ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

INFORME

``CICLO CONVERTIDORES PARA MOTORES TRIFASICOS ´´

Integrante:

- Zavala Gómez, Oscar Max Abel

- Mondragón Reyes, Manuel Ivan

- Mayorga García, Joseph Henry

Profesor: GERMAN ECHEGARAY FLORES

NRC: 33079

Sección: Bloque 401.

Semestre: IV

Fecha de Entrega: 23 de Mayo 2015

2015 I

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Propósitos generales :

Promover el conocimiento y uso de los equipos y proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

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Objetivos:

Verificar el funcionamiento del ciclo convertidores para motores trifásicos

Experimentar un circuito del ciclo convertidor para el funcionamiento de los motores eléctricos.

Comprobar el funcionamiento de las frecuencias requeridas para el control del giro del motor eléctrico trifásico.

Reconocer las señales de onda el convertidor para reconocer el tipo de onda requerida al controlar al motor eléctrico trifásico.

Inversor Trifásico

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Los inversores, o convertidores CC-CA, son un circuito utilizado para convertir corriente

continua en corriente alterna. Un inversor tiene como función la de cambiar un voltaje CC

de entrada en un voltaje CA simétrico a la salida, procurando que este posea la magnitud y

frecuencia deseada por el usuario.

Los inversores trifásicos son utilizados para la alimentación de cargas trifásicas que

requieran corriente alterna. Algunas de las aplicaciones de estos inversores son las

siguientes:

Fuentes de tensión alterna trifásica sin interrupciones

Puesta en marcha de motores de corriente alterna trifásicos

Conexión de fuentes que producen energía en continua con las cargas trifásicas

(paneles fotovoltaicos).

Inversor trifásico

ClasificaciónPodemos clasificar de forma general los inversores en:

Inversores monofásicos con cancelación de voltaje: se puede variar la magnitud y

frecuencia del voltaje de salida, sin tener en cuenta que el voltaje de entrada sea

constante y que los interruptores no sean controlados en PWM (modulación de ancho

de pulso). Esta clase de inversores combinan las cualidades de los inversores

siguientes.

Inversores modulados en PWM: En la entrada de este inversor se encuentra un voltaje

CC constante que por lo general proviene de un puente rectificador. La modulación de

ancho de pulso PWM controla la magnitud y la frecuencia del voltaje de la salida; dicha

modulación controlara los interruptores del inversor.

Inversores de salida cuadrada: Para esta clase de inversores es necesario controlar la

magnitud de la entrada en CC para de esta manera tener control sobre la magnitud de

la salida en CA. La principal función de esta clase de inversor es la de controlar la

frecuencia de la señal de salida.1

Con este tipo de clasificación también podemos obtener cómo se clasifican los inversores

trifásicos.

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Inversor trifásico implementado con tres inversores monofásicos

Utiliza tres inversores monofásicos independientes, cada uno de ellos produce una tensión

de salida que tiene su frecuencia fundamental desplazada 120º con respecto a las demás

salida. Este tipo de inversores trifásicos solo son preferibles en aquellas condiciones

donde se necesite acceso a las tres fases de las carga por separado, situación que no es

muy común. Las desventajas de este tipo de inversores son las siguientes:

1. Es necesario la utilización de un transformador trifásico a la salida; el secundario

del transformador pueden encontrase conectador en estrella (Y) o delta (Δ).

2. Otro inconveniente de esta configuración de inversor trifásico es que requiere de

doce interruptores, cada uno de ellos con su respectivo diodo en anti-paralelo.

3. Utiliza doce transistores de potencia.

4. Es necesario equilibrar perfectamente las salidas de cada inversor monofásico

tanto en magnitud como fase, de lo contrario las tensiones que alimentaran las

cargas se encontrara desequilibradas.

Para el control de este inversor es necesario utilizar tres señales de referencia, una para

cada fase, las cuales deben estar desfasadas 120º. El espectro armónico generado es

muy parecido al del inversor puente completo en cuanto a las frecuencias armónicas, pero

estos voltajes son de menor magnitud. Ta, Tb y Tc representan a los transistores utilizados

en el circuito de un inversor trifásico. La siguiente ecuación muestra la relación entre el

voltaje de línea y los parámetros del inversor

V_LL= √3/(2√2) m_a V_d

V_LL=0.612m_a V_d

Circuito topológico de inversor trifásico

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Regiones de Operación

El inversor trifásico tiene tres regiones

Región Lineal (ma ≤ 1) en la zona lineal, la componente a frecuencia fundamental de

la tensión de salida varía linealmente con el ratio de modulación de la amplitud ma. La

ventaja principal de utilizar un valor de menor o igual a la unidad reside en la relación

lineal entre la tensión eficaz de línea a frecuencia fundamental y el ratio de modulación

de la amplitud ma. Sin embargo, la tensión eficaz de línea no resulta tan elevada como

pudiera ser necesario. Al contrario, se encuentra limitada a un valor máximo de 0.612

VD,

Región de sobre- modulación (1 <ma ≤ 3.24) Para obtener valores eficaces de la

tensión de línea a frecuencia fundamenta de mayor magnitud, se requiere elevar más

por encima de la unidad, es decir, el valor de pico o máximo de las tensiones de

control de cada una de las fases es mayor que el de la forma de onda triangular con la

que se compara. Esta región recibe el nombre de zona de sobre-modulación.

Región de salida cuadrada (ma> 3.24) Cuando el ratio de modulación de la amplitud

más adquiere valores elevados, el inversor trifásico PWM sobre modulado degenera

en uno de onda cuadrada.

Gráfica de las regiones

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Inversor Trifásico PWM

En un inversor trifásico el objetivo del empleo de la modulación de ancho de pulso es

modelar y controlar la tensión trifásica de salida en magnitud y frecuencia a partir de una

tensión de entrada VD constante. Una única onda triangular se compara con tres tensiones

de control senoidales desfasadas entre sí 120º, para conseguir a la salida un sistema de

tensiones trifásico equilibrado empleando la conmutación PWM, Efecto del tiempo muerto

en inversores PWM trifásicos Para inversores PWM trifásicos, las formas de onda de los

valores medios instantáneos de las tensiones compuestas VAB(t), VBC(t) y VCA(t)

consisten, en el caso de interruptores ideales, en senoidales puras desfasadas 120º. En

cambio, si los interruptores no son ideales, el tiempo muerto provoca que VAB(t), VBC(t) y

VCA(t) sufran una distorsión cuando las intensidades iAB(t), iBC(t) e iCA(t) pasen por cero.

De esta forma, aparecen armónicos de baja frecuencia de orden: 6k ±1 (k=1, 2, 3,...) de la

frecuencia fundamental, esto es, armónicos impares múltiplos de la frecuencia

fundamental 

Formas de onda pwm

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Inversor Trifásico de Onda Cuadrada

Cuando el rango de modulación de la amplitud máxima adquiere valores elevados, el inversor trifásico PWM sobre-modulado se degenera en uno de onda cuadrada. Aquí, cada interruptor se encuentra activado durante 180º de la frecuencia fundamental y nunca estarán cerrados ni abiertos simultáneamente los dos interruptores de una misma salida. Además, existe un desfase de 120º entre la activación de un interruptor y el del mismo nivel de la salida consecutiva. Por tanto, siempre habrá tres interruptores activados.

Forma de Onda Cuadrada

Tradicionalmente la conversión AC-AC se llevaba a cabo en dos etapas: primero de AC – CD con un rectificador y luego de CD – AC mediante un inversor. Los ciclo convertidores son circuitos diseñados para llevar a cabo la conversión AC-AC sin esas dos etapas, lo que eleva el rendimiento y reduce la cantidad de componentes necesarios. La aplicación típica de este circuito es en el control de velocidad de motores síncronos y de inducción por medio de variación de la frecuencia. En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de un ciclo convertidor.

Diagrama de Bloques

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Algunos usos de ciclo convertidores son:

· Impulsiones de molinos del cemento

· Control de motores de inducción

· Propulsión de vehículos

· Calentamiento por alta frecuencia

· Molinos que para triturar minerales

· Escavadoras de minas

Dependiendo del tipo de alimentación se tienen diferentes tipos de ciclo convertidores:

Monofásico – monofásico

El circuito consiste de dos rectificadores conectados a la misma fuente de alimentación monofásica. En el primer semiciclo se disparan los tiristores del puente llamado convertidor + funcionando por una cierta cantidad de ciclos de la señal de entrada. En el segundo semiciclo funciona el convertidor – durante la misma cantidad de ciclos que el convertidor +. Así la carga recibe una tensión alterna compuesta por semiciclos de la tensión de entrada con una frecuencia que es un submúltiplo de la original.

Ver la figura 2. Cabe destacar que el ángulo de disparo puede variarse para ajustar el valor RMS de la tensión de salida. La forma de onda de la tensión de salida se muestra en la figura 3 para diferentes ángulos de disparo.

Ciclo Convertidor Monofásico

Formas de ondas para α=0º y α=60º

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Note en la figura 3 que la frecuencia de la señal de salida es 4 veces menor que la entrada Vs.

Para modificar la frecuencia basta con cambiar el número de ciclos del convertidor negativo y el positivo.

Ejercicio: El voltaje de entrada al convertidor es de 120V, 60Hz. La carga está compuesta por un circuito serie RL donde R=5_ y L =40 mH. La frecuencia del voltaje de salida es de 20Hz y el

Angulo de disparo es de 120º.

a- calcule la tensión RMS de salida

b- la potencia en la carga

c- la corriente RMS en cada tiristor

d- el factor de potencia en la fuente Vs

R/ 53V, 279.7w, 3.74A, 0.311.

Ciclo convertidor trifásico a monofásico

El principio de operación es el mismo que el anterior solo que los convertidores + y - pueden ser del tipo rectificador de media onda o de onda completa.

Ciclo convertidor monofásico (A) media onda (B) onda completa

La forma de onda para un ciclo convertidor de onda completa se muestra a continuación. Nótese que la frecuencia de salida es un quinto de la entrada. Ver figura 5

Tensión de salida monofásica con un ángulo de disparo α

Trifásico a trifásico

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Generalmente son utilizados en el control de velocidad de motores de inducción trifásicos 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 ciclo convertidores de media y onda completa para generar tensión trifásica de frecuencia ajustable. En la figura 6 se muestra un convertidor AC-AC de media onda y en la 7 uno de onda completa.

Ciclo convertidor trifásico de media onda

Ciclo convertidor trifásico de onda completa

Conclusiones:

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Los semiciclos posee la transformación de la onda, ratificando a los

conversores de frecuencia de la misma tales que nos da a comprender que los

ratificadores de onda nos da un mayor complejo en su uso a operar los RPM

de los motores trifásicos, ya que en la industria su uso es para trabajos

precisos de coordinación con diferentes funciones.

Tras los conversores se pueden utilizar en muchos casos en las fábricas,

industrias y es muy eficaz siempre y cuando su complejidad es la adecuada.

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