c9rdoba
Páginas: 48 (11965 palabras)
Publicado: 20 de octubre de 2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
INFORME FINAL
DEL PROYECTO DE INVESTIGACION
DISEÑO, SIMULACION Y CONSTRUCCION DE UN
INVERSOR TRIFASICO MULTINIVEL
AUTOR:
ING. RUSSELL CORDOVA RUIZ
PERIODO DE EJECUCION
01 de marzo del 2011 al 29 de febrero del 2012
RESOLUCION DE APROBACION
RR Nº 299-2011-R
CALLAO 2012
INDICE
Resumen
4I
INTRODUCCION
6
1.1
Planteamiento del problema de investigación
6
1.2
Objetivos y alcance de la investigación
6
1.3
Importancia y justificación de la investigación
7
1.4
Formulación de la hipótesis
7
II
MARCO TEORICO
9
2.
Introducción
9
2.1
Los inversores Multinivel
10
2.2
Características de un inversor de cuatro etapas yochenta y un niveles
12
2.3
Relaciones Matemáticas
17
2.4
Transistores de potencia
18
III
MATERIALES Y METODOS
21
3
Diseño y construcción del prototipo
22
3.1
Introducción
22
3.1.1. Elección de Semiconductores y Circuito de Disparo
23
3.1.2. Características Técnicas del Prototipo
24
Diseño Térmico Circuito de Potencia
26
3.2 3.2.1. Diseño Térmico del Disipador
26
3.2.2. Diseño y Construcción del Disipador
27
3.3
Diseño y Construcción de la Tarjeta del Inversor
29
3.4
Diseño y Construcción de las Fuentes DC de los Esclavos
33
3.4.1 Diseño y Construcción de las Fuentes
33
3.4.2. Diseño Térmico de las Fuentes
35
3.5
Distribución de Componentes
36
3.6
Simulaciones delinversor
37
IV
RESULTADOS
45
V
DISCUSION
47
5.1
Conclusiones
47
5.2
Recomendaciones, perspectivas y continuidad del trabajo
49
BIBLIOGRAFIA
50
ANEXOS
52
RESUMEN
Este proyecto tiene como objetivo general diseñar un inversor trifásico
multinivel sencillo pero moderno.
La
metodología
utilizada
consiste
en
una
investigaciónbibliográfica
de
las
topologías de inversores más simples, seguida por una investigación de la teoría de
transistores de potencia y el método más adecuado de control.
Las técnicas de Modulación PWM (Pulse Width Modulation), usadas actualmente en casi
todos los convertidores estáticos, como compensadores de reactivos, accionamiento para
maquinas eléctricas, rectificadores de cuatrocuadrantes o filtros activos de potencia, no
generan una onda de voltaje y corriente perfectas. Una de las principales causas de este efecto
es la frecuencia de conmutación a la que trabajan los semiconductores.
Los inversores multinivel son inversores de última tecnología que pueden
generar corrientes o incluso voltajes sinusoidales con mucho menor contenido armónico. Si
el número deniveles es lo suficientemente alto, se puede obtener un voltaje (o corriente)
casi perfecto. Más aún, se puede modular en amplitud en vez de ancho de pulso (PWM), por
lo que las pérdidas generadas por las armónicas de corriente pueden ser eliminadas.
Además, la frecuencia de conmutación y el nivel de potencia de los semiconductores se
reducen considerablemente. Dentro del contexto de utilizar losinversores multinivel para
obtener un bajo contenido armónico, se diseñó, simulo y construyó un inversor trifásico de
81 niveles para controlar motores de corriente alterna. Este inversor consta de cuatro
puentes (un Maestro, y tres Esclavos), con sus voltajes escalados en potencia de tres, lo que
permite obtener el elevado número de niveles ya mencionado.
El diseño se realizó, tomando encuenta la disponibilidad de componentes en el mercado
así como sus respectivos modelos de PSIM, ( Power Electronics Simulator) que son
esenciales para sustentar el diseño. De no existir algún modelo en PSIM, se buscó un
equivalente en bloques para realizar la simulación.
Se realizaron pruebas con cargas resistivas, inductivas y capacitivas, para los casos en que el
voltaje de entrada...
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
INFORME FINAL
DEL PROYECTO DE INVESTIGACION
DISEÑO, SIMULACION Y CONSTRUCCION DE UN
INVERSOR TRIFASICO MULTINIVEL
AUTOR:
ING. RUSSELL CORDOVA RUIZ
PERIODO DE EJECUCION
01 de marzo del 2011 al 29 de febrero del 2012
RESOLUCION DE APROBACION
RR Nº 299-2011-R
CALLAO 2012
INDICE
Resumen
4I
INTRODUCCION
6
1.1
Planteamiento del problema de investigación
6
1.2
Objetivos y alcance de la investigación
6
1.3
Importancia y justificación de la investigación
7
1.4
Formulación de la hipótesis
7
II
MARCO TEORICO
9
2.
Introducción
9
2.1
Los inversores Multinivel
10
2.2
Características de un inversor de cuatro etapas yochenta y un niveles
12
2.3
Relaciones Matemáticas
17
2.4
Transistores de potencia
18
III
MATERIALES Y METODOS
21
3
Diseño y construcción del prototipo
22
3.1
Introducción
22
3.1.1. Elección de Semiconductores y Circuito de Disparo
23
3.1.2. Características Técnicas del Prototipo
24
Diseño Térmico Circuito de Potencia
26
3.2 3.2.1. Diseño Térmico del Disipador
26
3.2.2. Diseño y Construcción del Disipador
27
3.3
Diseño y Construcción de la Tarjeta del Inversor
29
3.4
Diseño y Construcción de las Fuentes DC de los Esclavos
33
3.4.1 Diseño y Construcción de las Fuentes
33
3.4.2. Diseño Térmico de las Fuentes
35
3.5
Distribución de Componentes
36
3.6
Simulaciones delinversor
37
IV
RESULTADOS
45
V
DISCUSION
47
5.1
Conclusiones
47
5.2
Recomendaciones, perspectivas y continuidad del trabajo
49
BIBLIOGRAFIA
50
ANEXOS
52
RESUMEN
Este proyecto tiene como objetivo general diseñar un inversor trifásico
multinivel sencillo pero moderno.
La
metodología
utilizada
consiste
en
una
investigaciónbibliográfica
de
las
topologías de inversores más simples, seguida por una investigación de la teoría de
transistores de potencia y el método más adecuado de control.
Las técnicas de Modulación PWM (Pulse Width Modulation), usadas actualmente en casi
todos los convertidores estáticos, como compensadores de reactivos, accionamiento para
maquinas eléctricas, rectificadores de cuatrocuadrantes o filtros activos de potencia, no
generan una onda de voltaje y corriente perfectas. Una de las principales causas de este efecto
es la frecuencia de conmutación a la que trabajan los semiconductores.
Los inversores multinivel son inversores de última tecnología que pueden
generar corrientes o incluso voltajes sinusoidales con mucho menor contenido armónico. Si
el número deniveles es lo suficientemente alto, se puede obtener un voltaje (o corriente)
casi perfecto. Más aún, se puede modular en amplitud en vez de ancho de pulso (PWM), por
lo que las pérdidas generadas por las armónicas de corriente pueden ser eliminadas.
Además, la frecuencia de conmutación y el nivel de potencia de los semiconductores se
reducen considerablemente. Dentro del contexto de utilizar losinversores multinivel para
obtener un bajo contenido armónico, se diseñó, simulo y construyó un inversor trifásico de
81 niveles para controlar motores de corriente alterna. Este inversor consta de cuatro
puentes (un Maestro, y tres Esclavos), con sus voltajes escalados en potencia de tres, lo que
permite obtener el elevado número de niveles ya mencionado.
El diseño se realizó, tomando encuenta la disponibilidad de componentes en el mercado
así como sus respectivos modelos de PSIM, ( Power Electronics Simulator) que son
esenciales para sustentar el diseño. De no existir algún modelo en PSIM, se buscó un
equivalente en bloques para realizar la simulación.
Se realizaron pruebas con cargas resistivas, inductivas y capacitivas, para los casos en que el
voltaje de entrada...
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