base de regulacion por frecuencia en el mit

8/12/2019 Base de Regulacion Por Frecuencia en El Mit

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ACCIONAMIENTO DE UN MIT

El avance tecnológico han facilitado el desarrollo de los accionadores de MIT. Estípico un conversor de potencia de frecuencia variable, su salida puede controlarse,regulando la frecuencia y voltaje o corriente de alimentación al motor. La figuramuestra un diagrama de bloque básico del accionamiento de un MIT.

• El conversor condiciona la potencia al motor, generando las formas de ondas devoltajes o corrientes en tiempo real.

• La dinámica del MIT, puede estudiarse por simulación usando una fuente decorriente o voltaje sinusoidal de magnitud y frecuencia variable que represente lacomponente fundamental y control de la forma de onda del inversor.

• El controlador genera las señales de control del conversor a partir de las señales demando y de realimentación. Otras posibles funciones son el monitoreo y protección.



Id

(d) Accionamiento con IFC Alimentado por Rectificador Controlado

Alimentación trifásica

LdInversor

Fuente de

Corriente( IFC )

Id

(e) Accionamiento con IFC Alimentado por Pulsador

Pulsador Alimentación trifásica

LdIFC

(c) Accionamiento con Inversor y VCC variable por Conversor Dual


LeCe Inversor

ConversorDual

(b) Accionamiento con Inversor y VCC variable por Pulsador

Pulsador Alimentación trifásica

LeCe Inversor


LeCe

(a) Accionamiento con Inversor Fuente de Voltaje (IFV) PWM y VCC fijo

Inversor PWM

• Los inversores pueden ser divididos en dos categorías de acuerdo a lascaracterísticas de su enlace de CC: Inversores Fuente de Voltaje (IFV) e Inversores

Fuente de Corriente (IFC).

• Los IFV son sostenidos por una fuente Vcc, generada con un puente rectificadorfijo y capacitores shunt en el lado del enlace de CC. Los IFC son sostenidos por

fuente de Icc, construída mediante un puente rectificador controlado con un graninductor en serie en el lado del enlace de CC.



Inversor Monofásico alimentando una carga tipo R-L



Simulación con control PWM senoidal-triangular para mejorar la respuesta decorriente



Gráficos del voltaje y la corriente en la carga con control PWM

En el último gráfico se muestra la comparación entre las señales senoidal y triangular



INVERSORES TRIFÁSICOSEn el caso normal, los inversores trifásicos se usan en aplicaciones degrandes potencias. Para configurar un inversor trifásico, se pueden

conectar tres puentes inversores monofásicos media onda u ondacompleta en paralelo, como se muestra en la figura 1.1. Las señales decontrol de los inversores monofásicos se pueden adelantar o atrasar120º entre sí, para obtener voltajes (fundamentales) trifásicosbalanceados.

Inversor1

Inversor2

Inversor3

a+Van

-

+Vbn-

+Vcn

-

b

c

n

+VCF

-

+VBE

-

+V AD

-

- E +

Figura 1.1.- esquema inversor trifásico formado con tres inversores monofásicos



• Los devanados primarios de los transformadores se deben aislar entre sí,mientras que los secundarios se pueden conectar en estrella o delta.

• Los secundarios suelen conectarse en delta, para eliminar armónicosmúltiplos de tres (n=3, 6, 9, … ) que aparecen en los voltajes de salida.

• En este tipo de esquema se requieren 3 transformadores monofásicos, 12transistores, 12 diodos.

• Si las magnitudes y las fases de los voltajes de salida de los inversoresmonofásicos no están perfectamente balanceadas, los voltajes trifásicos desalida CA estarán desbalanceados.

• Se puede obtener una salida trifásica con una configuración de 6transistores y 6 diodos, como se muestra en la figura 1.2. Se puede aplicardos clases de señales de control a los transistores: conducción a 180º ó a120º.

• La conducción a 180º utiliza mejor los interruptores, y es el método que se

emplea usualmente.



Q1

Q4

D1

D4

g1

g4

Q3

Q6

D3

D6

g3

g6

Q5

Q2

D5

D2

g5

g2

+

E-

+

E/2

-

+

E/2

-

0

C1

C2

cba

Básicamente, cada transistor conduce durante 180º. En cada instantehay tres transistores encendidos. Cuando se enciende el transistor Q1 ,el terminal a está conectado con el terminal positivo del voltaje deentrada E . Cuando se enciende el transistor Q4 , el terminal a quedaconectado al terminal negativo de la fuente E .

Hay seis modos de operación en un ciclo y su duración es de 60º , paraobtener voltajes trifásicos balanceados. Los transistores se numeran enel orden de sus señales de disparo, es decir, 123, 234, 345, 456, 561 y612. Las señales de disparo mostradas en la figura 1.3 estándesplazadas 60º entre sí, para obtener voltajes trifásicos balanceados.

Figura 1.2.- Puente inversor trifásico



ω t2π

ω t

ω t

ω t

ω t

ω

t

ω t

ω t

ω t

2π

π

π

π /3

2π /3

g1

g2

g3

g4

g5

g6

Vab

Vbc

Vca

E

E

E

0

0

0

Figura 1.3.- Señales de disparo y voltajes trifásicosobtenidos.

Q1

Q4

D1

D4

g1

g4

Q3

Q6

D3

D6

g3

g6

Q5

Q2

D5

D2

g5

g2

+

E

-

+

E/2

-

+

E/2

-

0

C1

C2

cba

La carga se puede conectar enestrella o en delta a los terminalesa, b, c .

Los interruptores de cualquierrama del inversor (S1 y S4, S3 yS6 o S5 y S2) no se puedenencender en forma simultánea,porque se produciría un cortocircuito a través del enlace con lafuente E .

Para evitar estados indefinidosy en consecuencia voltajes de CAen la salida imprecisos, losinterruptores de cualquier ramadel inversor no pueden apagarse

en forma simultánea.



En la tabla 1.1 se muestran ocho estados de conmutación válidos.Los transistores Q1 al Q6 actúan como interruptores S1 al S6

respectivamente.En cada estado siempre hay tres interruptores cerrados y tresabiertos. Los estados 1 al 6 producen voltajes de salida distintos decero. Los estados 7 y 8 producen voltajes de línea cero, y lascorrientes de línea pasan libremente a través de los diodossuperiores o inferior del puente.

Para generar la forma de onda del voltaje de salida, el inversor pasade un estado a otro. Los voltajes de línea que resultan estánformados por valores discretos de voltajes E , 0 y –E .

Para generar una forma de onda dada, la selección de los estadosse suele hacer con una técnica de modulación que asegure sólo eluso de los estados válidos.



Estado Nº Estados deInterruptor

Vab Vbc Vca Vector Espacial

S1,S2 y S6 cerrados,S4, S5 y S3 abiertos

1 100 E 0 -E


2 110 0 E -E


3 010 -E E 0


4 011 -E 0 E


5 001 0 -E E

S6,S1 y S5 cerrados,

S3, S4 y S2 abiertos6 101 E -E 0


7 111 0 0 0


8 000 0 0 0

3032577.011 j V

15032577.013 j V

9032155.12 j V

21032577.014 j V

27032155.15 j V

33032577.016 j V

07 V

08 V

Tabla 1.1.- Estados válidos de interruptores para inversor trifásico fuente de voltaje



Esquema de Inversor en la Simulación

Simulación de IFV TrifásicoConducción en 180 grados



Conducción de los interruptores durante 180º por ciclo, de acuerdo a activación de las válvulasde G1 a G6. Se puede identificar 6 zonas de operación en el ciclo, en donde son activados 3interruptores a la vez.



La magnitud de los voltajes de salida del inversor por fase son positivos o negativos respecto atierra y los voltajes entre líneas son positivos, negativos o cero y dos veces el valor de fase.



En el caso de una carga resistiva equilibrada y balanceada conectada en estrella, los voltajes porfase en la carga presentan la siguiente forma y con valor máximo de 2/3 Vs y valor intermediode 1/3 Vs.



Vab Vbc Vca Van Vbn VcnVs -Vs 0 1/3 Vs -2/3 Vs 1/3 Vs

Vs 0 -Vs 2/3 Vs -1/3 Vs -1/3 Vs

0 Vs -Vs 1/3 Vs 1/3 Vs -2/3 Vs

-Vs Vs 0 -1/3 Vs 2/3 Vs -1/3 Vs-Vs 0 Vs -2/3 Vs 1/3 Vs 1/3 Vs

0 -Vs Vs -1/3 Vs -1/3 Vs 2/3 Vs

Tabla .- Magnitud de los voltajes en la carga respecto a su propio neutrosuponiendo carga resistiva equilibrada.



• Los accionadores de MIT, de potencia media típicos, usan IFV conmodulación de ancho de pulso (PWM) para controlar la magnitud y

frecuencia del Vca de salida.

Control PWM senoidal


Le

Ce

(a) Accionamiento con Inversor Fuente de Voltaje (IFV) PWM y VCC fijo

Inversor PWM

• El modulador PWM genera y transfiere la forma de onda de lamodulación de frecuencia y amplitud variable, como un tren de pulsos de disparo al inversor.



Inversores Trifásicos

T A +

T A -

A 0

E/2 T B +

T B -

B

T C +

T C -

C

Neutro

(si fuera necesario)

E/2



Modulación senoidal-triangular

V A0

T T /2

T1 T2 T3

T T

V C V PT

tiempo

tiempo

• Un modulador de ancho de pulsos sinusoidal clásico, compara una señal demodulación sinusoidal de frecuencia deseada con una triangular referencialde alta frecuencia, sus intersecciones provocan la conmutación y el tren depulsos requerido.

E/2

-E/2



Generalidades sobre modulación

<VA0>media función de V Control ; VTriangular ; VD

E/2

-E/2

VPT

VC

TTTT /2

T2T1 T3

Ángulos iguales

Lados iguales

VA0



<VA0>TT función de V Control ; VTriangular ; VD

E/2

-E/2

VPT

VC

TTTT /2

T2T1 T1

Ángulos iguales

Lados iguales

VA0

<VA0>TT=

- +

TT




E/2

-E/2

VPT

VC

TTTT /2

T2T1 T1

VA0

21

2 1210T

T Tt A

T T T T

T

E V

Relación entre triángulos




E/2

-E/2

VPT

VC

TTTT /2

T2T1 T1

VA0

β

β

T1

VC

VPT

TT/4

tan(β)= =

T1=VC

VPT

TT

4




E/2

-E/2

VPT

VC

TTTT /2

T2T1 T1

VA0

T1=VC

VPT

TT

4 T2=TT /2-2T1

2T

TTTT1

2E

V T121

TTtA0

PT

C

Tt AV V E V

20



Modulación senoidal-triangular

V C V

PT

tiempo

VPTVC

PT

C

Tt AV

t V E t V

)(2

)(0

La tensión en un periodo de conmutación puedeconsiderarse constante



4. Inversores Trifásicos. Tensión entre fases

Tensión entre fases

Señales de controldesfasadas 120º

φ B=120º

E2

m a

VB0

E2 m a

VA0

φ B

2

1202 0

senV V A AB

0.8

VCA(t) VCB(t))

VA0

VB0

VD /2

-VD /2

VD /2

-VD /2

VD

-VD

VAB

VCC(t))

(VAB)1

tiempo

E/2

E/2

E/2

E/2

E

E



• En el inversor PWM sinusoidal, la modulación indexada es definida por larazón entre las amplitudes de la onda modulada y triangular referencial.

• Cuando la modulación se aproxima a la unidad, los pulsos se ensanchan, estohace que el tiempo para que los semiconductores conmuten no sea suficientey no alcancen a recobrar su capacidad de bloqueo.

• Un mal bloqueo también puede producir un C/C en la barra de CC de losinversores, a través de los semiconductores de una de las rama del inversor.Debe asegurarse, en la duración de los pulsos, que los conmutadores queabren dejen de conducir antes que conduzcan los que cierran, especificandoun tiempo mínimo de conmutación.

• La magnitud de la componente fundamental de la salida PWM es proporcional a la modulación indexada, y menor que la unidad. Para unaonda cuadrada, con una modulación = 1, la magnitud de la componentefundamental es cercana al 79%.



m a=

|VPC |

|VPT |

m a <1, Sistemas modulados

m a >1, Sistemas sobremodulados

Las ecuaciones presentadas no son válidaspara los sistemas sobremodulados

Índice de modulación en amplitud (m a )



m f =m f <21, inversores poco modulados

m f >21, inversores muy moduladosf t

f c

Índice de modulación en frecuencia (m f )

Deben tomarse algunas precauciones al seleccionar lafrecuencia de conmutación en los inversores poco

modulados



Consideraciones

VA0

Simetría impar>>>Sólo tiene términos seno impares

Señales sincronizadas

“m f ” entero -impar

Pendientes opuestas



• Por sobre la modulación unitaria, la relación entre la magnitud de la fundamentalde salida y la modulación no es lineal.

• En la proximidad y sobre el límite de voltaje CA de salida, varios IFV conmutandesde pulsos modulados a algún bloque modulado y finalmente a una onda desalida cuasicuadrada.

• La modulación en bloque tiende a producir un alto contenido de armónicos de bajo orden, no siendo en general, un problema para velocidades altas. Estastécnicas de modulación son favorables en IFC especialmente para potenciasmayores.

• Existen otros esquemas PWM alternativos, por ejemplo:

Técnicas que permiten seleccionar la eliminación de armónicosindeseables escalados o la inyección de sus armónicos,

Esquemas PWM que emplean ondas de modulación no sinusoidal,Esquemas PWM usando vectores espaciales de voltaje especial parareducir ciertos armónicos de corriente,

PWM óptimo precalculado fuera de línea para cumplir algún criterioespecífico.



Inversores Trifásicos. Tensión entre fases

Sobremodulación

m a

(V A0 )1

E/2

1

4/π

1 3,24

2

2 0 B

A AB senV V

φ B=120º

m a

E/2 x

234

22max

E V

AB

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