Diseño de un convertidor dc-ac

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Inversor Proyecto de Potencia
Juan Felipe Gutiérrez Gómez (261477), Roberto José Valencia Sánchez (261519), Universidad Nacional de Colombia,Ingeniería Electrónica

Resumen—En este documento se presenta el análisis, simulación y diseño de un inversor mediante el uso de modulación unipolar entre una onda seno y un triángulo, un puente H y una carga inductiva de un transformador.

I.

INTRODUCCIÓN

Los inversores son convertidores estáticos de energía que convierten la corriente continua CC en corriente alterna CA, con la posibilidad de alimentar una carga en alterna, regulando la tensión, la frecuencia o bien ambas. Más exactamente, los inversores transfieren potencia desde una fuente de continua a una carga de alterna. Suelen distinguirse tres configuraciones o topologías deinversores: con transformador de toma media (“push-pull”), con batería de toma media (medio puente) y configuración en puente completo. Corresponden a las tres formas más razonables de realizar la función de inversión de tensión o corriente suministrada por la fuente de CC con los medios disponibles hoy día en electrónica de potencia. Cada una de ellas tiene sus ventajas e inconvenientes,independientemente de los semiconductores empleados en su realización y de su circuitería auxiliar de excitación y bloqueo.

Figura 1. Circuitos Básicos para el Puente Completo.

I-A.

Inversor con Puente de Onda Completa

El convertidor en puente de onda completa es el circuito básico que se utiliza para convertir CC an AC, abriendo y cerrando interruptores a una determinada frecuencia. La tensiónde salida puede ser ± el voltaje de alimentación del puente. Los circuitos básicos de trabajo del puente se muestran en las figuras 1. Como se puede observar en esta figura,los interruptores trabajan en pares, S1,S2 y S3,S4. Los interruptores S1, S4 y S3,S4 no pueden conducir al mismo tiempo ya que esto ocasionaría un corto. Como el voltaje de entrada es una señal DC, y la salida cambia entra ±VDC, las formas de onda se muestran en la figura 2 para una carga RL. La introducción de una carga RL a la salida del puente hará que la onda de tensión sea más similar a la de una onda senoidal.

Figura 2. Ondas en la salida.

Potencia

A LTEX

Figura 3. Modulación Unipolar.

I-B.

Modulación PWM

Si se quiere mejorar aún más el contenido de armónicos en la salida de un inversor, esnecesario utilizar lo que se conoce como modulación de anchura de pulsos PWM (“Pulse Width Modulation”). La idea básica es comparar una tensión de referencia senoidal de baja frecuencia (que sea imagen de la tensión de salida buscada) con una señal triangular simétrica de alta frecuencia cuya frecuencia determine la frecuencia de conmutación. La frecuencia de la onda triangular (llamada portadora)debe ser, como mínimo 20 veces superior a la máxima frecuencia de la onda de referencia, para que se obtenga una reproducción aceptable de la forma de onda sobre una carga, después de efectuado el filtraje. La señal resultante de dicha comparación nos generará la lógica para abrir y cerrar los semiconductores de potencia.
Figura 4. Diagrama de bloques del Inversor.

I-C.

PWM Unipolar

En unesquema de modulación Unipolar la salida de nivel alto a cero, o de nivel bajo a cero pero nunca entre nivel alto y nivel bajo. La figura 3 muestra las señales de este tipo de modulación. Los pares (S1,S4) (S2,S3) de interruptores son complementarios, cuando uno interruptor de los pares esta cerrado, el otro esta abierto. Las tensiones va y vb varian entre VCC. II. D ISEÑO DEL I NVERSOR

ElDiagrama de la figura 5 muestra las diferentes etapas que se emplearon para el desarrollo del inversor: Las especificaciones para este inversor son las siguientes: Modulación Unipolar Seno-Triángulo Señal moduladora 60 Hz Señal portadora 32x60 Hz Secundario del transformador carga del puente. Primario transformador-salida 120RMS II-A. Señal AC Moduladora

Figura 5. Rectificación y Ajuste de Ganancia....