Elaborar un circuito inversor de onda cuadrada

Inversor monofásico bipolar

Edgar Orlando López Carazo, José Alberto Ramírez Ramírez.

Universidad Tecnológica de la Mixteca. Instituto de Electrónica y Mecatrónica.

Carretera a Acatlima Km. 2.5, Huajuapan de León. 

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Resumen

          La presente práctica consiste en elaborar un circuito inversor de onda cuadrada. Para ello se simulara primeramente el circuito propuesto  en la plataforma de simulación PSIM 9, una vez comprobado el correcto funcionamiento  del circuito se procederá a armar el circuito en un protoboard y se realizará la respectiva toma de muestras para verificar su correcto funcionamiento y congruente a los resultados  simulados.

Palabras clave: Inversor, Modulación, Tiempo.

Introducción

      Los inversores son circuitos que convierten la corriente continua en corriente alterna. Más exactamente, los inversores transfieren potencia desde una fuente de continua a una carga de alterna. Los convertidores en puente de onda completa pueden funcionar como inversores en algunos casos, en nuestro caso es utilizado como inversor. En esta práctica utilizaremos un inversor (convertidor CD-CA) el cual como se mencionó antes es un circuito de potencia  que permite la conversión de corriente directa a corriente alterna.

[pic 1]

Fig.1 Inversor de puente completo (monofásico).

Idealmente sabemos que el inversor debe tener una fuente de alimentación de CD y proveer a su salida un voltaje senoidal puro a la frecuencia y magnitud deseada. Estos convertidores dependen de una conmutación para poder funcionar correctamente, la conmutación es sincronizada de interruptores unidireccionales (BJT’s, MOSFET’s o IGBT’s). Las aplicaciones que se le pueden dar a este tipo de circuitos son muy variadas, pero por lo regular se ocupan en el manejo de motores de inducción.

Para el control de los diferentes inversores se emplean diversas técnicas de modulación, tal es el caso de la modulación por ancho de pulso, para el caso de la práctica se utilizó la modulación senoidal de ancho de pulso o SPWM. La modulación senoidal de ancho de pulso se basa en la idea de comparar una señal triangular con frecuencia variable y amplitud constante con una onda seno de frecuencia constante y amplitud variable, ambas señales se comparar para obtener una señal cuadrada con anchos de pulsos variables como se puede observar en la figura 2.

[pic 2]

Fig.2 Señales moduladas por SPWM.

       Una aplicación en electrónica de potencia se basa en el control de potencia de la onda sinusoidal monofásica, por medio de la técnica SPWM, de forma tal que el ancho de pulso de la modulación PWM está relacionado con la función sinusoidal. Esta técnica hace que la distorsión armónica se desplace a mayor frecuencia y por consiguiente los filtros se verán simplificados, también nos genera que el DAT de la corriente de carga disminuya. Dos ventajas de la modulación PWM son la reducción de los requerimientos de filtro para reducir armónicos y el control de la amplitud de salida. [2]

      Así como también es necesario hablar del tiempo muerto debido a que es el encargado de proteger al circuito. Este tipo de circuitos de tiempo muerto son empleados por seguridad ya que debe existir un pequeño lapso de tiempo muerto entre la activación y desactivación de los interruptores de una misma rama. Esto se debe al tiempo de apagado correspondiente a cada interruptor, debido a que si se encuentran activados más de dos interruptores a la vez podremos ocasionar un corto circuito y eso sería una grave falla en el funcionamiento del inversor.  Para implementar dicho tiempo muerto se emplearon compuertas NAND y NOT, ambas con histéresis para poder suprimir cualquier pico de voltaje no deseado. La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes tipos de manifestaciones para este fenómeno. La curva de la histéresis muestra la curva de magnetización de un material. Sea cual sea el material específico, la forma tiene características similares.

• Al principio, la magnetización requiere un mayor esfuerzo eléctrico. Este intervalo es la llamada zona reversible.
• En un determinado punto, la magnetización se produce de forma proporcional. En este punto se inicia la denominada zona lineal.
• Finalmente, se llega un instante a partir del cual, por mucha fuerza magnética que induzcamos al material, ya no se magnetiza más. Este es el llamado punto de inducción de saturación que determina el inicio de la llamada zona de saturación.[1]

    El dispositivo utilizado para acoplar los MOSFET’s y el circuito de tiempo muerto es el IR2110, el cual es un drive impulsor encargado de hacer el encendido y apagado de nos interruptores (MOSFET’s), ver Fig. 3.

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 Fig. 3 IR2110, drive impulsor.

Asi como también los MOSFET’s utilizados son los siguientes, ver Fig. 4.

[pic 4]

Fig. 4 IRF640N, MOSFET de canal N.

La utilización de estos componentes es muy necesaria debido al manejo tanto de altas corrientes como de altos voltajes, estos dispositivos son idóneos para este tipo de aplicación por su respuesta tan rápida, existe un único inconveniente con el IR2110 el cual no cuenta con aislamiento óptico y eso nos genera una cierta desconfianza en el momento de hacer la implementación.

Estos dispositivos funcionan por modulación por anchura de impulsos bipolar sinusoidal y por anchura de impulsos unipolar sinusoidal.  Nosotros para fines de la práctica utilizamos la modulación por anchura de pulsos  bipolar, el cual consiste de una señal sinusoidal de referencia y una señal portadora triangular. Cuando el valor instantáneo de la sinusoide de referencia es mayor que la portadora triangular, la salida está en +Vcc, y cuando la referencia es menos que la portadora, la salida está en –Vcc. [3]

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