía CA-CD, CD-CD, CA-CA, CD-CA son analizados y estudiados [1],[2]. Los inversores (convertidores CD-CA) son circuitos de potencia que permiten la conversión de corriente directa en corriente alterna. Idealmente un inversor debe tener una fuente de alimentación de CD y proveer a su salida un voltaje senoidal puro a la frecuencia y magnitud deseada. Estos convertidores basan su funcionamiento en la conmutación sincronizada de interruptores unidireccionales(BJT’s, MOSFET’s o IGBT’s). Las aplicaciones prácticas de los inversores son muy variadas, entre ellas se tiene el control de motores de inducción y las fuentes de potencia de respaldo (UPS).

M =

Am Ap

(1)

El desarrollo de este trabajo fue realizado gracias al apoyo brindado por PROMEP (Proyecto para la Generación y Aplicación del Conocimiento). Todos los autores se encuentran en la...
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