INVERSOR MONOFÁSICO BASADO EN SPWM CON FILTRO LC PARA LA REDUCCIÓN DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL

INVERSOR MONOFÁSICO BASADO EN SPWM CON FILTRO LC  PARA LA REDUCCIÓN DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA TOTAL

Ávila Enríquez, Augusto Avalos, aavila@unitru.edu.pe;

Morales Plasencia, Hover Antonio, hmorales@unitru.edu.pe;  

Pérez Dávila, Jesús Fernando, jperezd@unitru.edu.pe;  

Rodriguez Ventura, Clevex Mailzo, cmrodriguez@unitru.edu.pe;  

Universidad Nacional de Trujillo

Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica

Resumen— El presente artículo es dedicado al estudio del Inversor monofásico basado en SPWM con filtro  LC, en primer lugar, se explica la importancia de estos dispositivos y sus aplicaciones, los métodos de modulación  y sus desafíos al momento de implementar. Así mismo se brinda los principios en los cuales se basa el  funcionamiento y las técnicas de modulación, y la adición de un filtro al circuito para suavizar la señal de salida,  por consiguiente se pasó a simular dos circuitos en el software PSIM, el primero sin el uso de un filtro LC, mientras  que en el segundo se implementa con un filtro LC , cuya finalidad es comprar la distorsión armónica total (THD)  se la señal de salida SPWM de cada circuito basándonos en los estándares de la normativa de la IEEE.

Palabras clave: Inversor, SPWM, SVPWM, THD, modulación, filtro LC.

Abstract— This article is dedicated to the study of the single-phase inverter based on SPWM with LC filter,  in the first place, the importance of these devices and their applications, the modulation methods and their  challenges at the time of implementation are explained. Likewise, the principles on which the operation and  modulation techniques are based are provided, and the addition of a filter to the circuit to smooth the output signal,  therefore two circuits were simulated in the PSIM software, the first without the use of an LC filter, while in the  second it is implemented with an LC filter, whose purpose is to compare the total harmonic distortion (THD) of  the SPWM output signal of each circuit based on the standards of the IEEE regulations.

Keywords: Inverter, SPWM, SVPWM, THD, Modulation, LC Filter.

1. INTRODUCCIÓN

Hoy en día, el uso de los convertidores AC/DC o  inversores son usados en múltiples aplicaciones, tales  como variadores de velocidad, convertidores estáticos  de frecuencia, fuentes de alimentación de reserva,  módulos fotovoltaicos, fuentes de alimentación  ininterrumpida, entre otras [1]. Son indispensables en  la industria y casi cualquier lugar, debido a sus diversas  aplicaciones, una de las aplicaciones más usadas en la  actualidad es en sistemas fotovoltaicos, donde son  usados para para convertir en corriente alterna la  corriente continua entregada por los paneles solares,  donde para poner en la red estos sistemas fotovoltaicos  se usa inversores de estado sólido [2]. A pesar de su  utilidad estos dispositivos un presentan algunos  problemas, uno de ellos es la conexión entre  dispositivos, se puede presentar que cuando los  inversores son conectados a la red se presenta el  aumento de armónicos y el factor de potencia. Para  evitar pérdidas por corriente reactiva la mayoría de los  inversores comerciales funcionan con un factor de  potencia unitario [3].

Los inversores deben presentar características que  le permitan operar en modo isla, como protección de las  personas y equipos, para esto se debe presentar una  onda de voltaje adecuada sin importar la carga a la cual  se conecte y así cumplir con las condiciones de  amplitud, frecuencia y un TDH adecuadas según la  IEEE 519-1992 [2] [4].

De maneral ideal los inversores deberían tener una  forma de onda de voltaje de salida con forma senoidal,  pero en los inversores reales esto no es así, la onda  contiene varias armónicas, para ampliación en  dispositivos de mediana o poca potencia, se puede  aceptar voltajes con onda cuadrada o semi cuadrada, en otras aplicaciones con alta potencia, es indispensable  las formas de onda senoidales con baja distorsión [5],  para este último caso existen técnicas de modulación  que permiten reducir la THD (Distorsión armónica  total), las tres técnicas más usadas son: UWPM,SPWM  y SVPWM, la técnica UPWM utiliza varios pulsos en  cada uno de los ciclos de voltaje de salida , compara  una señal de referencia con una onda triangular  portadora, con esto se genera las señales para activar y  desactivar transistores [5], la técnica SPWM utiliza una  portadora triangular que se compara con una onda de  referencia sinusoidal para obtener señales de pulso, es  sencillo de hacer, pero la tensión de salida es baja [6].  La técnica SVPWM es una técnica superior a otras  técnicas PWM, ya que puede adaptar los diferentes  comportamientos de conmutación, como carga media,  carga completa, carga lineal y no lineal, pulsante,  estática, etc. y genera una THD muy baja en el lado  salida en los valores de corrientes y tensiones, la técnica  puede entenderse como sintetizar un vector llamado

vector de referencia, mediante la gestión de ocho  patrones de conmutación disponibles en el flujo  rotatorio [7], si comparamos las tres técnicas aplicadas  o simuladas en un mismo sistema se puede observar que  el método SPWM es mejor que UPWM, reduce más los  armónicos y a su vez SVPWM es mejor que SPWM ya  que proporciona un 15.5% de mejora en la salida  fundamental y menor THD en el voltaje de salida [8],  aunque este a su ves

La conformación de la onda de salida de los inversores  se da gracias a los interruptores, ya que estos conducen  o cortan la señal con un valor igual a la frecuencia  deseada, escoger un tipo de modulación determinara el  valor de la señal fundamental así como los  componentes armónicos que esta tiene, además en  aplicaciones en la industria se necesita controlar la  tensión de salida del inversor, ya que esta es su función  principal, para cumplir con la relación voltios  frecuencia, la calidad de esta onda se mide con el THD,  reducir este contenido es una de las tareas más  complicadas en el diseño de los conversores, y una de  las más importantes, ya que los armónicos reducen el  factor de potencia, también aumenta la interferencia en  el propio conversor y en equipos en su entorno, a su vez  hay resonancias magnéticas y esto causa ruido acústico.  Por ello se usa técnicas de modulación (PWM), ya que  estas desplazan los armónicos a altas frecuencias donde  son fácilmente filtrables [9].

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