Inversores monofasicos

Para el estudio de las caracterísitcas básicas de los inversores conmutados, considérese por simplicidad un inversor monofásico, representado en forma de diagrama de bloques en la figura 7.3-a. En dicha figura, la tensión de salida del convertidor se filtra con el fin de proporcionar una tensión v0 puramente senoidal.

El bloque inversor+filtro alimenta a una carga inductiva, como puede serun motor de corriente alterna, por lo que la corriente i0 irá retrasada respecto a la tensión v0, como muestra la figura 7.3-b. En dicha figura se observa, además, que durante el intervalo 1, v0 e i0 son ambas positivas, en tanto que en el intervalo 3 v0 e i0 son negativas. Por ello, durante los intervalos 1 y 3, la potencia instantánea fluye desde el lado de continua al de alterna ,(p0(t)>0)correspondiendo así a su funcionamiento como inversor.

Por contra, durante los intervalos 2 y 4, v0 e i0 poseen polaridades contrarias. Así, la potencia instantánea fluirá desde el lado de alterna al de continua (p0(t)<0), funcionando como rectificador.

El inversor de la figura 4.3-a debe ser capaz de funcionar en los cuatro cuadrantes del plano v0 -i0 en cada ciclo de la tensión senoidalde salida (ver figura 4.3-c).

El convertidor en puente completo presentado en el capítulo anterior (ver figura 4.39) cumple también este requisito de funcionamiento en los cuatro cuadrantes. En él, la tensión de salida v0 puede presentar polaridad positiva o negativa independientemente del sentido o polaridad de la corriente de salida i0.

La figura 4.4 muestra una de las patas delconvertidor en puente completo (por ejemplo, la pata A). Todas las topologías de los inversores cc-ca descritos en el presente capítulo se derivan de este convertidor de una única pata.

Con objeto de simplificar la explicación, se supondrá que en el circuito de la figura 4.4, el punto medio ‘o’ de la tensión continua de entrada se encuentra accesible, aunque en la mayoría de los inversores ni serequiere tal punto ni resulta accesible. En el análisis de esta topología se considerará, además, que la tensión continua de entrada se mantiene constante al valor VD.

Así, en primer lugar, se analizará el inversor de una pata descrito cuando se emplea la conmutación mediante modulación de ancho de pulso para modelar la magnitud y la frecuencia de la tensión alterna de salida. A continuación seestudian los inversores de onda cuadrada, que constituyen un caso particular de los inversores con PWM.

Figura 4.3. Inversor monofásico conmutado. Figura 4.4. Convertidor de una pata.
Conmutación mediante modulación de ancho de pulso (PWM)
Para generar las señales que gobiernan la conmutación de los interruptores en los convertidores cc-cc enpuente completo analizados en el capítulo anterior, se comparaba una onda repetitiva triangular con una tensión de control constante. Controlando el tiempo de activación de cada interruptor, se controlaba la tensión media de salida.

En un inversor, la modulación de ancho de pulso resulta algo más compleja, ya que no sólo se pretende controlar la magnitud de la tensión de salida, sino también sufrecuencia. Así, para obtener una tensión senoidal de salida a la frecuencia f1 deseada, se compara una señal de control senoidal a la frecuencia f1 con una onda triangular, como muestra la figura 4.5-a. La frecuencia fs de esta onda triangular establece la frecuencia de conmutación de los interruptores y recibe el nombre de frecuencia portadora.

La señal de control vcontrol modula el ratiode conducción de los interruptores del inversor y su frecuencia f1 coincide con la frecuencia fundamental de la tensión de salida del convertidor. Por tanto, la tensión de salida del inversor no es una senoidal perfecta, sino que contiene armónicos.

Se define el ratio de modulación de amplitud ma como el cociente entre los valores de pico o amplitiudes de la tensión de control y de la onda...