54565016 Control AFE Trifasico RevPC

Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica

CONTROL DE UN RECTIFICADOR DE
FRENTE ACTIVO TRIFÁSICO

Preparado por:
José Rodríguez
Pablo Lezana
Patricio Cortés

Marzo 2008

Indice
1.

Introducción: Los problemas del inversor-rectificador clásicos

2.

El rectificador de frente activo (AFE)
2.1- El circuito de potencia del AFE y del inversor.
2.2- Modelo matemático delAFE.

3.

-

Ecuaciones vectoriales

-

Ecuaciones en coordenadas α – β.

-

Ecuaciones en coordenadas d – q.

-

Diagrama de bloques.

Control del AFE
3.1- Diagrama de bloques del control de corriente en coordenadas α – β. Ajuste de
controladores.
3.2- Diagrama de bloques del control de corriente en coordenadas rotatorias. Ajuste
de controladores.
3.3- El control del voltaje de salida.

Control deun rectificador de Frente Activo Trifásico

2

1) INTRODUCCIÓN
Uno de los equipos más empleados para el control de motores en la industria es el
inversor trifásico fuente de tensión, mostrado en la fig. 1. En este equipo, la tensión
continua v dc se genera mediante un rectificador no controlado y un condensador
electrolítico de filtro ( C F ).
Las ventajas más importantes de esta solución están enel costo reducido y en la operación
muy simple del rectificador de diodos. Dentro de sus limitaciones / desventajas destacan:
i) El rectificador de entrada no permite la regeneración de energía. Energía
proveniente de la carga debe ser disipada en una resistencia de frenado
controlada por un chopper, el que se agrega en el enlace de tensión continua.
ii) Armónicas en la corriente de entrada, loque empeora además el factor de
potencia.

vA + iA
~
~
~

CF vdc

3
~
Carga

Fuente

3

Fig. 1: Inversor trifásico fuente de voltaje.
La fig. 2. muestra la forma de onda de la corriente de entrada i a , junto con la tensión v a de
la fuente de alimentación. Esta figura también incluye el espectro de frecuencias armónicas
contenidas en la corriente de entrada. Las altas armónicas se explican porla presencia del
condensador de filtro C F .

Control de un rectificador de Frente Activo Trifásico

3

ian
ia1
ia ,va

100
va
ia

t

0 1

3

5

7

9

11 13

n

a)
b)
Fig. 2: Corrientes de entrada al rectificador: a) formas de onda;
b) espectro de frecuencias donde n es el orden de las armónicas

El objetivo de este trabajo es presentar la solución aceptada por la industria para superar losproblemas / limitaciones del inversor con rectificador pasivo (puente de diodos).

2) El Rectificador de Frente Activo (Active
Front End =AFE).
2.1) El circuito de Potencia del AFE y del

inversor.
Los problemas / limitaciones del inversor trifásico con rectificador de diodos se resuelven
incorporando en la entrada un rectificador en base a transistores de potencia, tal como se
muestra en la fig. 3. Enesta figura se observa que los circuitos de potencia del rectificador
y del inversor son iguales. Este rectificador trabaja con alta frecuencia de conmutación
empleando alguna técnica de modulación de ancho de pulsos y por ello se le conoce como
rectificador PWM (Pulse Width Modulation). También a este rectificador se le conoce bajo
el nombre de rectificador de frente activo o AFE (Active FrontEnd).

Control de un rectificador de Frente Activo Trifásico

4

Rectificador AFE

Inversor

vA + i A
~
~
~
Fuente de
alimentación

3
~

CF

Carga

Fig. 3: Inversor trifásico con rectificador AFE trifásico.
Este rectificador permite un flujo bidireccional de la potencia y a través de adecuadas
técnicas de control y modulación genera corrientes de entrada prácticamente sinusoidales.
El factor depotencia de este rectificador es muy alto y puede ser ajustado a voluntad.

2.2) Modelo matemático del AFE.
Ecuaciones vectoriales.
La fig. 4. muestra el circuito básico del AFE y la definición de variables empleadas para el
análisis. En esta figura, la carga del rectificador está representada por la resistencia R0 .
Cada transistor con su correspondiente diodo en antiparalelo está representado...