Desarrollo de un inversor monofásico didáctico

DESARROLLO DE UN INVERSOR MONOFÁSICO DIDÁCTICO
J. SANDOVAL, W. SALAMANCA, V. CARDOZO, J. DUARTE Y F. FERNÁNDEZ Facultad Seccional Duitama. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Colombia. En este trabajo se plantea el desarrollo de un inversor monofásico didáctico, que puede ser utilizado en practicas de Electrónica de Potencia. Como interruptores se escogieron IGBTs conectados en laconfiguración puente y manejados por un microcontrolador. Como resultado se obtuvo un inversor monofásico de 150 W, con una entrada de 30 VCC y una señal cuadrada de salida de 100 VRMS cuya frecuencia se puede variar entre 50 y 120 Hz.

1.

Introducción

La generación de una señal alterna (CA) a partir de una fuente de corriente continua (CC) es uno de los procesos de conversión de potenciaeléctrica más empleados en la actualidad. Entre sus aplicaciones cabe mencionar el control de motores de inducción, control de motores de imán permanente, sistemas de iluminación de emergencia y autotrónica (Rodríguez et al., 2002; Yamamoto et al., 2004; Radecker y Dawson, 2004; Naidu y Walkers, 2003). Otro campo de gran demanda para los inversores es el de los sistemas de alimentaciónininterrumpidos que permiten la operación segura de cargas críticas como los sistemas satelitales, equipo para control de tráfic o aéreo, nodos de Internet, transacciones bancarias y equipos para soporte de la vida, entre otros (Alves et al., 2002; Lawrence et al., 2003). Dada su importancia, es indispensable que los estudiantes de tecnología e ingeniería en electricidad y electrónica se familiaricen con losprincipios de funcionamiento de los inversores, al igual que con el de los dispositivos electrónicos de potencia, y aprendan a utilizarlos en diversas situaciones (Idowou, 2004). Para ello, las prácticas de laboratorio se constituyen en actividades fundamentales que permiten reforzar los conocimientos impartidos en teoría. En este punto los módulos de experimentación para la realización depracticas de laboratorio, se convierten en una herramienta importante en el proceso de enseñanza - aprendizaje no solo porque fortalecen la comprensión acerca del comportamiento real de los dispositivos de potencia, sino porque afianzan las destrezas y capacidades requeridas por el estudiante y lo motivan al desarrollo de sus propios diseños (Williams et al., 2004). Desafortunadamente, el materialdidáctico disponible para electrónica de potencia es escaso, costoso y normalmente se presenta a manera de cajas negras que limitan la creatividad y no le permiten al estudiante apropiarse del conocimiento subyacente. Es por ello que en este trabajo se plantea el desarrollo de un inversor monofásico didáctico de onda cuadrada, con potencia nominal de 150 W, que podrá ser utilizado en las prácticas delaboratorio tanto en el área de electrónica de potencia como en la de máquinas eléctricas. En el diseño se aplicó el criterio de modularidad, lo cual permitió el desarrollo de bloques estructurales que pueden emplearse de forma independiente o interconectarse para lograr el funcionamiento del inversor. Como elementos de conmutación se escogieron los IGBTs, conectados en la configuración puente, yaque estos dispositivos permiten un mejor rendimiento en la operación del inversor, a la vez que su funcionamiento como interruptores puede ser fácilmente asimilado por los estudiantes. La técnica de control digital por microcontrolador fue implementada para manejar los transistores de potencia, lo cual simplifica el proceso de diseño y abre la posibilidad de estudiar diversas estrategias decontrol. Sin embargo, el estudiante podrá diseñar y utilizar sus propios circuitos de control, lo cual le brinda una mayor flexibilidad a la hora de afianzar sus conocimientos.

Adicionalmente, el usuario puede tener acceso a los diferentes módulos del inversor, e incluso es posible estudiar otras configuraciones como la de transformador de toma media. Como resultado del proceso de diseño y...