Inversor Monofásico

Diseño de un Inversor Monofásico de Medio Puente

OBJETIVO

EL Objetivo de esta práctica de la materia de diseño de sistemas electrónicos de potencia consiste en que el alumno entienda los conceptos de un convertidor de corriente directa a corriente alterna(inversor), tanto principio de operación tanto electrónico como matemático, parámetros de rendimiento y modo de medición. Asi mismo que se vea la aplicación de un circuito de alimentación de 13Vcd y con una frecuencia de 60Hz

MARCO TEORICO

Transistor: Dispositivo electrónico  semiconductor de 3 capas npn o pnp, que cumple con funciones de oscilador, amplificador, recortador, conmutador y rectificador.

Diodo de rueda libre rueda libre: Sirve para que la energía almacenada en algún componente reactivo se descargue por el diodo eh impida el paso de la corriente en algún tramo del circuito no deseado.

Armónico: Se refiere a un componente frecuencia obtenido a partir de la serie de Fourier.

Serie de Fourier: Sirve para poder descomponer en el dominio frecuencial una función periódica en un componente de directa y una sumatoria de senos y cosenos, con lo cual podemos ver la distribución de la energía:

[pic 1]

Transformada  de Fourier: Al igual que la serie de Fourier sirve para pasar del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, con la diferencia de que se usa la transformada para funciones no periódicas, o que solo existen en un tiempo finito.

[pic 2]

Elementos pasivos: Son elementos de circuitos eléctricos los cuales no aportan energía al circuito, sino todo lo contrario al consumir la energía y disiparla de alguna otra manera, funcionan como transductores.

Resistor: Es un elemento pasivo que sirve como transductor de energía eléctrica a energía termina.

[pic 3]

Capacitor: Elemento pasivo que se opone a las variaciones de voltaje pasando los picos de voltaje a campo eléctrico y viceversa.

[pic 4]

INTRODUCCION

Los circuitos convertidores de directa a alterna suelen ser llamados simplemente inversores y consiste en obtener a partir de un voltaje VCD un voltaje VCA simétrico que tendrá una magnitud a partir del voltaje de directa en nuestro caso el voltaje de salida será Vs/2 y –Vs/2, siendo Vs el voltaje de la fuente, la frecuencia de salida será la misma que la de los pulsos de control que apliquemos.

Los inversores son de gran aplicación ya sea tanto para sistemas alimentados a partir de energía solar a alimentación de reversa y fuentes interrumpibles, motores, variadores de velocidad. Para aplicaciones de alimentación eléctrica la frecuencia varía entre 50 y 60 Hz, para sistemas  monofásicos tienen un voltaje de 120V y para sistemas trifásicos de entre 220V

El circuito inversor consta de 1 fuente de directa que será el voltaje a pasar a alterna donde debe de cerrarse un circuito a partir de un par de transistores para pasar finalmente por una carga eléctrica que servirá para ver la onda de salida. Es de gran importancia mencionar que el circuito lógico que se encargara de conmutar a los transistores debe hacerse de tal manera que los 2 transistores no estén activos al mismo tiempo

En la siguiente imagen podremos observar el diagrama de un inversor monofásico extraído del libro de electrónica de potencia de MUHAMMAD H. RASHID. 

[pic 5][pic 6]

[pic 7]

[pic 8]

En la imagen 1a se puede observar el circuito inversor, donde en el primer semi-ciclo estará activo el transistor Q1 y permanecerá el transistor Q2, de manera inversa en el segundo semi-ciclo el transistor Q2 estará activo y se abrirá el transistor Q1 de tal manera que nos dará la forma de onda observada en la imagen 1b

Los circuitos equivalentes se mostraran en las siguientes figuras: [pic 9]

[pic 10]

[pic 11][pic 12]

Donde:

[pic 13]

Si tomamos en cuenta lo anterior podemos ver que es una función periódica  de simetría impar

Enontonces:

[pic 14]

[pic 15]

Y la seria de Fourier queda de la siguiente manera:

[pic 16]

Con esto se puede comprobar que existe una señal  fundamental que tiene la frecuencia de oscilación que es igual a la de los pulsos de control que se aplica a los transistores. Y  con la ayuda de componentes pasivos se puede diseñar un filtro que corte entre la fundamental y el 3er armónico

Para comprobar este resultado matemático se realizó una simulación en matlab donde se pudiera observar tanto la señal en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia, utilizando los valores de Vs = 12, fo = 60Hz. La cual se muestra a continuación

[pic 17]

Otro parámetro importante que se debe de calcular es el voltaje rms de la forma de onda a la salida, el cual se obtiene a continuación para la n-esima armónica:

[pic 18]

  [pic 19]

 [pic 20]

[pic 21]

Si tomamos en cuenta la identidad de:

[pic 22]

...