CONVERTIDORES CA-CA DICIEMBRE-2014 1

Electronicsa de potencia

Victor Manuel Simbron Cabrera Marco Antonio Azuara Rivera

I. INTRODUCCION

LOS convertidores de CA-CA se utilizan para obtener unvoltaje de salida de corriente alterna variable a partir deuna fuente de corriente alterna fija.

El voltaje de salida se controla mediante la variacion deltiempo de conduccion o el angulo de retraso del disparo.

Este tipo de circuito de potencia se conoce como uncontrolador de voltaje de CA.

Para la transferencia de potencia, normalmente se utilizandos tipos de control:

Control de Abrir y Cerrar. Comtrol de angulo de fase.En el control de abrir y cerrar, los tiristores se conectan

la cargar a la fuente de CA durante unos cuantos ciclos devoltaje de entrada y a continuacion la desconectan por unoscuantos ciclos mas.

En el control de angulo por fase, los tiristores conectan lacarga a la fuente de CA durante una porcion de cada uno delos ciclos de voltaje de entrada.

Estos a su vez se pueden clasificar en dos tipos:

Controladores monofasicos. Controladores trifasicos.Y cada uno de ellos se puede subdividir en:

Unidireccionales o control de Media onda. Bidireccionales o Control de onda conpleta.

Dado que el voltaje de entrada de CA, los tiristores sonconmutados por linea; normalmente se utilizan tiristores decontrol de fase.

II. PRINCIPIO DE CONTROL DE ABRIR Y CERRAR

El tiristor conecta la alimentacion de CA a la carga duranteun tiempo tn; un pulso inhibidor de compuerta abre el

Catedratico Misael Hernandez SandovalPeriodo Agosto - febrero 2014

interruptor durante un tiempo to.

El tiempo activo,tn, esta formado, por lo comu, de unnumero entero de ciclos. Los Tiristores activan en los crucespor cero del voltaje de entrada de CA. Los Pulsos de compuertapara los tiristores T1 y T2 y las formas de onda de los voltajesde entrada y de salida aparecen en la Fig.1.

Fig. 1. Control de abrir y cerrar

Este tipo de control se usa en aplicaciones que tienen unaalta inercia mecanica y una alta constante de tiempo termica(por ejemplo, en la calefaccion industrial y en el control develocidad de motores).

Para un voltaje senoidalde estrada vs = Vmsent =2Vssent

Si el voltaje de entrada esta conectado a la carga duranten ciclos, y desconectado durante m ciclos, el voltaje rms desalida (o de la carga) se puede determinar a partir de:

vo =

[n

2(n+m)

20

2v2s sin2 td(t)

]1/2

CONVERTIDORES CA-CA DICIEMBRE-2014 2

= Vs

n

m+m= Vs

k

donde k = n/(n + m) y se conocce como un ciclo detrabajo,Vs es el voltaje rms de fase. Las configuraciones delos circuitos para el control de abrir y cerrar son similaresa los de cotrol de fase u los analisis de rendimiento sontambien similares.

III. PRINCIPIO DE CONTROL DE FASESe explicara su funcionamiento en referencia a la Fig.2. El

flujo de potencia hacia la cargar queda controlado retrasandoel angulo de disparo del tiristor T1. Debido a la presencia deD1, el rango de control esta limitado y el voltaje rms efectivode salida solo puede variar entre 70.7 y 100%. El voltaje desalida y la acorriente de entrada son asimetricos y contienenuna componente de cd. Dado que el flujo de potencia estacontrolado durante el semiciclo del voltaje de entrada, estetipo de controlador tambien se conoce comom controladorunidireccional.

Fig. 2. control de angulo monofasico

Si vs = Vm sint =2Vs sint es el voltaje de entrada

y el angulo de retraso del tiristor T1 es = , el voltaje rmsde salida se encuentra apartir de:

vo =

(1

2

[

2v2s sin2 td(t) +

2

2v2s sin2 td(t)

])1/2

=

(2v2s4

[

(i cos 2td(t) + 2

(1 cos 2td(t)])1/2

= Vs

(1

2

[2 + sin 2

2

])1/2El valor promedio del voltaje de salida es:

Vcd =1

2

([

2Vs sintd(t) +

2

2Vs sintd(t)

])1/2

=

2Vs2

(cos 1)

si decide hacer variar desde 0 hasta , Vo hasta donde Vshasta Vs/

2yVcd vara desde 0 hasta

2Vs/

IV. CONTROLADORES TRIFASICOS DE MEDIA ONDA

En la Fig.3 se muestra el diagrama de circuito de uncontrolador trifasico de media onda con una carga resistivaconcetaa en estrella.

El flujo de corriente hacia la carga esta controlado mediantelos tiristores T1, T3, T5; los diodos proporcionan la trayectoriade corriente de regreso. Para que fluya la corriente a travesdel controlador de corriente, por lo menos un tiristor debeconducir.Una vez que un tiristor empieza a conducir, solo sepuede desactivarse cuando su corriente disminuye a cero.

Fig. 3. controlador trifasico unidireccional.

Fig. 4. formas de ondas del controlador trifasico unidireccional.

En la Fig.4 se muestan las conexiones en estrella y lasformas de onda.

CONVERTIDORES CA-CA DICIEMBRE-2014 3

V. CICLO CONVERTIDORES

Los controladores de voltaje de CA suministran un voltajede salida variable, pero la frecuencia del voltaje de salida esfija.

Un Cicloconvertidor es un cambiador de frecuencia directaque convierte la potencia de CA a una frecuencia en potenciade frecuencia alterna a otra frecuencia mediante conversionde CA a CA.

La mayora de estos son de conmutacion natural estando lasalida maxima limitada a un valor que es solo una fraccionde la frecuencia de la fuente.

La aplicacion de mayor importancia de estos son losmotores electricos de CA de baja velocidad.

Dos convertidores monofasicos se operan comorectificadores de fuente.

Sus angulos de retraso son tales que el voltaje de salida deuno de ellos es igual y opuesto al del otro.

Si el convertidor P esta operando solo, el voltaje promediode salida es positivo y si el convertidor esta operando elvoltaje de salida es negativo.

En la Fig.5 se muestra el diagrama de un cicloconvertidormonofasico.

Fig. 5. ciclo convertidor monofasico

VI. CONCLUSION

Los diferentes tipos de convertidores permiten una con-version a una fuente CA variable, esto tiene muchas aplica-ciones, desde el control de la calefaccion asta el control de lavelocidad de un motor.

Las diferentes tecnicas de activacion nos permiten elcontrolar la activacion de la compuerta del tristor.

Esto nos permite, segun para lo que vayamos a controlar,escojer entre varias opciones la mejor o la que mejor seamolde alo que vayamos a hacer.

REFERENCES[1] Electronica de potencia, circuitos, dispositivos y aplicaciones 2 edicio,

Muhammad H. Rashid

introduccinPrincipio de control de Abrir y CerrarPrincipio de control de fasecontroladores trifasicos de media ondaCiclo convertidoresConclusionReferences