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Accionamientos Eléctricos Tema 4 . Convertidores para regulación de máquinas de corriente alterna

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Accionamientos Eléctricos Tema 4 . Convertidores para regulación de máquinas de corriente alterna. INDICE DEL TEMA. 1. Introducción 2. Convertidores estáticos de potencia para accionamientos de corriente alterna 3. Convertidores dc-ac (inversores)

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accionamientos el ctricos tema 4 convertidores para regulaci n de m quinas de corriente alterna
Accionamientos EléctricosTema 4. Convertidores para regulación de máquinas de corriente alterna

INDICE DEL TEMA

1. Introducción

2. Convertidores estáticos de potencia para accionamientos de corriente alterna

3. Convertidores dc-ac (inversores)

4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.

5. Convertidores Electrónicos .Futuro.

6. Controladores

Profesora: Mónica Chinchilla Sánchez

Universidad Carlos III. Dpto. Ing. Eléctrica. Ingeniería Industrial, 5º curso

1 introducci n el motor as ncrono
Campo magnético1. Introducción. El motor asíncrono
  • El imán crea un campo

magnético

  • Este campo alcanza al disco
  • Si hacemos girar el imán también girará el disco
1 introducci n el motor as ncrono3
Velocidad1. Introducción. El motor asíncrono
  • Velocidad ligeramente inferior a la de sincronismo
  • Deslizamiento
  • Característica constructiva del motor
  • Expresa la diferencia entre la velocidad de sincronismo y la del rotor
1 introducci n el motor as ncrono4
Arranque directo

Corriente

Par

I de arranque: 6...8 In

I máxima: 3. . .4 In

Z. INESTABLE

Z. ESTABLE

Par Max: 2.5 Par Nom

Velocidad nominal

Par Arran: 1.5 Par Nom

Veloc. de sincronismo:

ns = 60 f / pp

Par nominal

Velocidad mínima

Velocidad

I nominal: In

1. Introducción. El motor asíncrono
1 introducci n el motor as ncrono5
Arrancador estático - Rampas

Tiempo de rampa

Tensión en cada fase

  • .

Fase completa

  • La orden de marcha produce el cebado de los tiristores con un ángulo de retardo a
  • Durante el tiempo de rampa el retardo se va reduciendo.
  • Al final del tiempo de rampa el retardo es cero,
  • llegando toda la tensión a bornas del motor.
1. Introducción. El motor asíncrono
2 convertidores est ticos de potencia para accionamientos de corriente alterna

Inconvenientes

  • Caros
  • Mal factor de potencia
  • Restricciones en la conversión de frecuencias

AC-DC-AC

RECTIFICADOR – ETAPA DC - INVERSOR

2. Convertidores estáticos de potencia para accionamientos de corriente alterna

AC-AC

CICLOCONVERTIDORES

slide7

3. Convertidores dc-ac (inversores)

es posible controlar a voluntad el factor de potencia de la corriente inyectada a la red.

Angulo a entre 90° y 180º

  • Inversor trifásico

El inversor trifásico puede estar compuesto por semiconductores controlados, fundamentalmente de:

Tiristores (conmutado por red) y de IGBT’s (autoconmutado o inversor PWM)

slide8

3. Convertidores dc-ac (inversores)

uA(t)

iA

A

B

C

UL

(V)

t(s)

Inversor trifásico totalmente controlado (autoconmutado)

N

3 convertidores dc ac inversores resumen
3. Convertidores dc-ac (inversores).Resumen
  • Convertidores Autoconmutados
  • Completamente controlados
  • Basados en la tecnología de IGBT’s o IGCT’s
  • Potencias de 100 MW y aumentando
  • 96-98 % de rendimiento
  • Convertidores Conmutados por línea
  • Basados en la tecnología de tiristores
  • Pobre factor de potencia
  • Elevada THD: grandes filtros
  • Potencias de más de 10 MW
4 convertidores electr nicos para control de generadores ejemplos11
4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.

ENERCON E-40

MADE, Lagerwey (IGCT’s)

4 convertidores electr nicos para control de generadores ejemplos12

R

S

T

4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.

Mtorres

(Convertidor back to back)

5 convertidores electr nicos futuro
5. Convertidores Electrónicos .Futuro.

Convertidorback to back

  • Inconvenientes
  • Presencia del condensador en la etapa DC
  • Elevadas pérdidas en la conmutación

Matricial

Multinivel

Resonante

5 convertidores electr nicos futuro14
5. Convertidores Electrónicos .Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

Topología

Combina interruptores conectando convenientemente las entradas y salidas del convertidor, para obtener la corriente, tensión y frecuencia deseadas.

5 convertidores electr nicos futuro15

Ventajas

  • los interruptores están aprovechados por igual: menos estrés térmico
  • no necesitan condensador
5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

  • Inconvenientes
  • la tensión de salida está limitada a 0,866 veces la de entrada : para dar = P: aumentar I en 1,15 veces la del back to back (aumentan Pcond).
  • Al no tener C, si la tensión es desequilibrada, y se distorsionan las corrientes
5 convertidores electr nicos futuro16
5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

Clasificación de Topologías multinivel

5 convertidores electr nicos futuro17

Ventajas

  • para la misma distorsión la f de conmutación se reduce hasta el 25 %
  • aunque hay mas Pcond, aumenta la eficiencia global
5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

  • Inconvenientes
  • desequilibrios entre las tensiones DC obligan a realizar más medidas.
  • desigual estrés de los semiconductores
5 convertidores electr nicos futuro18
5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

5 convertidores electr nicos futuro19

Ventajas

  • menos pérdidas por conmutación
5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

  • Inconvenientes
  • Hw, Sw más complejos (más sensores para mantener la resonancia)
  • desequilibrios entre las tensiones DC
5 convertidores electr nicos futuro20

Back to back

Multinivel

5. Convertidores Electrónicos. Futuro.

Comparación

Nº Efic. TDH Implementación

Back to back

Matricial

Multinivel

Resonante

6 controladores y moduladores

a

b

c

+ UDC

0

S1

S3

S5

S4

S6

S2

6. Controladores y Moduladores

El inversor autoconmutado puede proporcionar una salida controlada en tensión(1) o una salida controlada en corriente (2).

1- Salida controlada en tensión

Posibles esquemas:

1.1 Rectificador controlado o chopper + inversor en onda cuadrada (six steps)

+

ó

La tensión de fase está delimitada por los 6

estados activos del puente.

Ej: fase a

6 controladores y moduladores22
6. Controladores y Moduladores

1.1 Rectificador controlado o chopper + inversor en onda cuadrada (six steps)

Control el inversor en onda cuadrada: disparo interruptores de modo que la tensión aplicada a la fase a resulta:

Cuyo primer armónico es: Uan1=2*Udc*senwt/

Máxima amplitud: 2*Udc/ 

Las tensiones ub y uc son iguales a la ua desplazadas +120º y -120º

Inconvenientes: elevada TDH; precisa fuente de tensión continua variable

ua

t

La tensión de fase está delimitada por los 6

estados activos del puente.

Ej: fase a

4 6 controladores y moduladores

Modulación de los pulsos

SENSORES Y CONSIGNAS

4.6. Controladores y Moduladores

1.2 Rectificador de diodos + inversor PWM: a partir de una fuente de tensión fija proporcionan una tensión de amplitud y frecuencia variables

+

CONTROLADOR

¿control?

4 6 controladores y moduladores24
4.6. Controladores y Moduladores

1.2 Rectificador de diodos + inversor PWM

Control: comparando la referencia de tensión deseada (señal moduladora) con una señal triangular de mayor frecuencia (señal portadora).

Por cada fase, los pulsos de control de los semiconductores resultan pulsos como los de la figura:

El primer armónico de la tensión fase neutro resulta: Uan1=Ma*Udc*sen(wt)/2

Máxima amplitud: Udc/2

Siendo Ma el índice de modulación de amplitud o relación entre las amplitudes de la onda moduladora y de la portadora. Ma € [0,1]

4 6 controladores y moduladores25
4.6. Controladores y Moduladores

2- Salida controlada en corriente

Cuando la referencia que se impone sobre el inversor es de una señal de corriente

(amplitud y frecuencia), el convertidor se comporta como una fuente de intensidad.

Modos de control: comparación con histéresis y comparación a frecuencia fija

2.1 Comparación

con banda de histéresis

2.2 Comparación a frecuencia fija: se genera una referencia de tensión (moduladora)

a partir de la salida de un regulador de corriente