6990919-inversores
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D E P ~ T ~ P C ~ O DE ELECTR~NCA. UNTYEZSIDAD DE ALCLCALA
Electr6nica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
e Aplicaciones: @ Fuentes de alimentacion AC inintermmpibles (UPS)
Sistemas de ahentacion inintirmmpidas (SAI) @ Control de velocidad de motores AC.
Inversor conmutado como excitador de motor AC
Conversores DC-AC Pigina 1
Entrada del inversor: Seiial DC
Salida dei inversor: Senal AC sinusoidal de fiecuencia y
amplitud controlables.
Conversores DC-AC Pagina 2
D E P ~ T ~ P C ~ O DE ELECTR~NCA. UNTYEZSIDAD DE ALCLCALA
Electr6nica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
e Aplicaciones: @ Fuentes de alimentacion AC inintermmpibles (UPS)
Sistemas de ahentacion inintirmmpidas (SAI) @ Control de velocidad de motores AC.
Inversor conmutado como excitador de motor AC
Conversores DC-AC Pigina 1
Entrada del inversor: Seiial DC
Salida dei inversor: Senal AC sinusoidal de fiecuencia y
amplitud controlables.
Conversores DC-AC Pagina 2
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eiech6nica de Potencia.
Flujo de potencia reversible:
1.- Funcionamiento como IWERSOR: La mayor parte del tiempo, la
potencia fluye desde el lado de Ia fuente DC a1 motor en el lado AC,
requiriendo un fimcionamiento en mod0 inversor.
2.- Funcionamiento como RECTIFICXDOR: Cuando el motor AC baja de
velocidad, la energia cinetica asociada con la inercia del motor y su carga es
recuperada y el motor AC achh como generador. Durante el frenado, la
potencia fluye desde el lado AC, a1 lado DC del convertidor y este funciona
en un mod0 rectdcador. La energia recuperada durante el fienado del motor
AC puede ser disipada en una resistencia que se conecta en paralelo con el
condensador de Wtro en la entrada DC.
Convertidor conmutado para funcionar como motor y frenado
regenerativo en excitadores de motores AC @ara aplicaciones donde el
frenado se realiza frecuentemente)
Conversores DC-AC PBgina 3
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Elech6niea de Potencia.
La energia recuperada de la inercia del motor de carga es realmentada
a la red electrica. El convertidor que se conecta a la entrada de la red electrica
debe ser un convertidor de dos cuadrantes con circulation de comente DC
reversible, esto hace que pueda funcionar como un rectificador cuando el
motor a c t b corno tal y como un inversor durante el frenado. Un convertidor
reversible de dos cuadrantes se puede realizar mediante dos convertidores de
tiristores a frecuencia de linea back-to-back (tiristores en oposicion). Otra
razon para e~nplear este rectificador conmutado, (llamado rectificador porque
la mayor parte del tiempo, la potencia fluye desde la entrada de linea AC a1
bus de continua DC) es comunicar el motor con la red electrica.
0 Clasificacion de 10s inversores seglin su salida AC:
e monofasicas, y
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eiech6nica de Potencia.
Flujo de potencia reversible:
1.- Funcionamiento como IWERSOR: La mayor parte del tiempo, la
potencia fluye desde el lado de Ia fuente DC a1 motor en el lado AC,
requiriendo un fimcionamiento en mod0 inversor.
2.- Funcionamiento como RECTIFICXDOR: Cuando el motor AC baja de
velocidad, la energia cinetica asociada con la inercia del motor y su carga es
recuperada y el motor AC achh como generador. Durante el frenado, la
potencia fluye desde el lado AC, a1 lado DC del convertidor y este funciona
en un mod0 rectdcador. La energia recuperada durante el fienado del motor
AC puede ser disipada en una resistencia que se conecta en paralelo con el
condensador de Wtro en la entrada DC.
Convertidor conmutado para funcionar como motor y frenado
regenerativo en excitadores de motores AC @ara aplicaciones donde el
frenado se realiza frecuentemente)
Conversores DC-AC PBgina 3
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Elech6niea de Potencia.
La energia recuperada de la inercia del motor de carga es realmentada
a la red electrica. El convertidor que se conecta a la entrada de la red electrica
debe ser un convertidor de dos cuadrantes con circulation de comente DC
reversible, esto hace que pueda funcionar como un rectificador cuando el
motor a c t b corno tal y como un inversor durante el frenado. Un convertidor
reversible de dos cuadrantes se puede realizar mediante dos convertidores de
tiristores a frecuencia de linea back-to-back (tiristores en oposicion). Otra
razon para e~nplear este rectificador conmutado, (llamado rectificador porque
la mayor parte del tiempo, la potencia fluye desde la entrada de linea AC a1
bus de continua DC) es comunicar el motor con la red electrica.
0 Clasificacion de 10s inversores seglin su salida AC:
e monofasicas, y
Electr6nica de Potencia. &
e Sea& el tipo de entrada a1 inversor: @ VSI (Inversor por hente de tension), y
Conversores DC-AC Pigina 5
DEPARTMNTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrcinica de Potencia.
CSI (Lnversar por fuente de corriente) ~nicamente tienen
aplicacion en 10s excitadores de motores AC de muy alta
potencia o en excitadores de control vectorial.
Division de 10s VSIs:
Inversores por Modulation de ancho de pulso (PWM).
La tension DC es constante en amplitud.
El inversor controla la magmtud y frecuencia de las tensiones de
salida AC, esto se realiza por medio de la modulacion de ancho
de pulso.
Conversores DC-AC Pigina 6
Electr6nica de Potencia. &
e Sea& el tipo de entrada a1 inversor: @ VSI (Inversor por hente de tension), y
Conversores DC-AC Pigina 5
DEPARTMNTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrcinica de Potencia.
CSI (Lnversar por fuente de corriente) ~nicamente tienen
aplicacion en 10s excitadores de motores AC de muy alta
potencia o en excitadores de control vectorial.
Division de 10s VSIs:
Inversores por Modulation de ancho de pulso (PWM).
La tension DC es constante en amplitud.
El inversor controla la magmtud y frecuencia de las tensiones de
salida AC, esto se realiza por medio de la modulacion de ancho
de pulso.
Conversores DC-AC Pigina 6
T)E?A-RT~WUCNTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
T4p D7p DIT I MOTOR JAULA DE ARDILLA
-- E32 0 2
T INVERSOR
GENERADOR ONDA TRIANGULAR (PORTADORA ) I
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNTVERSIDAD DE ALCALA Etectr6nica de Potencia.
- --
Conversores DC-AC Pigina 7 Conversores DC-AC Pigina 8
T)E?A-RT~WUCNTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
T4p D7p DIT I MOTOR JAULA DE ARDILLA
-- E32 0 2
T INVERSOR
GENERADOR ONDA TRIANGULAR (PORTADORA ) I
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNTVERSIDAD DE ALCALA Etectr6nica de Potencia.
- --
Conversores DC-AC Pigina 7 Conversores DC-AC Pigina 8
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electrboica de Potencia.
Laversores de onda cuadrada:
Tension de entrada DC es regulable para controlar la magnitud
de la tension de salida AC.
El inversor so10 controla la fiecuencia de la tension de salida.
La tension de salida AC tiene una forma de onda similar a una
onda cuadrada.
Conversores DC-AC Pigina 9
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
@ Inversores monofasicos con supresion de tension:
Entrada a1 inversor es una tension DC constante.
Los conmutadores del inversor no son modulados con PWM.
La tension de salida AC tiene una forma de onda similar a una
onda cuadrada.
Conversores DC-AC Pigina 10
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electrboica de Potencia.
Laversores de onda cuadrada:
Tension de entrada DC es regulable para controlar la magnitud
de la tension de salida AC.
El inversor so10 controla la fiecuencia de la tension de salida.
La tension de salida AC tiene una forma de onda similar a una
onda cuadrada.
Conversores DC-AC Pigina 9
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
@ Inversores monofasicos con supresion de tension:
Entrada a1 inversor es una tension DC constante.
Los conmutadores del inversor no son modulados con PWM.
La tension de salida AC tiene una forma de onda similar a una
onda cuadrada.
Conversores DC-AC Pigina 10
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UMVERSLDPJ) DE .~LC.~LA
Electr6nica d e Potencia. DEPARTAKEP~O DE ELECTWONICA. UMVERSIDAD DE A L C A L ~ Electr6nica d e Potencia.
CONCEPTOS BASICOS DE INVERSORES CONMUTADOS e Inversor conmutado de una etapa:
s Inversor conmutado monofasico:
(4 Intervalo 1: v, e i, son positivas.
Intervalo 3: v, e i, son negativas.
p, = v, . i, es positiva. La energia fluye desde el lado BC a1 J)C.
Convertidor se comporta como INVERSOR.
Lntervalo 2: v, es negativa i, es positiva
Intervalo 3: vo es postiva e i, es negativa. aff 14
po = vo i, es k. La energia fluye desde el lado AC a1 DC.
Convertidor se cornporta como RECTIFICADOR.
Conversores DC-AC Pigina 11
Condiciones de analisis:
@ V, es constante, y
Los conmutadores del inversor controlan la tension de salida y la clan
forma, controlando el ancho del pulso.
Conversores DC-AC Piginah
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UMVERSLDPJ) DE .~LC.~LA
Electr6nica d e Potencia. DEPARTAKEP~O DE ELECTWONICA. UMVERSIDAD DE A L C A L ~ Electr6nica d e Potencia.
CONCEPTOS BASICOS DE INVERSORES CONMUTADOS e Inversor conmutado de una etapa:
s Inversor conmutado monofasico:
(4 Intervalo 1: v, e i, son positivas.
Intervalo 3: v, e i, son negativas.
p, = v, . i, es positiva. La energia fluye desde el lado BC a1 J)C.
Convertidor se comporta como INVERSOR.
Lntervalo 2: v, es negativa i, es positiva
Intervalo 3: vo es postiva e i, es negativa. aff 14
po = vo i, es k. La energia fluye desde el lado AC a1 DC.
Convertidor se cornporta como RECTIFICADOR.
Conversores DC-AC Pigina 11
Condiciones de analisis:
@ V, es constante, y
Los conmutadores del inversor controlan la tension de salida y la clan
forma, controlando el ancho del pulso.
Conversores DC-AC Piginah
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UMVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Esquema de conmutaci6n (F'WM)
En 10s conversores DC-DC full bridge las sefiales de conmutacion de
10s interruptores se generan por la comparacion de la sefial de control v,,,,,
(constante o variable muy lentamente con el tiempo) con uua sefial en diente
de sierra que determina la Erecuencia de conmutacion.
mfL POWER G A T E DRIVE SWITCH
En circuitos inversores, la sefial PWM es mas compleja. Con el fin de
generar a la salida una sefial de amplitud y Erecuencia deseadas, se debe
comparar una sefial senoidal de Erecuencia la deseada con una seiial
triangular.
Sefial senoidal Sefial moduladora
Seiial triangular rr?i- Sefial portadora.
Conversores DC-AC P6gina 14
Conversores DC-AC Pigioa 13
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UMVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Esquema de conmutaci6n (F'WM)
En 10s conversores DC-DC full bridge las sefiales de conmutacion de
10s interruptores se generan por la comparacion de la sefial de control v,,,,,
(constante o variable muy lentamente con el tiempo) con uua sefial en diente
de sierra que determina la Erecuencia de conmutacion.
mfL POWER G A T E DRIVE SWITCH
En circuitos inversores, la sefial PWM es mas compleja. Con el fin de
generar a la salida una sefial de amplitud y Erecuencia deseadas, se debe
comparar una sefial senoidal de Erecuencia la deseada con una seiial
triangular.
Sefial senoidal Sefial moduladora
Seiial triangular rr?i- Sefial portadora.
Conversores DC-AC P6gina 14
Conversores DC-AC Pigioa 13
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAI) DE ALCALA E~ettrbnica de Potencia.
La frecuencia de la seiial triangular y su amplitud V, se mantienen
constantes.
e SERAL, TEGANGULAR (vm) Frecuencia de comutaciitn: f,. Establece ftecuencia de
conmutacion de inversor.
e S E ~ ~ A L DE CONTROL (v,,,~,)
Frecuencia: f,. Modula la relacion de trabajo del conmutador.
Frecuencia fundamental deseada a la salida del inversor.
Relacion de rnodulacion de amplitud: A
'control ma = ------- P h i
A
donde: V,,,,, es la amplitud de la seiial de control, y
$, es la arnplitud de la seiial triangular que generalemente es cte.
Conversores DC-AC Pigina 15
La relacion de la rnodulacion de fiecuencia es:
Los conmutadores TA+ y TA- se controlan por la comparacion de v,,,,,
y v,.. La tension de salia tiene el siguiente valor independiente del sentido de
1,:
Vcantro[ ' V d TA+ esta en on, vAo = - 2
vconhol < vp1, TA- estd en on, vAo = - V d - 2
Forma de onda de la sefial de salida v, para m, = 15 y rn, = 0,s.
1 Conversores DC-AC Pigina 16
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAI) DE ALCALA E~ettrbnica de Potencia.
La frecuencia de la seiial triangular y su amplitud V, se mantienen
constantes.
e SERAL, TEGANGULAR (vm) Frecuencia de comutaciitn: f,. Establece ftecuencia de
conmutacion de inversor.
e S E ~ ~ A L DE CONTROL (v,,,~,)
Frecuencia: f,. Modula la relacion de trabajo del conmutador.
Frecuencia fundamental deseada a la salida del inversor.
Relacion de rnodulacion de amplitud: A
'control ma = ------- P h i
A
donde: V,,,,, es la amplitud de la seiial de control, y
$, es la arnplitud de la seiial triangular que generalemente es cte.
Conversores DC-AC Pigina 15
La relacion de la rnodulacion de fiecuencia es:
Los conmutadores TA+ y TA- se controlan por la comparacion de v,,,,,
y v,.. La tension de salia tiene el siguiente valor independiente del sentido de
1,:
Vcantro[ ' V d TA+ esta en on, vAo = - 2
vconhol < vp1, TA- estd en on, vAo = - V d - 2
Forma de onda de la sefial de salida v, para m, = 15 y rn, = 0,s.
1 Conversores DC-AC Pigina 16
Espectro de armonicos de v, para las condiciones anteriores, donde las A
teusiones de arm6nicos dibujadas (V,,), / ($fJ/ 2) tienen amplitudes
signdicativas.
El valor eficaz de la tension de saLida es:
La tension instantanea de salida se puede expresar en m a serie de
Fourier como:
Conversores DC-AC Pdgina 17
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrtinica de Potencia.
= 0 para n=2,4, ....
donde w = 2nf, es la fiecuencia de la seiial de salida. Para n = 1 (armonico
fundamental), el valor eficaz es:
Para una carga RL, la comiente instantanea de la carga i, se expresa:
Convetsores DC-AC Phgina 18
Espectro de armonicos de v, para las condiciones anteriores, donde las A
teusiones de arm6nicos dibujadas (V,,), / ($fJ/ 2) tienen amplitudes
signdicativas.
El valor eficaz de la tension de saLida es:
La tension instantanea de salida se puede expresar en m a serie de
Fourier como:
Conversores DC-AC Pdgina 17
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrtinica de Potencia.
= 0 para n=2,4, ....
donde w = 2nf, es la fiecuencia de la seiial de salida. Para n = 1 (armonico
fundamental), el valor eficaz es:
Para una carga RL, la comiente instantanea de la carga i, se expresa:
Convetsores DC-AC Phgina 18
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
Parametros de rendimiento
@ Factor annonico de la enesirna componente HFII
e Distorsion armonica total THD.
* Factor de distorsion DF
1.- El pic0 de la amplitud de la componente de la Eecuencia h
hdamental (V,), es m, veces 12). Si se usa un vcOntrd constante se obtiene como resultado una forma de onda de salida v,.
Conversorcs DC-AC Pigina 19
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
La tension media de salida (tension de salida por termino medio
terminado un periodo de tiempo de conmutacion T, = 1 1 f,) V,, depende de
la relacion de v,,,,, con respecto a V, para una V, dada:
Se supone v,,,, constante durante un periodo de tiempo de
conmutacion, lo que sigmfica m, elevada.
Conversores DC-AC Pigina 20
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
Parametros de rendimiento
@ Factor annonico de la enesirna componente HFII
e Distorsion armonica total THD.
* Factor de distorsion DF
1.- El pic0 de la amplitud de la componente de la Eecuencia h
hdamental (V,), es m, veces 12). Si se usa un vcOntrd constante se obtiene como resultado una forma de onda de salida v,.
Conversorcs DC-AC Pigina 19
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
La tension media de salida (tension de salida por termino medio
terminado un periodo de tiempo de conmutacion T, = 1 1 f,) V,, depende de
la relacion de v,,,,, con respecto a V, para una V, dada:
Se supone v,,,, constante durante un periodo de tiempo de
conmutacion, lo que sigmfica m, elevada.
Conversores DC-AC Pigina 20
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
CON JZKTIDO R bc-bc F c i i i &i?ih6C
I +-+---
I. I 0
r, > 0 Devices conducting:
if1 0
I , c 0 Devtces conducting.
A . + ( T A - . 7'8,) (TA+* TE-1
PU.M with bipolar voltage switching.
Conversores DC-AC Pagina 26)
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrcinica de Potencia.
Los valores "medios instantaneos" de v,, (promedio durante un periodo de
tiempo de conmutacion T,) val-ia desde u . periodo de tiempo de conmutacion
a1 siguiente. Este valor "medio instantaneo" es el mismo que la componente
de la frecuencia fundamental v,.
v,,,,,, se elige senoidal para proporcionar una tension de salida con pocos
armonicos. Permitiendo que la tension de control varie senoidalemnte a la
fiecuencia f, = q / 2n, que es la frecuencia de salida fundamental del
inversor: . A
"contra[ = 'controlsen
donde
'control (vAoIl = -
V d V d sen w,t - = mo seno, t - (para ma 2 1) ti 2 2
Por tanto, a1 rango de m, entre 0 y 1 se le denomina rango lineal, puesto que
la tension de salida de la frecuencia fundamental varia lmealmente con m,.
Conversores DC-AC pig inat4
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
CON JZKTIDO R bc-bc F c i i i &i?ih6C
I +-+---
I. I 0
r, > 0 Devices conducting:
if1 0
I , c 0 Devtces conducting.
A . + ( T A - . 7'8,) (TA+* TE-1
PU.M with bipolar voltage switching.
Conversores DC-AC Pagina 26)
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrcinica de Potencia.
Los valores "medios instantaneos" de v,, (promedio durante un periodo de
tiempo de conmutacion T,) val-ia desde u . periodo de tiempo de conmutacion
a1 siguiente. Este valor "medio instantaneo" es el mismo que la componente
de la frecuencia fundamental v,.
v,,,,,, se elige senoidal para proporcionar una tension de salida con pocos
armonicos. Permitiendo que la tension de control varie senoidalemnte a la
fiecuencia f, = q / 2n, que es la frecuencia de salida fundamental del
inversor: . A
"contra[ = 'controlsen
donde
'control (vAoIl = -
V d V d sen w,t - = mo seno, t - (para ma 2 1) ti 2 2
Por tanto, a1 rango de m, entre 0 y 1 se le denomina rango lineal, puesto que
la tension de salida de la frecuencia fundamental varia lmealmente con m,.
Conversores DC-AC pig inat4
DEPARTAMENTO DE ELECTRONLCA. U N I V E R S L D ~ DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
2.- Los armonicos en las formas de onda de la tension de salida del
inversor aparecen en las bandas laterales, centrados alrededor de la gecuencia
de conmutacion y sus multiples. Estas caracteristicas generales son
verdaderas para todos 10s valores de ma en un rango de 0 a 1.
Para una modulacion de frecuencia m, 2 9 (que es siempre el caso,
except0 en valores nominales de muy alta potencia): @ las amplitudes de 10s armonicos son casi independientes de q, y
In, define las fiecuencias a las cuales estos se producen.
Las fiecuencias a las cuales estos armonicos de tension se producen:
fh = O'mPk)A
El orden de armonico h conesponde a las k(cte) bandas laterales de 10s
j tiempos de la relacion de la modulaci6n de fiecuencia tq:
h = j (m/) ik
Frecuencia fundamental corresponde a h = 1, y para valores impares de j, 10s
annonicos existen solamente para valores pares de k. *.
Conversores DC-AC PBgina 22
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSWAD DE ALCALA
Eiectrdnica de Potencia.
Generalhcidn de armdnicos de v, para un m, gande.
( %o)h/ ( V d / 2 ) ( = ( FN) h / ( Vd/2 1 I es tabulado corn0 una funci6n de ma
En el circuit0 inversor conmutado de una etapa:
Los armonicos de la tensi6n de v, y v,, son 10s mismos: n f l
(V,,V)h = (VAJh
Conversores DC-AC PBgina 23
DEPARTAMENTO DE ELECTRONLCA. U N I V E R S L D ~ DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
2.- Los armonicos en las formas de onda de la tension de salida del
inversor aparecen en las bandas laterales, centrados alrededor de la gecuencia
de conmutacion y sus multiples. Estas caracteristicas generales son
verdaderas para todos 10s valores de ma en un rango de 0 a 1.
Para una modulacion de frecuencia m, 2 9 (que es siempre el caso,
except0 en valores nominales de muy alta potencia): @ las amplitudes de 10s armonicos son casi independientes de q, y
In, define las fiecuencias a las cuales estos se producen.
Las fiecuencias a las cuales estos armonicos de tension se producen:
fh = O'mPk)A
El orden de armonico h conesponde a las k(cte) bandas laterales de 10s
j tiempos de la relacion de la modulaci6n de fiecuencia tq:
h = j (m/) ik
Frecuencia fundamental corresponde a h = 1, y para valores impares de j, 10s
annonicos existen solamente para valores pares de k. *.
Conversores DC-AC PBgina 22
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSWAD DE ALCALA
Eiectrdnica de Potencia.
Generalhcidn de armdnicos de v, para un m, gande.
( %o)h/ ( V d / 2 ) ( = ( FN) h / ( Vd/2 1 I es tabulado corn0 una funci6n de ma
En el circuit0 inversor conmutado de una etapa:
Los armonicos de la tensi6n de v, y v,, son 10s mismos: n f l
(V,,V)h = (VAJh
Conversores DC-AC PBgina 23
3.- 1% debe ser un numero impar entero.
Seleccionando q c o m o un n h e r o entero impar tiene como resultado:
e una simetria impar
[f(-0 = -f(t>l
una simetria en semionda
Por tanto solamente 10s armonicos impares se presentan y 10s
armonicos pares desaparecen de la forma de onda de v,. Son finitos 10s
coeficientes de las series seno en el analisis de Fourier y para las series
. coseno son cero.
Conversores DC-AC Pigina 24
DEPARTAMENTO DE ELECfRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
Seleccidn de lakecuencia de conmutacidn y In/:
Frecuencia de conmutacion elevada:
J VENTAJA: Fachdad en el filtrado de 10s annonicos de tension a altas
fiecuencias.
J MCONVENIENTE: Mayores perdidas de conmutacion en 10s
conmutadores del inversor. (Aumenta proporcionalmente
con la firecuencia).
Valor de fi-ecuencia de conmutacion seleccionada (fuera del rango audible): - < 6 Khz, 0
= > 20 Khz.
QP m, I 9 para f, < 2 Khz.
(Control de motor AC: fiecuencia fundamental maxima 200 Hz). @ IT+> 100parafs<20Khz.
1.- wpequefia (m, 2 21)
- PWM sincrono. m, debe ser un niunero entero. Esto evita
subarmonicos.
- m, debe ser un n h e r o impar entero.
- Las pendientes de v,,,,, y v, deben ser de polaridad opuesta.
2.- q g r a n d e (m,> 21)
En este caso 10s subarmoeicos debidos a PWM asincrono son
pequeiios. Se puede usar manteniendo constante la frecuencia de la forma de
onda triangular y variando la fonna de onda de la seiial de control. m, puede
ao ser entero. El PWM asincrono debe ser evitado por ejemplo para el control
Conversores DC-AC Pigina 25
3.- 1% debe ser un numero impar entero.
Seleccionando q c o m o un n h e r o entero impar tiene como resultado:
e una simetria impar
[f(-0 = -f(t>l
una simetria en semionda
Por tanto solamente 10s armonicos impares se presentan y 10s
armonicos pares desaparecen de la forma de onda de v,. Son finitos 10s
coeficientes de las series seno en el analisis de Fourier y para las series
. coseno son cero.
Conversores DC-AC Pigina 24
DEPARTAMENTO DE ELECfRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
Seleccidn de lakecuencia de conmutacidn y In/:
Frecuencia de conmutacion elevada:
J VENTAJA: Fachdad en el filtrado de 10s annonicos de tension a altas
fiecuencias.
J MCONVENIENTE: Mayores perdidas de conmutacion en 10s
conmutadores del inversor. (Aumenta proporcionalmente
con la firecuencia).
Valor de fi-ecuencia de conmutacion seleccionada (fuera del rango audible): - < 6 Khz, 0
= > 20 Khz.
QP m, I 9 para f, < 2 Khz.
(Control de motor AC: fiecuencia fundamental maxima 200 Hz). @ IT+> 100parafs<20Khz.
1.- wpequefia (m, 2 21)
- PWM sincrono. m, debe ser un niunero entero. Esto evita
subarmonicos.
- m, debe ser un n h e r o impar entero.
- Las pendientes de v,,,,, y v, deben ser de polaridad opuesta.
2.- q g r a n d e (m,> 21)
En este caso 10s subarmoeicos debidos a PWM asincrono son
pequeiios. Se puede usar manteniendo constante la frecuencia de la forma de
onda triangular y variando la fonna de onda de la seiial de control. m, puede
ao ser entero. El PWM asincrono debe ser evitado por ejemplo para el control
Conversores DC-AC Pigina 25
DEPARTAMENTO DE ELECTRONfCA. UN~VERSIDAD DE ALCALA
Electrbnica d e Potencia.
DEPAJ~TAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Elecrr6nica d e Potencia.
de motores AC.
Con sobremodulacion es conve~llente u t d r un funcionarniento PWM
shcrono.
Sobre~nodulaclon i I [&--ar& ~ h ~ 3 . t ) LbY k @ No utillzada en UPS o SAIs; --- '- @ Utilizada en control de inotores AC
Con valores de m, inuy grandes, las fonnas de onda de la tension del
inversor degeneran desde una forma de onda PWM a una onda cuadrada.
Control de tension por variation de ma.
- In
Conversores DC-AC PBgioa 27
El inconveniente de m, s 1 en una PWM senoidai es que la amplitud
mixima disponible de la componente de la frecuencia fundamental no es muy
elevada.
Los armonicos con amplitudes dominates en el rango h e a l pueden no
serlo durante la sobremodulacion. La amplitud de la componente de la
fiecuencia fundamental no varia Iinealmente con m,.
Conversores DC-AC Pagina 26
DEPARTAMENTO DE ELECTRONfCA. UN~VERSIDAD DE ALCALA
Electrbnica d e Potencia.
DEPAJ~TAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Elecrr6nica d e Potencia.
de motores AC.
Con sobremodulacion es conve~llente u t d r un funcionarniento PWM
shcrono.
Sobre~nodulaclon i I [&--ar& ~ h ~ 3 . t ) LbY k @ No utillzada en UPS o SAIs; --- '- @ Utilizada en control de inotores AC
Con valores de m, inuy grandes, las fonnas de onda de la tension del
inversor degeneran desde una forma de onda PWM a una onda cuadrada.
Control de tension por variation de ma.
- In
Conversores DC-AC PBgioa 27
El inconveniente de m, s 1 en una PWM senoidai es que la amplitud
mixima disponible de la componente de la frecuencia fundamental no es muy
elevada.
Los armonicos con amplitudes dominates en el rango h e a l pueden no
serlo durante la sobremodulacion. La amplitud de la componente de la
fiecuencia fundamental no varia Iinealmente con m,.
Conversores DC-AC Pagina 26
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
La comutacion en onda cuadrada es un caso especial de conmutacion
PWM senoidal cuando 111, es grande, Ia forma de onda de la tension de
control se cruza con la fonna de onda triangular solamente en el cruce por
cero de v,,,,,,. Por lo tanto la tension de salida es independiente de ma en la
region de onda cuadrada.
J VENTAJA: Cada conmutador del inversor cambia su estado solamente
dos veces por ciclo, que es importante en niveles de potencia muy altos,
donde 10s dispositivos electronicos de potencia tienen velocidades de puesta
en on y off lentas.
J DESVENTAJA: El inversor no es capaz de regular la magnitud de la
tension de salida. Por lo tanto la tension de entrada V, a1 inversor debe ser
ajustada con el fin de controlar la magnitud de la tension de salida del
DEPARTAMENTO DE ELECTRONXCA. UNIVERSLUAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
Esquema de conmutacion en onda cuadrada
Inversor conmutado de una etapa con cada c o ~ l u t a d o r en on durante
un semiciclo (1 80")
inversor
donde el armonico de orden h acepta solamente valores impares.
Conversores DC-AC Pigina 29
Conversores DC-AC Pigina 28
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
La comutacion en onda cuadrada es un caso especial de conmutacion
PWM senoidal cuando 111, es grande, Ia forma de onda de la tension de
control se cruza con la fonna de onda triangular solamente en el cruce por
cero de v,,,,,,. Por lo tanto la tension de salida es independiente de ma en la
region de onda cuadrada.
J VENTAJA: Cada conmutador del inversor cambia su estado solamente
dos veces por ciclo, que es importante en niveles de potencia muy altos,
donde 10s dispositivos electronicos de potencia tienen velocidades de puesta
en on y off lentas.
J DESVENTAJA: El inversor no es capaz de regular la magnitud de la
tension de salida. Por lo tanto la tension de entrada V, a1 inversor debe ser
ajustada con el fin de controlar la magnitud de la tension de salida del
DEPARTAMENTO DE ELECTRONXCA. UNIVERSLUAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
Esquema de conmutacion en onda cuadrada
Inversor conmutado de una etapa con cada c o ~ l u t a d o r en on durante
un semiciclo (1 80")
inversor
donde el armonico de orden h acepta solamente valores impares.
Conversores DC-AC Pigina 29
Conversores DC-AC Pigina 28
gq DEPARTAMENTO DE ELECTRONCA. U ~ R S I D ~ D- c ALCALA
Electrcinica de Poteocia. f*iyA
WERSORES MONOFAS~COS
Inversores en semipuente
" 0 = "A',
Con conmutacion PWM
i. en regimen permanente no puede tener componente DC. De esta
foma se elimina el problema de la sahvacion del pnmano del transformador.
Conversores DC-AC
DEPMTAMENTO DE ELECTRONICA. UNI\TRSID*D DE A L C A L ~
Electrcinica de Poteocia.
Como la comente en el devanado primario del transformador no debe ser
forzada a cero con cada conmutacion, la energia de fugas de la boblna del
transformador no presenta ningglin problema a 10s comutadores.
Inversor en puente cornpleto (monof5sico)
U t h a d o para valores nominales de alta potencia. Con la rmsma
tension de entrada DC, la maxima tension de safida del kversor en puente
completo es dos veces la del inversor en semipuente. - .
Conversores DC-AC Psgina 31
gq DEPARTAMENTO DE ELECTRONCA. U ~ R S I D ~ D- c ALCALA
Electrcinica de Poteocia. f*iyA
WERSORES MONOFAS~COS
Inversores en semipuente
" 0 = "A',
Con conmutacion PWM
i. en regimen permanente no puede tener componente DC. De esta
foma se elimina el problema de la sahvacion del pnmano del transformador.
Conversores DC-AC
DEPMTAMENTO DE ELECTRONICA. UNI\TRSID*D DE A L C A L ~
Electrcinica de Poteocia.
Como la comente en el devanado primario del transformador no debe ser
forzada a cero con cada conmutacion, la energia de fugas de la boblna del
transformador no presenta ningglin problema a 10s comutadores.
Inversor en puente cornpleto (monof5sico)
U t h a d o para valores nominales de alta potencia. Con la rmsma
tension de entrada DC, la maxima tension de safida del kversor en puente
completo es dos veces la del inversor en semipuente. - .
Conversores DC-AC Psgina 31
DEPARTAMENTO DE ELEC~'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Valor eficaz de la tension de salida:
e P WM con conmutacidn de tensidn bipolar:
Conmutadores opuestos en 'diagonal (T,, x- ) y (T,-, TB+) son
conmutados en parejas 1 y 2 respectivamente. "mrtrd
0 t
I U U U U U U UUBbWt4U2 La salida de la etapa B del inversor es negativa con respecto a la etapa
DEPARTAMENTO DE ELECTROMCA. UNIVERSIDAU DE ALcALA
Electr6nica de Potencia.
v o ( t ) = V A 0 ( t ) - V B o ( t ) = 2 v A o ( t )
Serie de Fourier:
b p l i t u d de 10s armonicos en la tension de salida
Conversores DC-AC Piigina 33
Conversores DC-AC Ptigina 32
DEPARTAMENTO DE ELEC~'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Valor eficaz de la tension de salida:
e P WM con conmutacidn de tensidn bipolar:
Conmutadores opuestos en 'diagonal (T,, x- ) y (T,-, TB+) son
conmutados en parejas 1 y 2 respectivamente. "mrtrd
0 t
I U U U U U U UUBbWt4U2 La salida de la etapa B del inversor es negativa con respecto a la etapa
DEPARTAMENTO DE ELECTROMCA. UNIVERSIDAU DE ALcALA
Electr6nica de Potencia.
v o ( t ) = V A 0 ( t ) - V B o ( t ) = 2 v A o ( t )
Serie de Fourier:
b p l i t u d de 10s armonicos en la tension de salida
Conversores DC-AC Piigina 33
Conversores DC-AC Ptigina 32
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
DEPARTAMENTO DE ELECTROMCA. UNWERSDAD DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
CORRIENTE id DEL LAD0 DC:
Inversor con Gltros "ficticios":
Se supone que la potencia instantiinea de entrada tiene que ser igual que
la potencia instantanea de salida.
ttlrro id *
conmutedo Filtro --- id Carga
Conversores D C - A C Pigina 34
L C--C
n - + I L f l I Vd
I I c+ - I
L---A
4 es el angulo con el que i, va retrasada vo.
Suponiendo que no se almacena energia en 10s filtros:
vdid* ( t1 = vo ( t ) io ( i ) = i / Z ~ ~ s e n a ~ ( l Z ~ ~ s e n ( a l p -9)
--- io -t
m - I L/7 + I /
v, I0 i d ( t ) = - c o s 9 - ----- Vo I. cos ( i l w , t - ~ ) = ld+id, Vd vd
vo =, I , = --- cos ql v,
, I - 1
id* contiene una componente DC Id que es responsable de la
transferencia de potencia desde Vd en el lado DC del inversor a1 lado AC.
Tambien contiene una componente senoidal de una frecuencia doble de la
fundamental. La corriente de entrada del inversor id esta fomada de id* y de
las componentes de alta fkecuencia debido a las conmutaciones del inversor.
Conversores DC-AC Pagina 35
- . 1 4 - L----A - L--- _1
I c I
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
DEPARTAMENTO DE ELECTROMCA. UNWERSDAD DE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
CORRIENTE id DEL LAD0 DC:
Inversor con Gltros "ficticios":
Se supone que la potencia instantiinea de entrada tiene que ser igual que
la potencia instantanea de salida.
ttlrro id *
conmutedo Filtro --- id Carga
Conversores D C - A C Pigina 34
L C--C
n - + I L f l I Vd
I I c+ - I
L---A
4 es el angulo con el que i, va retrasada vo.
Suponiendo que no se almacena energia en 10s filtros:
vdid* ( t1 = vo ( t ) io ( i ) = i / Z ~ ~ s e n a ~ ( l Z ~ ~ s e n ( a l p -9)
--- io -t
m - I L/7 + I /
v, I0 i d ( t ) = - c o s 9 - ----- Vo I. cos ( i l w , t - ~ ) = ld+id, Vd vd
vo =, I , = --- cos ql v,
, I - 1
id* contiene una componente DC Id que es responsable de la
transferencia de potencia desde Vd en el lado DC del inversor a1 lado AC.
Tambien contiene una componente senoidal de una frecuencia doble de la
fundamental. La corriente de entrada del inversor id esta fomada de id* y de
las componentes de alta fkecuencia debido a las conmutaciones del inversor.
Conversores DC-AC Pagina 35
- . 1 4 - L----A - L--- _1
I c I
DEPARTAMENTO DE ELECTROMCA. UNIVERSDAD DE ALCALA
Elecb6nica de Potencia.
La comparacion de v,,,,, con la forma de onda triangular tienen por
resultado las siguientes sefiales Iogicas para el control de 10s conmutadores
de la etapa A:
Vcaniro/ > : T 4 + On Y V A ~ = '5
'conPo/ < : TA - 0' Y VAN = 0
Para la etapa B:
(- ~con i ro r ) ' V k r : TB+ On Y vBN = Vd
(- vcanlrol) < vPi: TB- On Y vBN = 0
Niveles de tension de salida en h c i o n del estado de 10s conmutadores:
(1) TA+,TB_ on : vA,=Vd, vB,,,=O, vo=Vd
(2) TA-, T,+ on : vAN =O, vBN= Vd, v0 = - V d
(3) TA+,TB+Oil: vA ,v=vd 'vBN=vd,vo=o
(4) T,_, TB- on : vAN =07 vBN=O, v0 = O
Cuando estan activados 10s dos conmutadores de aniba o 10s dos
conmutadores de abajo la coniente de entrada i, es cero.
Recibe el nombre de PWM con conmutacion de tension unipolar
porque 10s niveles de la tension de salida cambian entre 0 y +V, o entre 0 y
-vd.
Conversores DC-AC Phgina 38
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNWERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Yotencia.
Conversores DC-AC Pdgina 39
0 0 ' 2 L i - t + t t mr 3m/ t - - - - - i , 4mr
(2mf - 1) (2mr + 1) lamdnicos de f,)
La m, se elige par. Las formas de onda de tension v,, y y,, tienen la
misma fase (I$, - h, = 180" - q = Oo), ya que las formas de onda esthn
desplazadas 180" y m, se supone que es par. Esto tiene por resultado la
supresion de 10s armonicos a la fiecuencia de conmutacion en la tension de
salida v, = v, - v,,.
Los armonicos en las bandas laterales de la fiecuencia de conmutacion
desaparecen. La otra frecuencia dominante que es dos veces la fiecuencia de
conmutacion se suprime a la salida, no en sus bandas laterales.
Conversores DC-AC PAgina 40
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNWERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Yotencia.
Conversores DC-AC Pdgina 39
0 0 ' 2 L i - t + t t mr 3m/ t - - - - - i , 4mr
(2mf - 1) (2mr + 1) lamdnicos de f,)
La m, se elige par. Las formas de onda de tension v,, y y,, tienen la
misma fase (I$, - h, = 180" - q = Oo), ya que las formas de onda esthn
desplazadas 180" y m, se supone que es par. Esto tiene por resultado la
supresion de 10s armonicos a la fiecuencia de conmutacion en la tension de
salida v, = v, - v,,.
Los armonicos en las bandas laterales de la fiecuencia de conmutacion
desaparecen. La otra frecuencia dominante que es dos veces la fiecuencia de
conmutacion se suprime a la salida, no en sus bandas laterales.
Conversores DC-AC PAgina 40
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia .
Las tensiones de la fiecuencia fimdamental son las mismas para m,
i,wl que para el caso de conmutacion bipolar. En la conmutacion de tension
unipolar, 10s armonicos de tension dominantes centrados alrededor de m, desaparecen, teniendo unos contenidos de armonicos bajos significativos.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia .
e Funcionamiento en onda cuadrada:
h b o s tipos de PWM tratados anteriormente degeneran en el mod0 de
funcionarniento en onda cuadrada, donde 10s conmutadores (T,,, T,) y (T,,,
T,-) estin fimcionando como dos parejas con una relacion de trabajo de 0.5.
e Control de saIidapor canceIacidn de tensidn:
CORRIENTE id EN EL LAD0 DC:
Corriente del iddel lado DC para q = 14. El rizado de la corriente id disminuye con respecto a la conmutacion bipolar.
Conversores DC-AC Pigioa 41
Este tipo de control solo se puede reakzar en circuitos inversores de
puente completo monofasico. Esta basado en la combination de la - conmutacion en onda cuadrada y PWM con conmutacion de tension unipolar.
Conversores DC-AC Pigioa 42
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia .
Las tensiones de la fiecuencia fimdamental son las mismas para m,
i,wl que para el caso de conmutacion bipolar. En la conmutacion de tension
unipolar, 10s armonicos de tension dominantes centrados alrededor de m, desaparecen, teniendo unos contenidos de armonicos bajos significativos.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia .
e Funcionamiento en onda cuadrada:
h b o s tipos de PWM tratados anteriormente degeneran en el mod0 de
funcionarniento en onda cuadrada, donde 10s conmutadores (T,,, T,) y (T,,,
T,-) estin fimcionando como dos parejas con una relacion de trabajo de 0.5.
e Control de saIidapor canceIacidn de tensidn:
CORRIENTE id EN EL LAD0 DC:
Corriente del iddel lado DC para q = 14. El rizado de la corriente id disminuye con respecto a la conmutacion bipolar.
Conversores DC-AC Pigioa 41
Este tipo de control solo se puede reakzar en circuitos inversores de
puente completo monofasico. Esta basado en la combination de la - conmutacion en onda cuadrada y PWM con conmutacion de tension unipolar.
Conversores DC-AC Pigioa 42
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
"AH I
Fundamental normalizada, armonicos de la tension de salida y
distorsion total de armonicos como una funcion de E:
\ 0.6 \ Distonibn total \
Conversores DC-AC Pdgina 43
D E P A R T ~ N T O DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
CONMUTACION POR DESPLAZAMIENTO DE FASE (PKASE SHIFT):
Conversores DC-AC Pigina 4 3 b.5
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
"AH I
Fundamental normalizada, armonicos de la tension de salida y
distorsion total de armonicos como una funcion de E:
\ 0.6 \ Distonibn total \
Conversores DC-AC Pdgina 43
D E P A R T ~ N T O DE ELECTRONICA. UNIVERSLDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
CONMUTACION POR DESPLAZAMIENTO DE FASE (PKASE SHIFT):
Conversores DC-AC Pigina 4 3 b.5
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S W A D DE ALCALA Elech6nica de Potencia.
Con a = 0, la forma de onda de la tension de salida es simrlar a1
inversor de onda cuadrada con la maxima magnitud de salida fundamental
posible.
donde P = 90" - (a12) y h = n h e r o entero impar.
e Conmutador utilizado en inversores depuente completo:
La tension de pico del conmutador y 10s valores nominales de coniente
requeridos en un inversor en puente completo son 10s siguientes:
VT = Vd
IT = io prco
e Rizado en la salida de un inversor monofbico:
El rizado en una forma de onda repetitiva es la Merencia entre el valor
kstanthneo de la forma de onda y su componente de la frecuencia
fundamental.
Conversores DC-AC Pigioa 44
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S L D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Carga
VL UL1 + Uw (Motor de inducd6nl
lnversor rnonof6sico .
sin w , t
1" '1
Coniente de rizado:
1 t
irjzad0 ( 4 = - Jvrrzodo (4 dt + k 0
El rizado de la corriente es independiente de la potencia que es transferida a
la carga.
~onversores DC-AC PBgina 45
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S W A D DE ALCALA Elech6nica de Potencia.
Con a = 0, la forma de onda de la tension de salida es simrlar a1
inversor de onda cuadrada con la maxima magnitud de salida fundamental
posible.
donde P = 90" - (a12) y h = n h e r o entero impar.
e Conmutador utilizado en inversores depuente completo:
La tension de pico del conmutador y 10s valores nominales de coniente
requeridos en un inversor en puente completo son 10s siguientes:
VT = Vd
IT = io prco
e Rizado en la salida de un inversor monofbico:
El rizado en una forma de onda repetitiva es la Merencia entre el valor
kstanthneo de la forma de onda y su componente de la frecuencia
fundamental.
Conversores DC-AC Pigioa 44
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S L D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Carga
VL UL1 + Uw (Motor de inducd6nl
lnversor rnonof6sico .
sin w , t
1" '1
Coniente de rizado:
1 t
irjzad0 ( 4 = - Jvrrzodo (4 dt + k 0
El rizado de la corriente es independiente de la potencia que es transferida a
la carga.
~onversores DC-AC PBgina 45
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALcALA Electrbnica de Potencia.
&ado en la salida del inversor con conmutacion en onda cuadrada: Rizado en la salida del inversor con conmutacion PWM de tension
bipolar:
Conversores DC-AC Phgina 46 Conversores DC-AC Pigina 47
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALcALA Electrbnica de Potencia.
&ado en la salida del inversor con conmutacion en onda cuadrada: Rizado en la salida del inversor con conmutacion PWM de tension
bipolar:
Conversores DC-AC Phgina 46 Conversores DC-AC Pigina 47
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Etectr6oica de Potencia.
Esto muestra la ventaja de llevar 10s armonicos de la tension de salida
del inversor a tan alta fiecuencia corno sea posible, reduciendo asi las
perdidas en la carga por reduccion de 10s armonicos de la coniente de salida.
Esto se consigue utilizando fiecuencias altas de conmutacion en el inversor,
que tienen corno resultado conmutaciones mas fiecuentes, y por tanto altas
perdidas de comnutacion en el inversor. Desde el punto de vista de la
eficiencia del conjunto del sistema de energia, se debe conseguir un
co~npromniso en la seleccion de la fiecuencia de conmutacion en el inversor.
DEPARTAMENTO DE ELECTRON~CA. UNWERSIDAD DE ALCALA Electrdnica de Potencia.
Inversores Push-Pull (en contrafase)
Valores de pico nominales de tension y corriente en el conmutador son:
VT = 2 Vd
'0, pico IT = --- n
Conversores DC-AC Pigina 48 Conversores DC-AC Pigina 49
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Etectr6oica de Potencia.
Esto muestra la ventaja de llevar 10s armonicos de la tension de salida
del inversor a tan alta fiecuencia corno sea posible, reduciendo asi las
perdidas en la carga por reduccion de 10s armonicos de la coniente de salida.
Esto se consigue utilizando fiecuencias altas de conmutacion en el inversor,
que tienen corno resultado conmutaciones mas fiecuentes, y por tanto altas
perdidas de comnutacion en el inversor. Desde el punto de vista de la
eficiencia del conjunto del sistema de energia, se debe conseguir un
co~npromniso en la seleccion de la fiecuencia de conmutacion en el inversor.
DEPARTAMENTO DE ELECTRON~CA. UNWERSIDAD DE ALCALA Electrdnica de Potencia.
Inversores Push-Pull (en contrafase)
Valores de pico nominales de tension y corriente en el conmutador son:
VT = 2 Vd
'0, pico IT = --- n
Conversores DC-AC Pigina 48 Conversores DC-AC Pigina 49
$4 DEPARTAMENTO DE E L E ~ O N I C A . UNIVERSIDAD DE ALCALA EIech6nica de Potencia.
Utilization del conmutador en inversores monofasicos
Relacidn de utilizacidn del conmutador = V o / I o , m&
4 VTIT
donde q = n h e r o de conmutadores en el inversor.
Inversor Push-Pull:
1 M h i m a relacidn de utilizacidn del conmutador = - = 0,16
2x
e Inversor en semipuente:
1 Mcixima relacidn de utilizacidn del conmutador = - =: 0,16
2n
3 lnversor en puente completo:
4 - Vd,@&; q = 4 V T = Vd,m&; IT = @'o,m&; Vo , ,mh - - nJZ
1 Mcixima relacidn de utilizacidn del conmutador = - = 0,16
2x
Conversores DC-AC Pggina 5 0
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eieetr6iiica de Poiencia.
En la practica, la relacion de utihzacion del conmutador es menor que
0,16 por las siguientes razones:
1 .- 10s valores nominales son elegidos conservandose el proporcionar
un margen de seguridad,
2.- en un inversor PWM, en determinados valores nominales de
comente del conmutador hay que tener en cuenta lasvariaciones de la
tension disponible a la entrada DC,
3.- el rizado de la corriente de salida lnfluira en el valor nominal de la
corriente del conrnutador, y
4.- puede ser necesario que el inversor tenga que alimentar una
sobrecarga durante un corto period0 de tiempo.
Uthzando un conmutador PWM con m, I 1:
1 n 1 M k i m a relacidn de utilizacidn del conmutador = --- - mo = - mcl 2n 4 8
La relacion teorica maxima de utilization del conmutador en una
conmutacion PWM es solamente 0,125 cuando m, es igual a 1, comparado
con 0,16 en un inversor de onda cuadrada.
Conversores DC-AC Phgina 51
$4 DEPARTAMENTO DE E L E ~ O N I C A . UNIVERSIDAD DE ALCALA EIech6nica de Potencia.
Utilization del conmutador en inversores monofasicos
Relacidn de utilizacidn del conmutador = V o / I o , m&
4 VTIT
donde q = n h e r o de conmutadores en el inversor.
Inversor Push-Pull:
1 M h i m a relacidn de utilizacidn del conmutador = - = 0,16
2x
e Inversor en semipuente:
1 Mcixima relacidn de utilizacidn del conmutador = - =: 0,16
2n
3 lnversor en puente completo:
4 - Vd,@&; q = 4 V T = Vd,m&; IT = @'o,m&; Vo , ,mh - - nJZ
1 Mcixima relacidn de utilizacidn del conmutador = - = 0,16
2x
Conversores DC-AC Pggina 5 0
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eieetr6iiica de Poiencia.
En la practica, la relacion de utihzacion del conmutador es menor que
0,16 por las siguientes razones:
1 .- 10s valores nominales son elegidos conservandose el proporcionar
un margen de seguridad,
2.- en un inversor PWM, en determinados valores nominales de
comente del conmutador hay que tener en cuenta lasvariaciones de la
tension disponible a la entrada DC,
3.- el rizado de la corriente de salida lnfluira en el valor nominal de la
corriente del conrnutador, y
4.- puede ser necesario que el inversor tenga que alimentar una
sobrecarga durante un corto period0 de tiempo.
Uthzando un conmutador PWM con m, I 1:
1 n 1 M k i m a relacidn de utilizacidn del conmutador = --- - mo = - mcl 2n 4 8
La relacion teorica maxima de utilization del conmutador en una
conmutacion PWM es solamente 0,125 cuando m, es igual a 1, comparado
con 0,16 en un inversor de onda cuadrada.
Conversores DC-AC Phgina 51
DEPARTAMENTO DE E L E ~ R O N I C A . UNIVERSLDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
SOV : !A i ' OUTPUT VOLTAGE S P E C T R U n
L O R D CURRENT S P E C T R U t l 5Rh , ;-, 1 , , - 1 ,
OR - - -.
OH z 0 S K H z 1 O K H z 1 5 K H z 2 O K H z 2 5 K H z 3 OKHZ . I ( R ) Frequency
Conversores DC-AC Pagina 53
Ejemplo 1 .- Se usa un inversor de puente completo para generar una tension
alterna de 60 Hz en una carga RL serie usando conmutacion PWM bipolar.
La entrada DC a1 puente es IOOV. La carga tiene una resistencia R = lObZ y
una bobina L = 20 mH.
0 0
V,,"C 4-4v1++14 !, 0 EPWM
Conversores DC-AC Pagioa 52
DEPARTAMENTO DE E L E ~ R O N I C A . UNIVERSLDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
SOV : !A i ' OUTPUT VOLTAGE S P E C T R U n
L O R D CURRENT S P E C T R U t l 5Rh , ;-, 1 , , - 1 ,
OR - - -.
OH z 0 S K H z 1 O K H z 1 5 K H z 2 O K H z 2 5 K H z 3 OKHZ . I ( R ) Frequency
Conversores DC-AC Pagina 53
Ejemplo 1 .- Se usa un inversor de puente completo para generar una tension
alterna de 60 Hz en una carga RL serie usando conmutacion PWM bipolar.
La entrada DC a1 puente es IOOV. La carga tiene una resistencia R = lObZ y
una bobina L = 20 mH.
0 0
V,,"C 4-4v1++14 !, 0 EPWM
Conversores DC-AC Pagioa 52
D E F A J ~ T ~ N T O BE: E : L E ~ T T R ~ ) N I C A . UNWERSIDAD DE ALCALA Electrbnica de Potencia.
r . - - . - - - - - - - - . - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,
UNIPOLRR Pun, na =O 9, t i t = l o '
Bipolar ,tr/=21 Bipolar m,= 41 Unipolarnr/= 10
D E P A R T A ~ N T O DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrdnica de Potencia.
Ejemplo 2.- Se usa un inversor de puente completo para generar una tension
altema de 60 Hz en una carga RL serie. La entrada DC a1 puente es 100V. La
a~nplitud de la tension de salida requerida es 90V a 60 Hz, requiriendo m, =
BIPOLRR Pun, na = o 9. n t =
I n , 45.1 45.0 44.5 THD 6.1% 3.2% 3.6%
Conversores DC-AC Pigina 55
..................................................
EoLQR pun, n a = o s. n l = 4 1
Convenores DC-AC Pigina 54
D E F A J ~ T ~ N T O BE: E : L E ~ T T R ~ ) N I C A . UNWERSIDAD DE ALCALA Electrbnica de Potencia.
r . - - . - - - - - - - - . - - - - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - . - - - - - . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ,
UNIPOLRR Pun, na =O 9, t i t = l o '
Bipolar ,tr/=21 Bipolar m,= 41 Unipolarnr/= 10
D E P A R T A ~ N T O DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electrdnica de Potencia.
Ejemplo 2.- Se usa un inversor de puente completo para generar una tension
altema de 60 Hz en una carga RL serie. La entrada DC a1 puente es 100V. La
a~nplitud de la tension de salida requerida es 90V a 60 Hz, requiriendo m, =
BIPOLRR Pun, na = o 9. n t =
I n , 45.1 45.0 44.5 THD 6.1% 3.2% 3.6%
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..................................................
EoLQR pun, n a = o s. n l = 4 1
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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
INVERSORES TRIFASICOS
Formas de onda PWM y espectro de armonicos
Conversores DC-AC PBgina 56
~E?AP.T&WIP.NTO DE ELECTR~N~CA. UNNE,PSIDAD DE A ~ c . k L . 4 Electr6oica de Potencia.
Fundamental u u l
t
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Electr6nica de Potencia.
INVERSORES TRIFASICOS
Formas de onda PWM y espectro de armonicos
Conversores DC-AC PBgina 56
~E?AP.T&WIP.NTO DE ELECTR~N~CA. UNNE,PSIDAD DE A ~ c . k L . 4 Electr6oica de Potencia.
Fundamental u u l
t
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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
PWM en inversores con fuente de tension trifasica
El objetivo de 10s inversores tnfasicos por PWM es dar forma y control
a las tensiones de salida trdasicas en magnitud y gecuencia con una tension
de entrada practicamente constante V,. Para obtener tensiones de salida
trifasicas equrlibradas en un inversor PWM, la misma forma de onda de
tension triangular es comparada con tres tensiones de control senoidales que
es th desfasadas 120".
Las ventajas de la modulacion PWM son: e reduccion de 10s filtros requeridos para la reduccion de armonicos, y e control de la amplitud de la fiecuencia fundamental.
Las tensiones de salida v, y kN e s t h formadas de un nirmero de
componentes medias DC iguales, que son medidas respecto a1 negativo de
DC. Estas cornponentes DC se anulan a la salida en las tensiones de linea, por
ejemplo en v,.
En 10s inversores tnfasicos solamente son preocupantes 10s armonicos
en las tensiones de linea. Los armonicos en la salida de algunas etapas, por
ejemplo v, son identicos a 10s armonicos en v,,, donde solamente existen
armonicos impares en las bandas laterales, centrados alrededor de m, y sus
multiplos, a condicion de que m, sea impar. Considerando solamente 10s
armonicos en m,, la duCerencia de fase entre el armonico m, en v,, y %, es
(120 m,)". Esta diferencia de fase es 0 si m, es - impar y multiplo de 3. Como
consecuencia el armonico en m, es suprimido en la tension de linea v,.
Conversores DC-AC Pigina 58
DEPARTAMENTO EE ELECTRONICA. UNIVERSIDAI) DE ALCALA
ElectrBnica de Potencia.
Algunos de 10s armonicos dominantes en una etapa del inversor pueden
ser elimmados de la tension de linea de un inversor trifasico.
1.- Para bajos valores de my Elimina 10s armonicos pares, debera ser
utilizado un PWM sincronizado y m, tiene que ser un numero impar y
multiplo de 3 para e b a r a la salida 10s arrnonicos mas dominantes en la
tension de linea. Las pendientes de las seiiales de control v,,,,, y v, deben ser
de polaridad opuesta a1 coincidir en el cruce por cero.
2.- Durante la sobremodulacidn (m, > I). Sin tener en cuenta el valor
de m,, se deben cumplir las condiciones para m, pequeiias.
Modulacion lineal (ma 5 1)
6 Sobremodulacion (ma > 1)
0.612 Vd < (IfLL), < 0,78 V,
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Electr6nica de Potencia.
PWM en inversores con fuente de tension trifasica
El objetivo de 10s inversores tnfasicos por PWM es dar forma y control
a las tensiones de salida trdasicas en magnitud y gecuencia con una tension
de entrada practicamente constante V,. Para obtener tensiones de salida
trifasicas equrlibradas en un inversor PWM, la misma forma de onda de
tension triangular es comparada con tres tensiones de control senoidales que
es th desfasadas 120".
Las ventajas de la modulacion PWM son: e reduccion de 10s filtros requeridos para la reduccion de armonicos, y e control de la amplitud de la fiecuencia fundamental.
Las tensiones de salida v, y kN e s t h formadas de un nirmero de
componentes medias DC iguales, que son medidas respecto a1 negativo de
DC. Estas cornponentes DC se anulan a la salida en las tensiones de linea, por
ejemplo en v,.
En 10s inversores tnfasicos solamente son preocupantes 10s armonicos
en las tensiones de linea. Los armonicos en la salida de algunas etapas, por
ejemplo v, son identicos a 10s armonicos en v,,, donde solamente existen
armonicos impares en las bandas laterales, centrados alrededor de m, y sus
multiplos, a condicion de que m, sea impar. Considerando solamente 10s
armonicos en m,, la duCerencia de fase entre el armonico m, en v,, y %, es
(120 m,)". Esta diferencia de fase es 0 si m, es - impar y multiplo de 3. Como
consecuencia el armonico en m, es suprimido en la tension de linea v,.
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DEPARTAMENTO EE ELECTRONICA. UNIVERSIDAI) DE ALCALA
ElectrBnica de Potencia.
Algunos de 10s armonicos dominantes en una etapa del inversor pueden
ser elimmados de la tension de linea de un inversor trifasico.
1.- Para bajos valores de my Elimina 10s armonicos pares, debera ser
utilizado un PWM sincronizado y m, tiene que ser un numero impar y
multiplo de 3 para e b a r a la salida 10s arrnonicos mas dominantes en la
tension de linea. Las pendientes de las seiiales de control v,,,,, y v, deben ser
de polaridad opuesta a1 coincidir en el cruce por cero.
2.- Durante la sobremodulacidn (m, > I). Sin tener en cuenta el valor
de m,, se deben cumplir las condiciones para m, pequeiias.
Modulacion lineal (ma 5 1)
6 Sobremodulacion (ma > 1)
0.612 Vd < (IfLL), < 0,78 V,
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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
Las perdidas de potencia en la carga debidas a los armonicos, puede
que no Sean tau grandes en la region de sobremodulacion co~no.la presencia P & ~ ~ ~ ~ &r
de armonicos adicionales en las bandas laterales. Dependleu o
naturaleza de la carga, y de la frecuencia de conrnutacion, las perdidas
debidas a estos armonicos en sobremodulacion pueden ser iucluso menores
que las perdldas en la region lineal de PWM. Armdnicos de v, para una m, grande c impar cs un mljltiplo d e 3. ( V d J V , son tabuladas como una funcion de m,. donde (VU), son 10s valores rmz de 10s m d n i c o s de tension.
Convenores DC-AC Pa'gina 60
Electr6nica de Potencia.
Funcionamiento en onda cuadrada de 10s inversores trifasicos
rn
Conversores DC-AC PBgina 61
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
Las perdidas de potencia en la carga debidas a los armonicos, puede
que no Sean tau grandes en la region de sobremodulacion co~no.la presencia P & ~ ~ ~ ~ &r
de armonicos adicionales en las bandas laterales. Dependleu o
naturaleza de la carga, y de la frecuencia de conrnutacion, las perdidas
debidas a estos armonicos en sobremodulacion pueden ser iucluso menores
que las perdldas en la region lineal de PWM. Armdnicos de v, para una m, grande c impar cs un mljltiplo d e 3. ( V d J V , son tabuladas como una funcion de m,. donde (VU), son 10s valores rmz de 10s m d n i c o s de tension.
Convenores DC-AC Pa'gina 60
Electr6nica de Potencia.
Funcionamiento en onda cuadrada de 10s inversores trifasicos
rn
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DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electr6oica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Si V, es controlable, el inversor puede estar funcionando en el mado de
onda cuadrada. Para valores suficientemente gandes de m, el PWM degenera
en un funcionamiento en onda cuadrada. Cada conmutador esta en on 180'
(su relacion de trabajo es del 50%).
En el funcionamiento en onda cuadrada, el inversor por si mismo no
puede controlar la magnitud de la tension de salida. EL CONTROL DE LA
AMPLITUD DE LA TENSION DE SALIDA SE HACE CON LA TENSION
CONTINUA DE ENTRADA.
donde
Conversores DC-AC Pigina 62
Conversores DC-AC Pigioa 63
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNNERSIDAD DE ALCALA
Electr6oica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
Si V, es controlable, el inversor puede estar funcionando en el mado de
onda cuadrada. Para valores suficientemente gandes de m, el PWM degenera
en un funcionamiento en onda cuadrada. Cada conmutador esta en on 180'
(su relacion de trabajo es del 50%).
En el funcionamiento en onda cuadrada, el inversor por si mismo no
puede controlar la magnitud de la tension de salida. EL CONTROL DE LA
AMPLITUD DE LA TENSION DE SALIDA SE HACE CON LA TENSION
CONTINUA DE ENTRADA.
donde
Conversores DC-AC Pigina 62
Conversores DC-AC Pigioa 63
DEP4RTAMEPITO DE ELECTRONICA. UNIWRSIDAD DDE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
Utilization del conmutador en inversores trifasicos
Suposiciones:
o V4 es la maxima tension de entrada que permanece constante
durante PWM, y es disminuida por debajo de este nivel para controlar la
xnagnitud de la tension de salida en el mod0 de onda cuadrada.
0 Coniente senoidal pura, con un valor nns de I,,,,, .
'T = 'dm&
Conversores DC-AC PBgina 64
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA Electrbnica de Potencia.
En la region h e a l PWM (m, s 1) V, = V ,,,,,:
,w&ima relacidn de utilizacidn del conmutadoi
Utilizando 10s conmutadores con idtnticos valores nominales, un
inversor trifasico con un 50% de incremento en el nimero de conmutadores,
tiene como resultado un incremento del50% en 10s volti-amperios de salida,
comparado con un inversor monofasico.
Conversores DC-AC Phgina 65
DEP4RTAMEPITO DE ELECTRONICA. UNIWRSIDAD DDE ALCALA
Electrbnica de Potencia.
Utilization del conmutador en inversores trifasicos
Suposiciones:
o V4 es la maxima tension de entrada que permanece constante
durante PWM, y es disminuida por debajo de este nivel para controlar la
xnagnitud de la tension de salida en el mod0 de onda cuadrada.
0 Coniente senoidal pura, con un valor nns de I,,,,, .
'T = 'dm&
Conversores DC-AC PBgina 64
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S I D A D DE ALCALA Electrbnica de Potencia.
En la region h e a l PWM (m, s 1) V, = V ,,,,,:
,w&ima relacidn de utilizacidn del conmutadoi
Utilizando 10s conmutadores con idtnticos valores nominales, un
inversor trifasico con un 50% de incremento en el nimero de conmutadores,
tiene como resultado un incremento del50% en 10s volti-amperios de salida,
comparado con un inversor monofasico.
Conversores DC-AC Phgina 65
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UN~VERSIDAD DE ALCALA Electrdnica d e Potencia.
Kizado en la salida deI inversor
lnversor de tres etapas \
trifBsico \ - \
\ C --- I
N --C
\ I
jc hNeutro de Is cargall \ / I
Bajo condiciones de funcionamiento equhbrado:
Viol = Vhv-V,lN ( k = A , B , C )
En un nudo tnfasico se cumple: . . . lA + I ~ + I ~ = O
DEPARTAMENTO DE ELECTRON~CA. U ~ R S I D A D DE ALcALA
Electrdnica d e Potencia.
En condiciones de funcionamiento equilibradas, las tres fuerzas
contraelectromotrices son un sistema trifkico equilibrado de tensiones, y por
tanto:
En forma de fasores:
VAn, = EA +JulLIA,
Conversores DC-AC Pigina 67
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UN~VERSIDAD DE ALCALA Electrdnica d e Potencia.
Kizado en la salida deI inversor
lnversor de tres etapas \
trifBsico \ - \
\ C --- I
N --C
\ I
jc hNeutro de Is cargall \ / I
Bajo condiciones de funcionamiento equhbrado:
Viol = Vhv-V,lN ( k = A , B , C )
En un nudo tnfasico se cumple: . . . lA + I ~ + I ~ = O
DEPARTAMENTO DE ELECTRON~CA. U ~ R S I D A D DE ALcALA
Electrdnica d e Potencia.
En condiciones de funcionamiento equilibradas, las tres fuerzas
contraelectromotrices son un sistema trifkico equilibrado de tensiones, y por
tanto:
En forma de fasores:
VAn, = EA +JulLIA,
Conversores DC-AC Pigina 67
D E P A R T A ~ N T O DE ELECTRONICA. UNWERSII)AD I?& ALCAL~. Electr6nica d e P o t e n c i a .
Todo el rizado en v, se presenta a traves de la bobina de la carga L. La corriente de rizado es independiente de la potencia que sea transferida, esto
sigxfica que la coniente de rizado es la rnisma cuando para una inductancia
de carga dada L, el rizado en la tension de salida del inversor permanece
constante en magnitud y frecuencia. Para grandes valores de w, la corriente
de rizado en el inversor PWM sera sigdicativamente pequeiia comparada
con un inversor en onda cuadrada.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S D A D DE ALCALA
Electr6nica de P o t e n c i a .
Conducci6n de 10s conmutadores en inversores trifasicos.
La tension de salida no depende de la carga. Sin embargo, la duracion
de la conduccion de cada conmutador depende del factor de potencia de la
carga.
Conversores D C - A C Pigina 68 Conversores DC-AC Pggina 69
D E P A R T A ~ N T O DE ELECTRONICA. UNWERSII)AD I?& ALCAL~. Electr6nica d e P o t e n c i a .
Todo el rizado en v, se presenta a traves de la bobina de la carga L. La corriente de rizado es independiente de la potencia que sea transferida, esto
sigxfica que la coniente de rizado es la rnisma cuando para una inductancia
de carga dada L, el rizado en la tension de salida del inversor permanece
constante en magnitud y frecuencia. Para grandes valores de w, la corriente
de rizado en el inversor PWM sera sigdicativamente pequeiia comparada
con un inversor en onda cuadrada.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U ~ R S D A D DE ALCALA
Electr6nica de P o t e n c i a .
Conducci6n de 10s conmutadores en inversores trifasicos.
La tension de salida no depende de la carga. Sin embargo, la duracion
de la conduccion de cada conmutador depende del factor de potencia de la
carga.
Conversores D C - A C Pigina 68 Conversores DC-AC Pggina 69
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e Funcionamiento en onda cuadrada
Conversores DC-AC PElgina 70
"A.
D E P ~ T A ~ ~ N T O DE ELIECTRONICA. U N ~ R S I D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
e Funcionamiento en PWM.
d
"Ah'
/ - -0
/c \
- \,
\ / : t
o / 0
Conversores DC-AC PBgina 71
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
e Funcionamiento en onda cuadrada
Conversores DC-AC PElgina 70
"A.
D E P ~ T A ~ ~ N T O DE ELIECTRONICA. U N ~ R S I D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
e Funcionamiento en PWM.
d
"Ah'
/ - -0
/c \
- \,
\ / : t
o / 0
Conversores DC-AC PBgina 71
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Conversores DC-AC Phgina 72
DEPARTAMENTO DE ELEcTR~NICA. UNTVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
81 Efecto del blanlung time en Inversores
Este tiernpo suele ser unos pocos microsegundos para dkpositivos rapidos corno 10s MOSFETS.
Loss
La caida de tension a la salida depende del sentido de la corriente de salida.
Nc Manking time (independent of Sd
"AN
0 ( i ~ < Of
I * t
DEPARTAMENTO DE ELEcTR~NICA. UNTVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
81 Efecto del blanlung time en Inversores
Este tiernpo suele ser unos pocos microsegundos para dkpositivos rapidos corno 10s MOSFETS.
Loss
La caida de tension a la salida depende del sentido de la corriente de salida.
Nc Manking time (independent of Sd
"AN
0 ( i ~ < Of
I * t
DEPARTAMENTO DE ELECTR~NICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eiectr6nica de Potencia.
Para v,,,,~, senoidal en un inversor se obtiene:
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
La distorsion en 10s pasos por cero de vo genera armonicos de bajo orden.
0 Modulaciones "generadar;" ( Carrier Reference Comparison, CRC) .-
Seiial modulada obtenida por comparacion entre una seiial portadora de elevada fiecuencia, frecuentemente una triangular simetrica, y una seiial
moduladora prototipo de aquella que se desea obtener. Las seiiales moduladoras frecuentemente seran sinusoidales.
S e w que la relacion de fase entre la portadora y la moduladora sea rigida o variable, se hablara de modulacion sincrona o asincrona.
El metodo de modulacion de ancho de impulso fue propuesto por
primera vez en 1964 por Schomiing y Stemmler.
DEPARTAMENTO DE ELECTR~NICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Eiectr6nica de Potencia.
Para v,,,,~, senoidal en un inversor se obtiene:
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
La distorsion en 10s pasos por cero de vo genera armonicos de bajo orden.
0 Modulaciones "generadar;" ( Carrier Reference Comparison, CRC) .-
Seiial modulada obtenida por comparacion entre una seiial portadora de elevada fiecuencia, frecuentemente una triangular simetrica, y una seiial
moduladora prototipo de aquella que se desea obtener. Las seiiales moduladoras frecuentemente seran sinusoidales.
S e w que la relacion de fase entre la portadora y la moduladora sea rigida o variable, se hablara de modulacion sincrona o asincrona.
El metodo de modulacion de ancho de impulso fue propuesto por
primera vez en 1964 por Schomiing y Stemmler.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
e ModuIaciones "reguladas ".- Este tipo de rnodulacion corresponde a
una tec~llca adaptativa en la que frecuentemente es la comente la variable
controlada para que quede lirnitada dentro de una estrecha banda de htsteresis
alrededor de la onda sinusoidal de referencia.
VAO MOOULIWA PWM
La seiial de referencia de intensidad es generada por el circuit0 de
controI con la amplitud y frecuencia deseado. Esta seEa1 se compara
permanentemente con la comente real absorbida por el motor y, cuando esta
sobrepasa la banda de histeresis, se provoca la conmutacion de 10s dos intemptores de la fase que corresponda. Con ello la tension pasa de +El2 a
-El2 o viceversa. El sistema es realimentado en corriente, evolucionando la
tension libremente, a ffecuencia variable, adecuhdose a1 valor de corriente
requerido.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIWRSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
0 Modulaciones "calculadm" (Selective Harmonic Elimination, SHE).-
La introduction en la forma de onda de v,, de conrnutaciones adicionales en
posiciones angulares determinadas permite obtener caracten'sticas deseables
colno son, por ejemplo, efectuar una elimination selectiva de 10s armonicos
de menor orden, que resultan mas inconvenientes. Reduccion a1 rninimo de perdidas en el rotor por efecto Joule.
El calculo preciso para la detenninacion de las posiciones de conmutacion adicional resulta imposible de efectuar en tiempo real, per0
puede efectuarse " off-line " y memorizarse un nlimero importante de formas
de ondas correspondientes a la variedad de tCcnicas y/o indices de modulacion que se seleccionarin cuando Sean necesarias, elinmando, de esta
fonna, el tiempo de calculo preciso en ordenador.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
e ModuIaciones "reguladas ".- Este tipo de rnodulacion corresponde a
una tec~llca adaptativa en la que frecuentemente es la comente la variable
controlada para que quede lirnitada dentro de una estrecha banda de htsteresis
alrededor de la onda sinusoidal de referencia.
VAO MOOULIWA PWM
La seiial de referencia de intensidad es generada por el circuit0 de
controI con la amplitud y frecuencia deseado. Esta seEa1 se compara
permanentemente con la comente real absorbida por el motor y, cuando esta
sobrepasa la banda de histeresis, se provoca la conmutacion de 10s dos intemptores de la fase que corresponda. Con ello la tension pasa de +El2 a
-El2 o viceversa. El sistema es realimentado en corriente, evolucionando la
tension libremente, a ffecuencia variable, adecuhdose a1 valor de corriente
requerido.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIWRSIDAD DE ALCALA EIectr6nica de Potencia.
0 Modulaciones "calculadm" (Selective Harmonic Elimination, SHE).-
La introduction en la forma de onda de v,, de conrnutaciones adicionales en
posiciones angulares determinadas permite obtener caracten'sticas deseables
colno son, por ejemplo, efectuar una elimination selectiva de 10s armonicos
de menor orden, que resultan mas inconvenientes. Reduccion a1 rninimo de perdidas en el rotor por efecto Joule.
El calculo preciso para la detenninacion de las posiciones de conmutacion adicional resulta imposible de efectuar en tiempo real, per0
puede efectuarse " off-line " y memorizarse un nlimero importante de formas
de ondas correspondientes a la variedad de tCcnicas y/o indices de modulacion que se seleccionarin cuando Sean necesarias, elinmando, de esta
fonna, el tiempo de calculo preciso en ordenador.
CEPARTAME~TO DE E L E C T R ~ N I C A . UNIVERSIDAE DE ALCALA
Electr6nica d e Potencia.
Dado que la comente real se ve forzada a "seguir" a la corriente de
referencia, con rizado h t a d o por el valor de hsteresis prefijado, se reducira
drasticamente el sobrecalentamiento del motor. Otra ventaja no despreciable
es consecuencia del funcionamiento del inversor como fuente de intensidad,
que no de tension, y consiste en la proteccion inherente de Ias sobrecargas de
corriente a las que 10s semiconductores son especialmente sensibles.
Control de la banda de tolerancia de la corriente:
Cornparador de la banda de toleranaa -
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica d e Potencia.
Control de coniente por fiecuencia fija:
Cornparador
El objetivo de la modulacion del ancho del impulso (MAI o PWM) es
producir una onda sinusoidal por composicion de impulsos de anchura variable y amplitud constante E. En las aplicaciones de baja potencia, con
inversores de transistores, pueden emplearse fiecuencias de conmutacion elevadas, con lo que el contenido armonico resultara muy atenuado por el
efecto reactivo del motor y la corriente de la maquina es casi sinusoidal. La situacion es diferente en el caso de motores de media o alta potencia (10 kW hasta 2 MW). Ahora las frecuencias de conmutacion deben lirmtarse a la gama 300 a 1000 Hz para inversores a tiristores o GTOs de potencia, debido
a1 valor que alcanzan 10s tiempos de conmutacion de 10s semiconductores y a las perdidas por esta causa. Con ello 10s armonicos de bajo orden
incrementan las perdidas y pulsaciones de par en el motor. Es en este caso
cuando debe preverse el empleo de una tecnica de modulacion adecuada.
Arnplicador
i~ ' i f "cmtfd k I: - 1 p - r conrnutado lnversor I
Pdgina 76
I r* (A utrt I I
Pdgina 77
I
CEPARTAME~TO DE E L E C T R ~ N I C A . UNIVERSIDAE DE ALCALA
Electr6nica d e Potencia.
Dado que la comente real se ve forzada a "seguir" a la corriente de
referencia, con rizado h t a d o por el valor de hsteresis prefijado, se reducira
drasticamente el sobrecalentamiento del motor. Otra ventaja no despreciable
es consecuencia del funcionamiento del inversor como fuente de intensidad,
que no de tension, y consiste en la proteccion inherente de Ias sobrecargas de
corriente a las que 10s semiconductores son especialmente sensibles.
Control de la banda de tolerancia de la corriente:
Cornparador de la banda de toleranaa -
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica d e Potencia.
Control de coniente por fiecuencia fija:
Cornparador
El objetivo de la modulacion del ancho del impulso (MAI o PWM) es
producir una onda sinusoidal por composicion de impulsos de anchura variable y amplitud constante E. En las aplicaciones de baja potencia, con
inversores de transistores, pueden emplearse fiecuencias de conmutacion elevadas, con lo que el contenido armonico resultara muy atenuado por el
efecto reactivo del motor y la corriente de la maquina es casi sinusoidal. La situacion es diferente en el caso de motores de media o alta potencia (10 kW hasta 2 MW). Ahora las frecuencias de conmutacion deben lirmtarse a la gama 300 a 1000 Hz para inversores a tiristores o GTOs de potencia, debido
a1 valor que alcanzan 10s tiempos de conmutacion de 10s semiconductores y a las perdidas por esta causa. Con ello 10s armonicos de bajo orden
incrementan las perdidas y pulsaciones de par en el motor. Es en este caso
cuando debe preverse el empleo de una tecnica de modulacion adecuada.
Arnplicador
i~ ' i f "cmtfd k I: - 1 p - r conrnutado lnversor I
Pdgina 76
I r* (A utrt I I
Pdgina 77
I
DETARTX~ENTO DE ELECFRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
DEPART~MENTO DE ELECTROMCA. UNIVERSID.~ DE A L C A L ~
Electrdnica de Potencia.
Modulation para elimination selectiva de armonicos
Para reducir la distorsion armonica de la tension y, sobre todo de la
corriente absorbida por el motor, hay que eliminar un cierto numero de
armonicos predeterminados. El metodo se basa en el calculo previo de 10s
instantes de conmutacion en el ciclo anterior ("precalculada").
El aprovechamiento de ciertas sitnetrias en las formas de onda permite
h t a r 10s calculos a un cuarto de periodo. La sitnetria de un cuarto de onda,
es decir sirnetria del semiperiodo respecto de x12 y antisirnetria respecto a x, garantiza, por una parte, la ausencia de armonicos pares y, de otro lado, la
ausencia de terminos coseno en el desarrollo de la forma de onda.
El desarrollo de Fourier de la forma de onda modulada es el siguiente:
con lo que las amplitudes de 10s armonicos seran:
y en donde M es el n b e r o de conmutaciones introducidas por cuarto de periodo y a,, a,, ..... a,,, ..... a, 10s iingulos correspondientes a las mismas.
Hay que tener en cuenta que siempre existira conmutacion en a, = 0 y que:
Los M grados de libertad de que se dispone, permiten, en particular, imponer el valor del termino fundamental y suprimir (M - I) armonicos. En
el caso de un sistema trifasico equilibrado podran obviarse 10s armCtnicos
multiples de 3 que se cancelan en la tensi6n de linea. Por ello debe proponerse la elimacion de 10s armonicos de orden n = 6k rt I, con k = 1,2,3,
... Por ejemplo, introduciendo M = 5 conmutaciones por cuarto de ciclo podra
tenerse una tension fundamental calculable mediante la expresion:
y suprimirse, simultAneamente, 10s armonicos 5", 7 O , 1 lo y 13", para lo que
Pigina 78 Pdgina 79
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Yotencia.
debera resolverse el sistema de ecuaciones siguiente:
La resolucion numerica de un sistema de ecuaciones como el indicado, incrementa su dficultad para valores de Mcrecientes; a no ser que 10s valores
iniciales ak adoptados en el proceso iterativo esten suficientemente proximos
a 10s valores finales. Dada la naturaleza de las ecuaciones, unido a1 caracter
periodlco de las fimciones trigonometricas, ni la existencia ni la unicidad de
la solucion estan garantizadas. Debe estarse atento a 10s problemas de
convergencia y a las posibles soluciones.
El n h e r o de soluciones posibles se incrementa con el valor de M, por lo que la seleccion de una entre ellas debe realizarse tras analisis de 10s
espectros resultantes, aplicando a l g h criterio de calidad suplementario. La
figwa siguiente presenta 10s conjuntos de angulos de conmutacion (en
radianes) obtenidos en la resolucion del sistema planteado, para la supresion
de 10s armonicos del 5" a1 13", con la amplitud del fundamental como
parametro (p.u.)
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
La eliininacion de 10s armonicos de mas bajo orden se consigue a
expensas de un aumento apreciable de la amplitud de 10s restantes mas
sigmficativos. Si la fiecuencia de salida es alta, 10s armonicos restantes seran
de una frecuencia tal que s e r h facilmente filtrados por la componente
reactiva de la dispersion del motor. Sin embargo, a baja velocidad de la
maquina, las fiecuencias armonicas no seran lo suficientemente altas como
para mantener la hipotesis del fdtrado eficaz, a no ser que se utilice un niunero suficientemente elevado de angulos de conmutacion precalculados.
Con ello se incrementara substancialrnente la memoria requerida y 10s
tiempos de acceso. Es por ello que, en baja velocidad, sera preferible utilizar
una modulacion sinusoidal que podra ser incluso asincrona en el margen mas bajo de utilization
La lnodulacion precalculada, con bajo numero de angulos de
conmutacion, es la idonea para efectuar la transicion "suave" a la plena onda, cuando ei motor gira a su velocidad base o de regimen nominal. Si se efectua
esta transicion desde la modulacion sinusoidal se tendran perturbaciones de par de, como minimo, el 10% del valor nominal, s e g h demuestran diversos
ensayos realizados. Alcanzada la plena onda, la tension no crecera, aunque
lo hara la fiecuencia, produciendose un debilitamiento del campo de la
maquina y operando esta a potencia constante.
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debera resolverse el sistema de ecuaciones siguiente:
La resolucion numerica de un sistema de ecuaciones como el indicado, incrementa su dficultad para valores de Mcrecientes; a no ser que 10s valores
iniciales ak adoptados en el proceso iterativo esten suficientemente proximos
a 10s valores finales. Dada la naturaleza de las ecuaciones, unido a1 caracter
periodlco de las fimciones trigonometricas, ni la existencia ni la unicidad de
la solucion estan garantizadas. Debe estarse atento a 10s problemas de
convergencia y a las posibles soluciones.
El n h e r o de soluciones posibles se incrementa con el valor de M, por lo que la seleccion de una entre ellas debe realizarse tras analisis de 10s
espectros resultantes, aplicando a l g h criterio de calidad suplementario. La
figwa siguiente presenta 10s conjuntos de angulos de conmutacion (en
radianes) obtenidos en la resolucion del sistema planteado, para la supresion
de 10s armonicos del 5" a1 13", con la amplitud del fundamental como
parametro (p.u.)
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La eliininacion de 10s armonicos de mas bajo orden se consigue a
expensas de un aumento apreciable de la amplitud de 10s restantes mas
sigmficativos. Si la fiecuencia de salida es alta, 10s armonicos restantes seran
de una frecuencia tal que s e r h facilmente filtrados por la componente
reactiva de la dispersion del motor. Sin embargo, a baja velocidad de la
maquina, las fiecuencias armonicas no seran lo suficientemente altas como
para mantener la hipotesis del fdtrado eficaz, a no ser que se utilice un niunero suficientemente elevado de angulos de conmutacion precalculados.
Con ello se incrementara substancialrnente la memoria requerida y 10s
tiempos de acceso. Es por ello que, en baja velocidad, sera preferible utilizar
una modulacion sinusoidal que podra ser incluso asincrona en el margen mas bajo de utilization
La lnodulacion precalculada, con bajo numero de angulos de
conmutacion, es la idonea para efectuar la transicion "suave" a la plena onda, cuando ei motor gira a su velocidad base o de regimen nominal. Si se efectua
esta transicion desde la modulacion sinusoidal se tendran perturbaciones de par de, como minimo, el 10% del valor nominal, s e g h demuestran diversos
ensayos realizados. Alcanzada la plena onda, la tension no crecera, aunque
lo hara la fiecuencia, produciendose un debilitamiento del campo de la
maquina y operando esta a potencia constante.
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a ANGULOS DE CONMUTAClON (O)
90 1
' z o o 0.25 0 5 0.75 1.25
b) AMPLITUD DEL FUNDAMENTAL ARM1 (p u )
ANGULOS DE CONMUTAClON ( O )
90
80
I
0 0.25 0.5 0,75 I 1.25 AMPLITUD DEL FUNDAMENTAL ARM3 (p u.)
c)
a) Modulacidn 'precalcula&": eliminacidn de armonicos 59
74 I l o y 134. b) Modulacidn SHE 6) M = 5: eliminacidn de
arnldnicos 54 77 I loy 13: con control de lafinriamental; c) Modulaciotz SHE (+) M = 5: elimnacion de armonicos 54 74
I l o y 134 con control de lafitndamental.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U N X ~ R S I D A D DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
INVERSOR DE FUENTE DE CORRIENTE (CSI)
.__.._..__.___._.._......----, a L
-...- I-.-.....--.....----..--' (a1 Transcslot CSI
9 1
I I : W I
I - 9 3 1 Wt
-
S 1 ; 0 1
Corrlenle (undamental
(cI Corciente de la carga
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a ANGULOS DE CONMUTAClON (O)
90 1
' z o o 0.25 0 5 0.75 1.25
b) AMPLITUD DEL FUNDAMENTAL ARM1 (p u )
ANGULOS DE CONMUTAClON ( O )
90
80
I
0 0.25 0.5 0,75 I 1.25 AMPLITUD DEL FUNDAMENTAL ARM3 (p u.)
c)
a) Modulacidn 'precalcula&": eliminacidn de armonicos 59
74 I l o y 134. b) Modulacidn SHE 6) M = 5: eliminacidn de
arnldnicos 54 77 I loy 13: con control de lafinriamental; c) Modulaciotz SHE (+) M = 5: elimnacion de armonicos 54 74
I l o y 134 con control de lafitndamental.
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INVERSOR DE FUENTE DE CORRIENTE (CSI)
.__.._..__.___._.._......----, a L
-...- I-.-.....--.....----..--' (a1 Transcslot CSI
9 1
I I : W I
I - 9 3 1 Wt
-
S 1 ; 0 1
Corrlenle (undamental
(cI Corciente de la carga
DEPARTAMENTO D E ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
I
l lbi Formar de onda
Pa'gina 84
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. UWRSIDAD DE ALCALA Eiectr6nica de Potencia.
INVERSOR DE ENLACE DE DC VARIABLE
I - 1 ; 7
I Vallaje variable en c d I
D I S E ~ ~ O DE FILTROS DE SALIDA
fa1 Fillro C . .,. : .,-; , . . .. .(bi Filtro CL .. . : ' ' . . (cl Fbllra CLC
Pa'gina 85
DEPARTAMENTO D E ELECTRONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA Electr6nica de Potencia.
I
l lbi Formar de onda
Pa'gina 84
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INVERSOR DE ENLACE DE DC VARIABLE
I - 1 ; 7
I Vallaje variable en c d I
D I S E ~ ~ O DE FILTROS DE SALIDA
fa1 Fillro C . .,. : .,-; , . . .. .(bi Filtro CL .. . : ' ' . . (cl Fbllra CLC
Pa'gina 85
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. U ~ R S U I A D DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
Ejemplo de circuit0 ASIC para generaci6n de PWM para inversor trifasico: MA828.
= Intel bus iorrnal t = Molorola bus formal
ZPP O/Pr WSS
r - - - - - - - - - - - *p * * - - - - - - - - - - - - - - 1
MOTEL /w COKOL 1 INTERFACE
SYSTEtM BUS DEMULTIPLEXER
......................... RED PHASE
YELLOW PHASE i I
YPHT
YPHB
I BLUE PHASE ........................... *
1 I
1 I 1 GENERATOR
I
TRIANGLE WAVE AT PWM SWITCHING CARRIER FREQUENCY.
INSTANTS SAMPLING ON +VEAND -VE PEAKS
Asynchronous PWM generalion wilh'dou~le-w'ged'regular sampling as used by the MA828
MO~UL~C( 0.3 ES CALO d Pi) b
FREQUENCY DON'T CARRIER RANGE CARE FREQUENCY
SELECT WORD SELECT WORD FRS7 = MSB CFS? = MSB 1 FRS; = LSB C F S ~ = LSB I
1 I
Temporary regisler R1
where k = clock frequency and n = 1. 2. 4.8. 16 or 32 (as set by
CFS)
OOC 0 0 1 0 1 0 011 C F S word 1 101 100
Values o/ clock division ralio n
The carrier frequency, Ic,,,, is lhen given by:
2 4 Value of n 1 3 2 1 6 8
DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. UNIVERSIDAD DE ALCALA
Electr6nica de Potencia. DEPARTAMENTO DE ELECI'RONICA. U ~ R S U I A D DE ALCALA
Electr6nica de Potencia.
Ejemplo de circuit0 ASIC para generaci6n de PWM para inversor trifasico: MA828.
= Intel bus iorrnal t = Molorola bus formal
ZPP O/Pr WSS
r - - - - - - - - - - - *p * * - - - - - - - - - - - - - - 1
MOTEL /w COKOL 1 INTERFACE
SYSTEtM BUS DEMULTIPLEXER
......................... RED PHASE
YELLOW PHASE i I
YPHT
YPHB
I BLUE PHASE ........................... *
1 I
1 I 1 GENERATOR
I
TRIANGLE WAVE AT PWM SWITCHING CARRIER FREQUENCY.
INSTANTS SAMPLING ON +VEAND -VE PEAKS
Asynchronous PWM generalion wilh'dou~le-w'ged'regular sampling as used by the MA828
MO~UL~C( 0.3 ES CALO d Pi) b
FREQUENCY DON'T CARRIER RANGE CARE FREQUENCY
SELECT WORD SELECT WORD FRS7 = MSB CFS? = MSB 1 FRS; = LSB C F S ~ = LSB I
1 I
Temporary regisler R1
where k = clock frequency and n = 1. 2. 4.8. 16 or 32 (as set by
CFS)
OOC 0 0 1 0 1 0 011 C F S word 1 101 100
Values o/ clock division ralio n
The carrier frequency, Ic,,,, is lhen given by:
2 4 Value of n 1 3 2 1 6 8
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U N I V E R S I D ~ D DE ALCALA EIectr6nica de Potenc~a.
FRS w o r d 1 1 0 101 100 011 0 1 0 001 0 0 0
Value ot m / 6 4 32 16 8 4
i /alues 01 carrier Iiequenc)' n iu i l i ~ l i ca ion / ~ : i 3 1 in
INVERTER
3.PHASE POWER SUPPLY
RECTIFIER AND
SMOOTHING
INDUCTION
3-PHASE A A VARIABLE VOLTAGE. 1 \ \ \ / VARlb":[,",EEI;ENCY
DPTA'ADDRESS BUS 1 MlcROprR 1 1 op;l;AL 1 1 OPi77:AL 1 1,IICROCOKTROLLER EXTERNAL EXTERNAL
W l l H ONCHIP ROM AND RAM
G E C P L E S S E Y -. ---
3896 2 1
MA828 FAMiILY THREE-PHASE PULSE WIDTH M O O U u l M WAVEFORM GENERATOR Tha htA828 PRh4 generator h a been aeygnm UI prwrr
.ha.sk!ms lor the control of varmL'e sped AC mcruna. un r.errum~ole rn-er sJoolies ana other I- d m w e r &. . - - - - - - - - . . of eKcient power mntrol.
The six TTL level PWM outpuis (Fg. 2)-mnird the MI swiiches in athree-phase inverier b*. Thk 6 tlwdiyvia fn external isolalion and ampliliiion stage.
T h e W l s t a b r i C p e d m C M O S l a b w p " ~ . Inlormation mntained wWin the p u b *Idih &dam
sequenceswntrolsthe shape, powertrequency.aIWu3e.a~ rolatbnal direction (as defined by the rdyegm-We phasl sequence) of the output waveform. P a r m e r s such as ct* carrier frequeocy, minimum pulse width, ard plke dehy wr may be defined during the iniiialisatbn of the d&. The prk delaytime (underhp)wntrokthsdelaybelw~enhlmingwm oft the two power switches in each outptil phase d the hens bridge, in order to acmmmodate vaMliom rn the tum-m arn turndti times of families of power devices.
The MA828 is easiiy mntrolled by a miuoprocenor ard ec ful~d'giialgeneralionof PWM wave fomsg i v f f i uw reced~ srcurarv and ternnerature stahi l ' Precision o u k s e h m
eral. reading ihe pawerwavefarm dirmty fmm 8, internil PCX( and requiring micmpracessar interventan oniy rrhen operawv,
~OGtcnal ireaiencv is defined lo 12 bill for huh -,asr and azemsetlinq'ls inciuded inorder lo imp(emntbC mje&
outouts and a Waveform Sarnol~m Svnduooam on ~~n~~~~foruseasteedbs&in. lorex&~,sf ipmmpemaw systems. Twostandardwaveshapesareavailabktomvwnvs
= lnte! bus format t - Motcmla bus format
&plications; In addhiin, any symrnetrid wave Jlap2 can rr 1 I integrated onchlpto order. Q'n cortrlec1o;s -top view (not to scaie)
FEATURES -9NO; !NFORMATiON H Fully Digital Operation " 9 8 A (Cornmrc~al, Plastic DIL)
-3 " 9 8 A (Commwcial, Plastic DIL) H Interfaces wilh Most Microprocessors W-' "-WO (Ir~dustr~.. Plastic DIL)
Wide Power-Frequency Range W-i " 4 8 0 (Iridustrz, Plastic DiL) w w -0A (Cammr:>al, Plastic Small Outline)
H 12-Bit Speed Control Accuracy W-i QBA (Cummrcial Plastic Small Outline)
n Carrier Frequency Selectable up lo 24kHr W-. .-if0 (Ir,dustr.e.. piastic Small Outline) -4 QBD (1ndusti.at. Plastic Small Outline)
W a v e f o r m Stored in Internal ROM
Double Edged Regular Sampling ".' WCS;' and MA82E-Z are the two standard waveform '*,'rrr +-'M rel(li to PT~UCI Desi~nation section tor
SelectableMinimum Pulse Widlh and UnOeilapT,rf& l - , . , - ' - ' - :j*rc.',caliclns
H DC Injection Braking
MOTELis a registered Trademan at Intel Com anc Ualcrria i,. :.
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA. U N I V E R S I D ~ D DE ALCALA EIectr6nica de Potenc~a.
FRS w o r d 1 1 0 101 100 011 0 1 0 001 0 0 0
Value ot m / 6 4 32 16 8 4
i /alues 01 carrier Iiequenc)' n iu i l i ~ l i ca ion / ~ : i 3 1 in
INVERTER
3.PHASE POWER SUPPLY
RECTIFIER AND
SMOOTHING
INDUCTION
3-PHASE A A VARIABLE VOLTAGE. 1 \ \ \ / VARlb":[,",EEI;ENCY
DPTA'ADDRESS BUS 1 MlcROprR 1 1 op;l;AL 1 1 OPi77:AL 1 1,IICROCOKTROLLER EXTERNAL EXTERNAL
W l l H ONCHIP ROM AND RAM
G E C P L E S S E Y -. ---
3896 2 1
MA828 FAMiILY THREE-PHASE PULSE WIDTH M O O U u l M WAVEFORM GENERATOR Tha htA828 PRh4 generator h a been aeygnm UI prwrr
.ha.sk!ms lor the control of varmL'e sped AC mcruna. un r.errum~ole rn-er sJoolies ana other I- d m w e r &. . - - - - - - - - . . of eKcient power mntrol.
The six TTL level PWM outpuis (Fg. 2)-mnird the MI swiiches in athree-phase inverier b*. Thk 6 tlwdiyvia fn external isolalion and ampliliiion stage.
T h e W l s t a b r i C p e d m C M O S l a b w p " ~ . Inlormation mntained wWin the p u b *Idih &dam
sequenceswntrolsthe shape, powertrequency.aIWu3e.a~ rolatbnal direction (as defined by the rdyegm-We phasl sequence) of the output waveform. P a r m e r s such as ct* carrier frequeocy, minimum pulse width, ard plke dehy wr may be defined during the iniiialisatbn of the d&. The prk delaytime (underhp)wntrokthsdelaybelw~enhlmingwm oft the two power switches in each outptil phase d the hens bridge, in order to acmmmodate vaMliom rn the tum-m arn turndti times of families of power devices.
The MA828 is easiiy mntrolled by a miuoprocenor ard ec ful~d'giialgeneralionof PWM wave fomsg i v f f i uw reced~ srcurarv and ternnerature stahi l ' Precision o u k s e h m
eral. reading ihe pawerwavefarm dirmty fmm 8, internil PCX( and requiring micmpracessar interventan oniy rrhen operawv,
~OGtcnal ireaiencv is defined lo 12 bill for huh -,asr and azemsetlinq'ls inciuded inorder lo imp(emntbC mje&
outouts and a Waveform Sarnol~m Svnduooam on ~~n~~~~foruseasteedbs&in. lorex&~,sf ipmmpemaw systems. Twostandardwaveshapesareavailabktomvwnvs
= lnte! bus format t - Motcmla bus format
&plications; In addhiin, any symrnetrid wave Jlap2 can rr 1 I integrated onchlpto order. Q'n cortrlec1o;s -top view (not to scaie)
FEATURES -9NO; !NFORMATiON H Fully Digital Operation " 9 8 A (Cornmrc~al, Plastic DIL)
-3 " 9 8 A (Commwcial, Plastic DIL) H Interfaces wilh Most Microprocessors W-' "-WO (Ir~dustr~.. Plastic DIL)
Wide Power-Frequency Range W-i " 4 8 0 (Iridustrz, Plastic DiL) w w -0A (Cammr:>al, Plastic Small Outline)
H 12-Bit Speed Control Accuracy W-i QBA (Cummrcial Plastic Small Outline)
n Carrier Frequency Selectable up lo 24kHr W-. .-if0 (Ir,dustr.e.. piastic Small Outline) -4 QBD (1ndusti.at. Plastic Small Outline)
W a v e f o r m Stored in Internal ROM
Double Edged Regular Sampling ".' WCS;' and MA82E-Z are the two standard waveform '*,'rrr +-'M rel(li to PT~UCI Desi~nation section tor
SelectableMinimum Pulse Widlh and UnOeilapT,rf& l - , . , - ' - ' - :j*rc.',caliclns
H DC Injection Braking
MOTELis a registered Trademan at Intel Com anc Ualcrria i,. :.
PIN DESCRIPTIONS
Pan No. Name Function I
I RED PHASE 1
DEMULTiPLEXER
I I YELLOW PHASE
I I 1 YPHB I REGISTER I I I I I
CLOCK
I ADDRESS DATA I GENERATOR BUFFER
TO FROM SET WAVEFORM STORAGE TniP
PROWEPROM
I Fig 2 MA878 inlernaiblock diagram
1
FUNCTIONAL DESCRIPTION An asynchronous method of PWM generation 1s used with
uniform or 'double-edged' regular sampling of the waveform storedintha P R O M P R O M as illustrated in Fig.3.The useotan exiernal PROMIEPRDM atbws the user todefine the o~t imum poror ua~eforrntor the parlcuar motor bemng .saa
Thetr~sr~lecarr,eraaveIreS~crcy is se'x'ao'a ~p ta2:nhz cssLmm? the r ra mum coc* I req~e lcy ot 12 Sktrrz $5 .sel enabling ~~rasonicoperationfornokecriti~alapplicatbns. Power lrequancy ranges of up to 4kHz (with 12.5MHz clock) are possible, with the actual output frequency resalved to 12-bit accuracy within the chosen range inorder lo giveprectse motor speed control and smooth frequency changing. The output phase sequence of the PWM outputs can also be changed to allow both forward and reverse motor operation.
PWM output pulses can be 'la~lated'to the invefleichaiactei- isticsbydefiningthe minimumallowable pulse width (the MA818 wiildeleteallshonerpulsesfiomthe'pure'PWMpulsetra~n) and the puise delay (underlap) t~me wtthout the need for exfernat circuitry. Thisgives cost advantages in both component savings and in allowing thesame PWM circuilryto be used for control of a numberof different motordrivecircuitssimply by changingthe micropiccessor saEwaie.
Power lreaueocv amolitude control is also oiavided with an
Anasynchrondustripinputai!owsthe ~~MauIpu t$obeshut down immediately, overriding the micropiocessar control in the event of an emergency.
Other possible MA818 applications are as a 3-phase wave-
formgeneratoraspariolaswitched-modepowersupp!y(SMPS) orof anuninteirupliblepowersupply (UPS). In suchapplications the former high to carrier be used. lrequency attows a very small switch~ng trans-
MICROPROCESSOR INTERFACE The MA81 8 lntedaces to the controtling microprocessor by
meansofa muniplexed bus ofthe MOELlormat This finledace bus has the abltity to adapt itself autamatrat!y tothe format and ttmlng of both MOTotola and lntEL knteitace buses (hence MOTELUnternalty. the detection cticultq latches the status of the DSIRD tine when ASlALEgoes high Nthe resunis high,then the Intelmde lsused.ittheresu~t isbwthentheMotoiolamode s used This Procedure a carried out each time that ASiALE goes high In Practice this mode seiectian istranspaienttoihe user. For bus connection and timing inlormation refer to the description relevantto the microprocessorIcont~olIerbe~ng used.
Industry standard mtcroprocessois such as the 8085, 8088 elc. and mciomntiallern such w the 8051, 8052 and 6805 ard all compatible wnh the interface on Ihe MA8l8. This interiacs consists of 8 data lines, ADO - AD, (write only in this instance). which are muklptexed to carry toth the address and data infarmatlon, 3_buscontrol~tnes. ! a b e l l e d ~ , R ~ a a d A L E in Intel mode and RPrV DSand ASinMotoiola mode and aChipSelect ,nput. m, whiih allows !he MA818 !o shard the same bus as o!her micioprocessorper~pnerats It should be notedthat all bus timings are derived from the msciaprocessai and are independ- ent at the MA818 clack input
PIN DESCRIPTIONS
Pan No. Name Function I
I RED PHASE 1
DEMULTiPLEXER
I I YELLOW PHASE
I I 1 YPHB I REGISTER I I I I I
CLOCK
I ADDRESS DATA I GENERATOR BUFFER
TO FROM SET WAVEFORM STORAGE TniP
PROWEPROM
I Fig 2 MA878 inlernaiblock diagram
1
FUNCTIONAL DESCRIPTION An asynchronous method of PWM generation 1s used with
uniform or 'double-edged' regular sampling of the waveform storedintha P R O M P R O M as illustrated in Fig.3.The useotan exiernal PROMIEPRDM atbws the user todefine the o~t imum poror ua~eforrntor the parlcuar motor bemng .saa
Thetr~sr~lecarr,eraaveIreS~crcy is se'x'ao'a ~p ta2:nhz cssLmm? the r ra mum coc* I req~e lcy ot 12 Sktrrz $5 .sel enabling ~~rasonicoperationfornokecriti~alapplicatbns. Power lrequancy ranges of up to 4kHz (with 12.5MHz clock) are possible, with the actual output frequency resalved to 12-bit accuracy within the chosen range inorder lo giveprectse motor speed control and smooth frequency changing. The output phase sequence of the PWM outputs can also be changed to allow both forward and reverse motor operation.
PWM output pulses can be 'la~lated'to the invefleichaiactei- isticsbydefiningthe minimumallowable pulse width (the MA818 wiildeleteallshonerpulsesfiomthe'pure'PWMpulsetra~n) and the puise delay (underlap) t~me wtthout the need for exfernat circuitry. Thisgives cost advantages in both component savings and in allowing thesame PWM circuilryto be used for control of a numberof different motordrivecircuitssimply by changingthe micropiccessor saEwaie.
Power lreaueocv amolitude control is also oiavided with an
Anasynchrondustripinputai!owsthe ~~MauIpu t$obeshut down immediately, overriding the micropiocessar control in the event of an emergency.
Other possible MA818 applications are as a 3-phase wave-
formgeneratoraspariolaswitched-modepowersupp!y(SMPS) orof anuninteirupliblepowersupply (UPS). In suchapplications the former high to carrier be used. lrequency attows a very small switch~ng trans-
MICROPROCESSOR INTERFACE The MA81 8 lntedaces to the controtling microprocessor by
meansofa muniplexed bus ofthe MOELlormat This finledace bus has the abltity to adapt itself autamatrat!y tothe format and ttmlng of both MOTotola and lntEL knteitace buses (hence MOTELUnternalty. the detection cticultq latches the status of the DSIRD tine when ASlALEgoes high Nthe resunis high,then the Intelmde lsused.ittheresu~t isbwthentheMotoiolamode s used This Procedure a carried out each time that ASiALE goes high In Practice this mode seiectian istranspaienttoihe user. For bus connection and timing inlormation refer to the description relevantto the microprocessorIcont~olIerbe~ng used.
Industry standard mtcroprocessois such as the 8085, 8088 elc. and mciomntiallern such w the 8051, 8052 and 6805 ard all compatible wnh the interface on Ihe MA8l8. This interiacs consists of 8 data lines, ADO - AD, (write only in this instance). which are muklptexed to carry toth the address and data infarmatlon, 3_buscontrol~tnes. ! a b e l l e d ~ , R ~ a a d A L E in Intel mode and RPrV DSand ASinMotoiola mode and aChipSelect ,nput. m, whiih allows !he MA818 !o shard the same bus as o!her micioprocessorper~pnerats It should be notedthat all bus timings are derived from the msciaprocessai and are independ- ent at the MA818 clack input
I RED PHASE . -- .- .- .-----~---.-~.-.~~.~~
I
I I ~ _ _ _ _ . _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ BLUE PHASE .-....... - RST *
2 BPHT I I s ~ B P H B
WAVEFORM II/OUJ Fig. 2 MA828 internal block diagram
FUNCTIONAL DESCRIPTION An asynchronous method of PWM generation is used with
uniform or 'double-edged' regular sampling of the waveform stored in the internal ROM as illustrated in Fig. 3.
Thetrianglecarrierwavefrequency isselectableupto24kHz (assumingthe maximum clock frequency of 12.5MHz is used). enabling ulrrasonicoperationfornoisecriticalapplications. With 12.5btHz clock, power frequency ranges of up to 4kHz are possible, with the actual output frequency resolved to 12-bit accuracy within the chosen range in order to give precise motor speed control and smooth frequency changing. The output phase sequence of the PWM outputs can also be changed to allow both forward and reverse motor operation.
PWM output pulses can be 'tailored' to the inverter charac- teristics by defining the minimum allowable pulse width (the MA828 will delete all shorter pulses from the 'pure' PWM pulse train) and the pulse delay (underlap) time without the need for externalcircuitry. Thisgivescost advantages in both component savings and in allowing the same PWM circuitry to be used for control of a number of different motor drive circuits simply by changing the microprocessor software.
Power frequency amplitude control is also provided with an overmodulation option to assist in rapid motor braking. Alterna- tively, brak~ng may be implemented by setting the rotational speed to OHz. This istermed 'DC injection braking', in which the rotation of lhe motor is opposed by allow~ng DC to flow in the windings.
A trip input allows the PWM ouiputs to be shut down immediate;y, overriding the microprocessor control in the event of an emergency
The Waveiorm Sampling Synchronisation (WSS) output may be used in conjunction w~th the ZPP signals to provide
feedback of the actual rotational speed from the rotor. This i s of parlicular use in slip compensated systems.
Other possible MA828 applications are as a 3-phase wave- formgeneratorasparlof aswitched-modepowersupply (SMPS) orof an uninterruptiblepowersupply (UPS). In such applications the high carrier frequency allows a very small switching trans- former to be used.
MICROPROCESSOR INTERFACE The MA828 interfaces to the controlling microprocessor by
means of a mulliplexed bus of the MOTELformat. This interface bus has the ability to adapt itself automatically to the format and timing of both MOTorola and lntEL interface buses (hence MOTELEnternaIly, the detection circuitry latches the status of the DSIRD linewhen ASiALEgoes high. If the resultis high, then the lntel mode is used: if the result is low thenthe Motorola mode is used. This procedure is carried out each time that AS/ALE goes high. In practice this mode selection is transparent t o the user. For bus connection and timing information refer t o the description relevant tothe m~croprocessoricontrollerbeing used
lndustiy standard microprocessors such as the 8085, 8068, etc. and microcontrollers such as the 8051, 8052 and 6805 are all compatible with the interface on the MA828. This interiace consists of 8 data lines. AD, - AD7 (write-only in this instance), which are muhiplexed to carry both the address and data information, ?bus control lines, label ledk%?~~and ALE in Intel mode and W V , DS and AS in Motorola mode, and a Chip Select input. CS, which allows the MA828 to share the same bus as other microprocessor peripherals. It should be noted that a1 I bus timings are derived from the microprocessor and are independ- ent of the MA828 clock input.
MA81 8
TRIANGLE WAVE AT
INSTANTS
Conlml Register Programming Example The mntrol register would mrmally be updated many times
whilethe motoris runnina. but iustane erarnnte ~ + n N e n hero n is assumed that the in;ialisahon~rig&t& iai-zr&d;'h&n ~rogramm~withtheparametersgiveninIhepreviousexample.
Apower waveform of 10OHz is required wflh a PWM wave- form amplilude of BO% of that stored in the ROM. The phase sequence should be set to give forward motor rofalion.The outpui.5 shauld be enabled and no overmodulation is required. 1. Setilq the w a r frequency
T h e powor freq..oncy. /enfm w n bo s a x e 6 lo 12111 accurscy I! 0 4096 eq~d stop;) from CHz to .as ool nea 1it.a q ! &atan regslur. Inlils-e. A th /--E125CH~.!ne
~ n o ' ' r c q ~ e x y car. ce nc -s:ed .n ncremcnls c! C CBtir
/,,, =f*~x p,s 4096
- ~ " " w E x X ~ ~ ~ ~ I O ~ = 1638,4
fm,~ 250
Wecanonlyhavepfsasaninleger,wdwea~@npis=lm8 this gives imwm= 99.97Hz.The 12-bil binary equivalent of this val~eg~esaPFSwordof011001100110intemporaryregisten RO and Rl. 2 Setlinp overmcdulatbn fomard/revem outpln inhibii
Overmodulation is no1 r2quired therefore 0k = 0. Fonvard motor mntrol is required (i.e.. the phase sequence
of the PWM outpuk should be red-yellow-blue) therefore lor-, wardlreverss bi FIR - 0.
Olitpul inhibit shauM be inanive (i e., the outputs should be active),therefore INH= 1.
These bits are all set in tevorary register R1. 3. Sening the m a r waveform ampliude
=A X 100% 225
;,A _Amwenx255 80x255 too ton
, ~
paiarnelen in the sxamDls Qiven. is shown in Fia 16
Temporary Register RO 7 Pisr PFSs PFSS PFS4 PFS PFS2 PFSl PFSo
Temporary Register R1
0 0 1 X 0 1 1 0
FR OM INH X PFSll PFSlo PFSO PFSB
Temporary Register R2
1 1 0 0 1 1 0 0
AM^ AMP, n w ~ AMP, nt.w3 AMP* AMP> AMP^
1 I Fig. / 6
INFTlAUSAllON
WRITE R4
WRfTE TO CONTROL
PWM m U T S
HARDWARE INPUTIOUTPUT FUNCTIONS Each successive 8-bit sample linearly represents the instan- taneous amplitude of the waveform. i? is assumed that the
Set Output Trip (SET TRIP, input) waveform is symmetrical about the 90D, 180D and 270' axes. The SETTRIP input is provided separately from the mrro- The MA828 reconstructs the full 360" waveform by reading
processor interface in order to albw an exlernal wurcs to thsOe-90Drectbn held in ROM and assigning negativevalues override the microprocessor and provide a rapid shutdown fat the second half of the cycle. facjlity. For example, logic signals from overcurrent sensing These samples are used to calculate the instantaneous circuiiry activate this or the input. microprocessor Watchdog' might be used to ampliludesforallthreephases,whichwiUbe 120"transposed
tn the normal R-Y-8 orientation for forward rolatbn or B-Y-R Whenthe SETTRIP input &lakento&gic high, the output for reverse rotation. The 384 8-bit samples are regularly
triplatch is acliwated. Ths results intheTRIP output and the six spaced over the 0" to 90" span. giving an angular resolution PWMautputsbein~lalched bwimmediately.Thi~mndaioncan of approximately 0.23*. 0l.y be cleared by-appV ng a reselc)cle to tne R S T ~npul.
n s smntial that when not n use SET TRlP s !led bw and rsalarea tram potential sources ol na.se, on no acmuntshoud n
(low): 1. Ail PWM outputs are forced low (id no1 already bw) thereby turning ofl the drive sw&ches. 2. All internal counters are reset to zero (this mrresponds to 0' 1 VALUE I
0-127
128 - 255
256 - 383
be lett fbatlng SETTRIPIS latched internally althe masterclcckrate morder
fa reduce nose sensn~vny
Reset @ input) TheRST~nputperfomsthsfallowingfunct~onswhenactivbe
LER WAvEFoRu I
Waveform segmenl
Oulput_Tl?p Status fim output) The TRlP output sndrates the status of the output titp latch Table 8 90" of the 360' cycle 1s d l ~ d inlo 384 8-blf
and 1s actwe low samples
7
0'- 30'
30 23'- 60"
60 23"- 89 77"
2s5 /
for the red phase o u M . 3.The rising edge of RST reaclivalesthe~Moulputs reselling the output trip and setting the TRIP output high - 1 s g E 1 / assuming that the SETTRIP input is inactive 1i.e. bw).
Sample number
Zero Phase Pulses (ZPPR, ZPPY and ZPPB outputs) The zero ohase ~u l se outouts orovide oulses at the same . .
frwuencv as the wwer fresuency with a 1 : 2 mark-space ratio. I 0- I When in;heforward mode01 operat~onthe falling edge of ZPPR mrrespondsto OOfor the red phase. the falimg edge of ZPPY to I PHAY (WEIT REMLLmON 0" for the yellow phase and the ZPPB fallm
I - - I
g edgs to 0' lot tne o .epnase InIhereve!se rrode.tner~s.ng edgeolazelopbaso
F g I8 90' sample o i lypical power waveform
2 , se corresponds la O'lar Ine re evant pnase PNM ou!u.t
Waveform Samulina Svnchronisation (WSS output) PRODUCT DESIGNATION Tl~soilp~tp~o;oc~a~dare have sgna1d150%dli t~~c'e
at a Irequcncy 1536 llmes nigner than Ins I ~ n o ~ m ~ n l a l ol tno Two Star.oaraopt.on exbt,def n ng ~a,elorms-ape Tneae p n e r waveform Eacn sLcccssnie p ~ s e ol WSS mrrsepancs a.e oes g n a l ~ tdA828 1 ana h1A828-2 as lo'ows to tne MA828 rsa0.y Ire ned 'cca! on cl toe rrauelolm ROEA h nay oe ~ s e d .n con,.ncl an u, tn tne ZPP s gnals lo rnonsor Ire MA828-1 mc tnnn l~n r marr rern30r ara rr3,'armo~nolacasec m u Sre-ln.rd n ~ l l r l n c a l o r e - s ~ l l t l , e a ~ ~ t .oaottref~nca- - -. . . -. . - . . . - . -- . - - - - - ,~ , mntrol system such as slip mmpensation. mental:
Clock (CLK input) The CLK input provides a timing reference used by the
MA828 for all tfmings related to the PWM outputs. The micro-
WAVEFORM DEFINITION The wavelorm amplitude data used to construct the PWM
outputsequencesis readfromthe internal384x8 ROM.This contains the 90" span of the waveloim as shown in Fig. 18.
MA828-2 Pure sinewave:
xi!) - A [sin (o!)]
;.cc r ana h 3 . e S T J E E S can Ce m 2m~r .K Iocroei. pmv COO
1-2, ares,nm'lrcr.clw.lIrcSO'. I E3'ars 270'a~es Conl?cl ,cur c c ~ CEC Pesrej Selr cclc.ocfs Caslcmar S e % c a centre for fuflher details
P I Fig. 17 Typical MA828 programming roufine
Conlml Register Programming Example The mntrol register would mrmally be updated many times
whilethe motoris runnina. but iustane erarnnte ~ + n N e n hero n is assumed that the in;ialisahon~rig&t& iai-zr&d;'h&n ~rogramm~withtheparametersgiveninIhepreviousexample.
Apower waveform of 10OHz is required wflh a PWM wave- form amplilude of BO% of that stored in the ROM. The phase sequence should be set to give forward motor rofalion.The outpui.5 shauld be enabled and no overmodulation is required. 1. Setilq the w a r frequency
T h e powor freq..oncy. /enfm w n bo s a x e 6 lo 12111 accurscy I! 0 4096 eq~d stop;) from CHz to .as ool nea 1it.a q ! &atan regslur. Inlils-e. A th /--E125CH~.!ne
~ n o ' ' r c q ~ e x y car. ce nc -s:ed .n ncremcnls c! C CBtir
/,,, =f*~x p,s 4096
- ~ " " w E x X ~ ~ ~ ~ I O ~ = 1638,4
fm,~ 250
Wecanonlyhavepfsasaninleger,wdwea~@npis=lm8 this gives imwm= 99.97Hz.The 12-bil binary equivalent of this val~eg~esaPFSwordof011001100110intemporaryregisten RO and Rl. 2 Setlinp overmcdulatbn fomard/revem outpln inhibii
Overmodulation is no1 r2quired therefore 0k = 0. Fonvard motor mntrol is required (i.e.. the phase sequence
of the PWM outpuk should be red-yellow-blue) therefore lor-, wardlreverss bi FIR - 0.
Olitpul inhibit shauM be inanive (i e., the outputs should be active),therefore INH= 1.
These bits are all set in tevorary register R1. 3. Sening the m a r waveform ampliude
=A X 100% 225
;,A _Amwenx255 80x255 too ton
, ~
paiarnelen in the sxamDls Qiven. is shown in Fia 16
Temporary Register RO 7 Pisr PFSs PFSS PFS4 PFS PFS2 PFSl PFSo
Temporary Register R1
0 0 1 X 0 1 1 0
FR OM INH X PFSll PFSlo PFSO PFSB
Temporary Register R2
1 1 0 0 1 1 0 0
AM^ AMP, n w ~ AMP, nt.w3 AMP* AMP> AMP^
1 I Fig. / 6
INFTlAUSAllON
WRITE R4
WRfTE TO CONTROL
PWM m U T S
HARDWARE INPUTIOUTPUT FUNCTIONS Each successive 8-bit sample linearly represents the instan- taneous amplitude of the waveform. i? is assumed that the
Set Output Trip (SET TRIP, input) waveform is symmetrical about the 90D, 180D and 270' axes. The SETTRIP input is provided separately from the mrro- The MA828 reconstructs the full 360" waveform by reading
processor interface in order to albw an exlernal wurcs to thsOe-90Drectbn held in ROM and assigning negativevalues override the microprocessor and provide a rapid shutdown fat the second half of the cycle. facjlity. For example, logic signals from overcurrent sensing These samples are used to calculate the instantaneous circuiiry activate this or the input. microprocessor Watchdog' might be used to ampliludesforallthreephases,whichwiUbe 120"transposed
tn the normal R-Y-8 orientation for forward rolatbn or B-Y-R Whenthe SETTRIP input &lakento&gic high, the output for reverse rotation. The 384 8-bit samples are regularly
triplatch is acliwated. Ths results intheTRIP output and the six spaced over the 0" to 90" span. giving an angular resolution PWMautputsbein~lalched bwimmediately.Thi~mndaioncan of approximately 0.23*. 0l.y be cleared by-appV ng a reselc)cle to tne R S T ~npul.
n s smntial that when not n use SET TRlP s !led bw and rsalarea tram potential sources ol na.se, on no acmuntshoud n
(low): 1. Ail PWM outputs are forced low (id no1 already bw) thereby turning ofl the drive sw&ches. 2. All internal counters are reset to zero (this mrresponds to 0' 1 VALUE I
0-127
128 - 255
256 - 383
be lett fbatlng SETTRIPIS latched internally althe masterclcckrate morder
fa reduce nose sensn~vny
Reset @ input) TheRST~nputperfomsthsfallowingfunct~onswhenactivbe
LER WAvEFoRu I
Waveform segmenl
Oulput_Tl?p Status fim output) The TRlP output sndrates the status of the output titp latch Table 8 90" of the 360' cycle 1s d l ~ d inlo 384 8-blf
and 1s actwe low samples
7
0'- 30'
30 23'- 60"
60 23"- 89 77"
2s5 /
for the red phase o u M . 3.The rising edge of RST reaclivalesthe~Moulputs reselling the output trip and setting the TRIP output high - 1 s g E 1 / assuming that the SETTRIP input is inactive 1i.e. bw).
Sample number
Zero Phase Pulses (ZPPR, ZPPY and ZPPB outputs) The zero ohase ~u l se outouts orovide oulses at the same . .
frwuencv as the wwer fresuency with a 1 : 2 mark-space ratio. I 0- I When in;heforward mode01 operat~onthe falling edge of ZPPR mrrespondsto OOfor the red phase. the falimg edge of ZPPY to I PHAY (WEIT REMLLmON 0" for the yellow phase and the ZPPB fallm
I - - I
g edgs to 0' lot tne o .epnase InIhereve!se rrode.tner~s.ng edgeolazelopbaso
F g I8 90' sample o i lypical power waveform
2 , se corresponds la O'lar Ine re evant pnase PNM ou!u.t
Waveform Samulina Svnchronisation (WSS output) PRODUCT DESIGNATION Tl~soilp~tp~o;oc~a~dare have sgna1d150%dli t~~c'e
at a Irequcncy 1536 llmes nigner than Ins I ~ n o ~ m ~ n l a l ol tno Two Star.oaraopt.on exbt,def n ng ~a,elorms-ape Tneae p n e r waveform Eacn sLcccssnie p ~ s e ol WSS mrrsepancs a.e oes g n a l ~ tdA828 1 ana h1A828-2 as lo'ows to tne MA828 rsa0.y Ire ned 'cca! on cl toe rrauelolm ROEA h nay oe ~ s e d .n con,.ncl an u, tn tne ZPP s gnals lo rnonsor Ire MA828-1 mc tnnn l~n r marr rern30r ara rr3,'armo~nolacasec m u Sre-ln.rd n ~ l l r l n c a l o r e - s ~ l l t l , e a ~ ~ t .oaottref~nca- - -. . . -. . - . . . - . -- . - - - - - ,~ , mntrol system such as slip mmpensation. mental:
Clock (CLK input) The CLK input provides a timing reference used by the
MA828 for all tfmings related to the PWM outputs. The micro-
WAVEFORM DEFINITION The wavelorm amplitude data used to construct the PWM
outputsequencesis readfromthe internal384x8 ROM.This contains the 90" span of the waveloim as shown in Fig. 18.
MA828-2 Pure sinewave:
xi!) - A [sin (o!)]
;.cc r ana h 3 . e S T J E E S can Ce m 2m~r .K Iocroei. pmv COO
1-2, ares,nm'lrcr.clw.lIrcSO'. I E3'ars 270'a~es Conl?cl ,cur c c ~ CEC Pesrej Selr cclc.ocfs Caslcmar S e % c a centre for fuflher details
P I Fig. 17 Typical MA828 programming roufine
ELECTRICAL CHARACTERISTICS These characteristics are guaranteed over the following conditions (unless otherwise stated):
Voo = +5VZ5%. T,, = 125%
D C Character ist ics
, , I 1 I Inpbi ieakage current I 1 I I 1 10 1 !A I V,M = V,,or Vnn I
- - -
Characteristic
Input high voitage
Input low voitaae
/ Suppiy current (static) I
- --
Suppiy current (dynamic)
Supply voitaqe 1 V,, 14.75 1 5.0 1 7.5 1 V 1 I
Symbol
VIH
V,,
Output high voltage
A C Character ist ics
1 Chsr~cter lst ic 1 Symbd Units 1 Min. Typ. hlax.
Output low voltace I V, 1 l < 0 2 l 0 . 4 1 V (1,-4mA
V,,, 1 4 0
Conditions I
Value
Ciock frequency 1 L 1 I I 12.5 I MHz I M : S ratio = 1 : 1 220%
SETTRIP = 0 -+outputs tripped hnlp I I z ~ ~ ~ ~ ( 3 1 1 ~ ~ ~ 1 vs I fox in MHZ 1
Units
V
V
Min.
2
2 4 5
4 T R I P F 0
NOTE t For microprocessor interlace tfmings, see Intel and Motaroia bus timcngs (Tabies 1 and 2).
1
Conditions
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Stresses above those thsted in the Absolute Maximum
Typ.
V
- 1, ._ : ,. , .3!352, V L 3 ' 2 6 f43i rigs may c3~sepcrrnlrer loa~n;?ge t o l n e d ~ , co Theso . s::;+ on p n 4 . - 3 L ! , + C 3 lie slreas rat ngs only ard f.nci onz, o&erat.on of !lie uev co : > r , e ? l ' n ~ o 4 ? a?, !a :? : tOmA ;it lnesc con0 1 ons or a1 an\ olnsr r n n l l an a m v n ?no<.
- Max.
0-8
& = -4mA
. - ,~ - ..... ... Slotage temperatuie -65'C to +125DC indicated in the operations section of this specifoation, is not Operalng iemperaluie range [Commercial) 0°C lo +70°C implied. ExposuretoAbsoiute MaximumRating canditionslor Operating temperature range (Industr~at) -40°C to +85"C extended peilods may affect device reliabiiily
The temperature ranges quoled appiy to all package types. Many package types are available and extended temperature rangescan be offeredon some. Further information is avaiiable on request
INVERTER -&I
SINGLE OR I-FUASE
SUWLY
R E C M E R AND
SMOQTHIHG
I I DAlrVADORESS BUS
1&AW1 -!I- -? k m o p u EXTERNAL ROY
YKROPRCCESSOR OR
YKROCOKlROLLUI WITH m4HlP ROM AND RAY
o m m u EXTERNAL RAM -
ELECTRICAL CHARACTERISTICS These characteristics are guaranteed over the following conditions (unless otherwise stated):
Voo = +5VZ5%. T,, = 125%
D C Character ist ics
, , I 1 I Inpbi ieakage current I 1 I I 1 10 1 !A I V,M = V,,or Vnn I
- - -
Characteristic
Input high voitage
Input low voitaae
/ Suppiy current (static) I
- --
Suppiy current (dynamic)
Supply voitaqe 1 V,, 14.75 1 5.0 1 7.5 1 V 1 I
Symbol
VIH
V,,
Output high voltage
A C Character ist ics
1 Chsr~cter lst ic 1 Symbd Units 1 Min. Typ. hlax.
Output low voltace I V, 1 l < 0 2 l 0 . 4 1 V (1,-4mA
V,,, 1 4 0
Conditions I
Value
Ciock frequency 1 L 1 I I 12.5 I MHz I M : S ratio = 1 : 1 220%
SETTRIP = 0 -+outputs tripped hnlp I I z ~ ~ ~ ~ ( 3 1 1 ~ ~ ~ 1 vs I fox in MHZ 1
Units
V
V
Min.
2
2 4 5
4 T R I P F 0
NOTE t For microprocessor interlace tfmings, see Intel and Motaroia bus timcngs (Tabies 1 and 2).
1
Conditions
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS Stresses above those thsted in the Absolute Maximum
Typ.
V
- 1, ._ : ,. , .3!352, V L 3 ' 2 6 f43i rigs may c3~sepcrrnlrer loa~n;?ge t o l n e d ~ , co Theso . s::;+ on p n 4 . - 3 L ! , + C 3 lie slreas rat ngs only ard f.nci onz, o&erat.on of !lie uev co : > r , e ? l ' n ~ o 4 ? a?, !a :? : tOmA ;it lnesc con0 1 ons or a1 an\ olnsr r n n l l an a m v n ?no<.
- Max.
0-8
& = -4mA
. - ,~ - ..... ... Slotage temperatuie -65'C to +125DC indicated in the operations section of this specifoation, is not Operalng iemperaluie range [Commercial) 0°C lo +70°C implied. ExposuretoAbsoiute MaximumRating canditionslor Operating temperature range (Industr~at) -40°C to +85"C extended peilods may affect device reliabiiily
The temperature ranges quoled appiy to all package types. Many package types are available and extended temperature rangescan be offeredon some. Further information is avaiiable on request
INVERTER -&I
SINGLE OR I-FUASE
SUWLY
R E C M E R AND
SMOQTHIHG
I I DAlrVADORESS BUS
1&AW1 -!I- -? k m o p u EXTERNAL ROY
YKROPRCCESSOR OR
YKROCOKlROLLUI WITH m4HlP ROM AND RAY
o m m u EXTERNAL RAM -