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CICLO CONVERTIDORES
1.-INTRODUCCIN.
En muchas aplicaciones se necesita disponer de potencia elctrica de frecuencia, fija o
variable, pero distinta caracterstica que la suministrada por el generador que se dispone. Por
tanto deberemos colocar un dispositivo entre la red elctrica y la carga de forma que se
transforme la energa elctrica cambiando su frecuencia segn sea necesario. A los
convertidores directos de corriente alterna en corriente alterna de distinta frecuencia se les
conoce como cicloconvertidores. Estos sistemas sern capaces de proporcionar una corriente
alterna mono o polifsica de amplitud y frecuencia regulables, a partir de un generador de ca.
La misma funcin que realiza el cicloconversor, puede ser realizada mediante la conexin en
cascada de un rectificador, controlado o no, y un inversor autnomo, pero al ser la potencia
transformada por dos conversores, el rendimiento en casos de potencias elevadas ser
menor. En este tipo de configuracin se utiliza un estado intermedio, de unin entre el
rectificador y el inversor. Dicho elemento de unin, conocido como dc link o dc bus consiste
en un condensador o un inductor para almacenar la diferencia instantnea entre la potencia
de entrada y la de salida. A este conversor ac-ac con dc-link, se le conoce como dc link
converter.
La principal aplicacin de los cicloconvertidores se da en el control a baja velocidad de
grandes motores de c.a., donde es preciso variar la amplitud de la tensin proporcionalmente
a la frecuencia. Una ventaja importante de los cicloconversores, reside en su funcionamiento
con bloqueo de sus tiristores de forma natural y su carcter reversible, haciendo posible que
con cargas regenerativas puedan absorber potencia de la carga y entregarla a la entrada. Su
funcionamiento con conmutacin natural implica que la entrada en conduccin de un tiristor
debe provocar automticamente el bloqueo del que ha entrado en conduccin anteriormente.
Si se est en el semiciclo positivo de corriente, este bloqueo natural exige que el voltaje que
se conecta sea, en el momento de la conexin, ms positivo o menos negativo que el voltaje
antes conectado. Si por el contrario, se est en un semiciclo negativo, los tiristores que entran
sucesivamente en conduccin son los del rectificador negativo.
2.- DEFINICIN:
Los cicloconvertidores son circuitos diseados para llevar a cabo la conversin AC-AC, AC
CD y CD AC, lo que eleva el rendimiento y reduce la cantidad de componentes necesarios.
La aplicacin tpica de este circuito es en el control de velocidad de motores sncronos y de
induccin por medio de variacin de la frecuencia. En la figura 1 se muestra el diagrama de
bloques de un cicloconvertidor.
Algunos usos de cicloconvertidores son:
Impulsiones de molinos del cemento Control de motores de induccin propulsin de vehculos Calentamiento por alta frecuencia Molinos que para triturar minerales Excavadoras de minas
3. DEPENDIENDO DEL TIPO DE ALIMENTACIN SE TIENEN DIFERENTES TIPOS DE CICLOCONVERTIDORES:
3.1.-MONOFSICO MONOFSICO
El circuito consiste de dos rectificadores conectados a la misma fuente de
alimentacin monofsica. En el primer semiciclo se disparan los tiristores del puente
llamado convertidor +funcionando por una cierta cantidad de ciclos de la seal de
entrada. En el segundo semiciclo funciona el convertidor durante la misma cantidad
de ciclos que el convertidor +. As la carga recibe una tensin alterna compuesta por
semiciclos de la tensin de entrada con una frecuencia que es un submltiplo de la
original. Ver la figura 2. Cabe destacar que el ngulo de disparo puede variarse para
ajustar el valor RMS de la tensin de salida.
La forma de onda de la tensin de salida se muestra en la figura 3 para diferentes
ngulos de disparo.
Cicloconvertidor monofsico. a) Circuito de convertidor dual. b) Formas de onda del cicloconvertidor monofsico.
3.2. SECUENCIA DE DISPARO.
Durante el primer medio periodo de la frecuencia de salida, To/2, opera el
convertidor P como un rectificador controlado normal con un ngulo de retardo p= , esto es, disparando T1 y T2 en y disparando T3 y T4 en + .
Durante el segundo medio periodo To/2 opera el convertidor N como rectificador controlado normal, con un ngulo de retardoN= - ; esto es, disparando T1' y T2' en - y disparandoT3' y T4' en 2 - .
3.3.- CICLOCONVERTIDOR TRIFSICO - MONOFSICO
El principio de operacin es el mismo que el anterior solo que los convertidores + y -
pueden ser del tipo rectificador de media onda o de onda completa.
Fig. 4 cicloconvertidor monofsico (A) media onda (B) onda completa
La forma de onda para un cicloconvertidor de onda completa se muestra a continuacin. Ntese que la frecuencia de salida es un quinto de la entrada. Ver figura 5.
Fig. 5 tensin de salida monofsica con un ngulo de disparo
3.4.- TRIFSICO - TRIFSICO
Generalmente son utilizados en el control de velocidad de motores de induccin
trifsicos y se hace necesario el empleo de sistemas microprogramados para el
control de disparo por puerta debido a la gran cantidad de tiristores que componen el
circuito. Existen cicloconvertidores de media y onda completa para generar tensin
trifsica de frecuencia ajustable. En la figura 6 se muestra un convertidor AC-AC de
media onda y en la 7 uno de onda completa.
Fig. 6 cicloconvertidor trifsico de media onda
Fig. 7 cicloconvertidor trifsico de onda completa
3.4.1-CICLOCONVERTIDOR TRIFSICO TRES PULSO.
La figura 7.5a muestra un diagrama esquemtico de una de tres fases de media onda (tres
pulsos) cicloconvertidor una alimentacin monofsica carga, y la figura. 7.5b muestra la
configuracin de una de tres fases de media onda (tres pulsos) cicloconvertidor alimentacin
trifsico carga.
El proceso bsico de una cicloconversion tres fases se ilustra en la figura. 7.5c a 15 Hz, 0,6
factor de potencia retrasado carga de una fuente de 50 Hz. A medida que el ngulo de disparo
de un ciclo es de cero en el ''A' 'a 180? En medio ciclo de la frecuencia de salida es producida
(el circuito de sincronizacin debe ser proyectados de modo que introducir esta oscilacin del
ngulo de disparo). Para esta carga, Se observa que a pesar de la tensin de salida significa
invierte en X, la corriente sinusoidal de salida media (se supone) sigue siendo positiva hasta
Y. Durante XY, la A SCR, B y C en l estn invirtiendo''.''Un perodo similar existe al final del
hemiciclo negativo de la tensin de salida cuando D, E, y F SCR en la N-convertidor estn
invirtiendo''. ''Por lo tanto la operacin del convertidor sigue en el orden de''' 'rectificacin y
''Inversin'' de una manera cclica, con la duracin relativa ya que dependen del factor de
potencia de carga. La salida es que la frecuencia de la oscilacin de un ngulo de disparo
punto de reposo de 90 grados (Condicin en que la salida media tensin, a cargo de
Vm cos( ), es igual a cero). Para la obtencin del medio ciclo positivo de la tensin, disparando
un ngulo se vara de 90 a 0 y luego a 90, y para el medio ciclo negativo, de 90 a 180 y de
nuevo a 90?. Variacin de una dentro de los lmites de 180 proporciona automticamente
por ''naturales'' conmutacin de lnea de los SCR. Se muestra que un ciclo completo de baja
frecuencia tensin de salida es fabricada a partir de los segmentos de la trifsica entrada de
tensin mediante el uso de los convertidores controlados de fase. La familia de P o el
convertidor de la N-SCR recibir pulsos que son el tiempo de coccin de tal manera que cada
convertidor ofrece la misma media de salida tensin. Esto se logra, como en el caso de los
monofsicos cicloconvertidor o el convertidor dual, manteniendo el fuego limitaciones ngulo
de los dos grupos como 180 an. Sin embargo, los voltajes instantneos de dos convertidores
son no idntica, y el resultado puede no ser gran corriente circulante limitada por un reactor
de intergrupales como se muestra (que circula corriente cicloconvertidor) o completamente
suprimida mediante la eliminacin de la puerta pulsos del convertidor no conductor de un
intergrupo borrado lgico (cicloconvertidor circulacin de corriente libre).
3.4.2- CICLO COVERTIDOR DE 6 PULSOS
5.- ARMNICAS GENERADAS POR CICLOCONVERSORES
Los cicloconversores son convertidores con control de fase (ngulo de disparo variable) que
generan una tensin alterna de amplitud y frecuencia variables. Son empleados en el rango
de alta potencia (varios Megawatt) para variar la velocidad de motores sincrnicos y de
induccin. La figura 3.30 muestra el circuito de potencia de un cicloconversor de 12 pulsos
alimentando a un motor sincrnico. Este accionamiento en particular es empleado en un
molino SAG de velocidad variable.
5.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
Recordando los rectificadores controlados, obtuvimos que un rectificador con tiristores, de ndice de
pulsacinp, suministraba una tensin rectificada ud formada por p fragmentos idnticos de senoide,
por cada perodo de la tensin de alimentacin. El valor medio Ud se expresaba como : U 'd = Udo
cos() . Si se vara el ngulo de conduccin desde cero hasta -, donde es el ngulo de
seguridad, la tensin Ud vara entre Udo y un valor prximo a -Udo. Sin embargo la corriente es
unidireccional.
Para poder conseguir una circulacin bidireccional de la corriente, se dispondrn dos rectificadores en
antiparalelo, tal como se muestra en la figura anterior.
Con esta configuracin, para que la tensin V en bornes de la carga tenga el mismo valor medio, sea
cual sea el rectificador que la alimenta, se deber exigir que los dos ngulos de control 1 y 2 sean
complementarios, verificando:
6.-ESQUEMA DE CONTROL CICLOCONVERTDOR
Varios sistemas de control posible (analgicas, as como digital) para seales de
activacin que se derivan del control de las cicloconvertidor bsicos se han desarrollado
a lo largo de los aos. De las combinaciones posibles de la seal de varios, se ha mostrado
[12] que una seal de referencia sinusoidal, a la frecuencia de salida deseada y para un
coseno seal moduladora cos entrada de frecuencia es la mejor combinacin posible de
comparacin para derivar las seales de activacin de los SCR (Fig. 7,11), que produce
la onda de salida con la ms baja distorsin armnica total. La modulacin de voltajes
se pueden obtener como las tensiones cambi de fase (fase B SCR para la fase A, el voltaje
de C-fase para SCR fase B, y as on) como se explica en la figura. 16,27, donde en el punto
de interseccin de
La tensin de salida cicloconvertidor para funcionamiento continuo operacin
lo que demuestra que la amplitud, frecuencia y fase de la tensin de salida puede ser
controlado por el control de la correspondencia parmetros de la tensin de referencia,
con lo que la caracterstica de transferencia de la cicloconvertidor lineal. La derivacin
de la tensin de dos formas de onda de cortesa para l o N-grupo convertidor de
espacios en blanco de esta manera se ilustra en la figura. 7,13. El resultado final de
forma de onda es cicloconvertidor compuesto por segmentos alternativos de ciclo medio
de la complementariedad P-convertidor de tensin y N-convertidor de formas de onda
de salida que coinciden con las corriente positiva y negativa, respectivamente.