INSTITUTO TECNOLOGICO DE TOLUCA ANÁLISIS Y DESARROLLO DE INVERSORES BASADOS EN CONVERTIDORES CD-CD Presenta: Ing. Luis Antonio Mier Quiroga Asesor: M. en C. Javier Conde Enríquez

Introducción La demanda mundial de energía eléctrica se incrementa considerablemente día a día, la cual es proporcionada principalmente por restos fósiles y plantas de energía eléctrica nuclear. Un pequeño porcentaje de la energía generada proviene de plantas con tecnología de energía renovable como son plantas basadas en el aprovechamiento de la biomasa, plantas eólicas, termoeléctricas solares, eléctricas solares, etc.

Debido al acelerado avance tecnológico, han disminuido los costos de inversión para poder generar energía eléctrica mediante fuentes alternas lo cual ha generado interés por el desarrollo tecnológico de fuentes de energía renovables o alternas.

Sea cual sea la fuente de energía es necesario una etapa de almacenamiento de dicha energía.

Inversor : circuito encargado de llevar cabo la transformación de voltaje de corriente directa en voltaje de corriente alterna. Topologías : * multinivel * resonantes * configuración puente

La tensión alterna debe cumplir con las características requeridas, frecuencia, magnitud de voltaje, distorsión armónica etc. además debe de mantenerse constante En un inversor, el lazo de retroalimentación genera que el voltaje de salida siga un voltaje senoidal de referencia. Para el diseño de este tipo de sistemas es necesario un modelo dinámico que nos refleje el comportamiento del convertidor conmutado para así realizar el diseño de la etapa de control.

INVERSORES BASADOS EN CONVERTIDORES BIDIRECCIONALES Los inversores monofásicos basados en los convertidores buck, boost y buck-boost tienen el mismo principio de funcionamiento, que consiste en conectar la carga de forma diferencial entre la salida de dos convertidores iguales, pero trabajando con ciclos de trabajo complementarios.

INVERSOR BUCK

INVERSOR BOOST

INVERSOR BUCK-BOOST

ANÁLISIS PROMEDIO ESPACIO-ESTADO Es una forma de describir las ecuaciones diferenciales que muestran el comportamiento de un sistema. Las variables de estado físicas de un sistema son usualmente el almacenamiento de energía, como la corriente independiente del inductor y el voltaje independiente del capacitor para el caso de un convertidor. vector de estado x(t): las corrientes de inductores, voltajes de capacitores, etc. K : matriz que contiene los valores de capacitancia, inductancia, etc. A, B,C y E contienen constantes de proporcionalidad vector de entrada u(t) : las entradas independientes al sistema, como el voltaje de alimentación de entrada. y(t), es el vector de salida

Durante el primer subintervalo, el convertidor se reduce a un circuito lineal que pude ser descrito por las siguientes ecuaciones de estado: Durante el segundo subintervalo, el convertidor se reduce a un circuito lineal con las siguientes ecuaciones de estado: A = D A1 + D' A2 B = D B1 + D' B2 C = D C1 + D' C2 E = D E1 + D' E2

FUNCIONES DE TRANSFERENCIA OBTENIDAS BUCK BOOST BUCK-BOOST

RESULTADOS INVERSOR BUCK Fig. 5.1 Respuestas del inversor buck, (a) Ante una entrada escalón, (b) Ante una entrada rampa (c) ante una entrada senoidal

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA RESISTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA INDUCTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS TV DE CARGA

RESULTADOS INVERSOR BOOST

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA RESISTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA INDUCTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS TV DE CARGA

RESULTADOS INVERSOR BUCK-BOOST

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA RESISTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS CARGA INDUCTIVA

RESULTADOS PRÁCTICOS TV DE CARGA

CONCLUSIONES Fue posible con un solo circuito elevar el voltaje de tensión directa de entrada y a la vez producir un voltaje de forma senoidal con una distorsión armónica adecuada para diversas cargas domésticas. Para los inversores estudiados, la distorsión armónica total del voltaje de salida resultó casi ideal para el caso de cargas resistivas, pero se vio afectada e incrementó debido cargas no lineales, ya que tienden a introducir aun más distorsión al voltaje. Sin embargo se concluye que los inversores con este tipo de topologías tienen un buen funcionamiento y que pueden ser fácilmente usados en sistemas alternos de energía o fuentes de energía ininterrumpibles. La distorsión armónica es un aspecto muy importante que marcará la calidad de energía de un sistema eléctrico y electrónico, por lo que en cualquier inversor será una variable en la cual se debe tener una atención especial, El análisis promedio espacio-estado es una herramienta muy útil para determinar el comportamiento dinámico de un convertidor c.d.-c.d . Las funciones de transferencia de los inversores buck, boost y buck-boost, ayudarán a determinar el tipo de control, así como la sintonización del mismo para modificar y lograr el comportamiento deseado de los inversores.

CONCLUSIONES El inversor buck es el indicado en sistemas donde se requiere potencia considerable en la carga, tomando en cuenta que se debe tener un voltaje de entrada de magnitud considerable, por lo que puede formar parte de sistemas alternos de generación de energía eléctrica. El inversor boost es el adecuado en sistemas de energía ininterrumpibles de baja potencia y por lo tanto económicos, ya que debido a su característica elevadora se disminuye la magnitud de la corriente de la cual se puede disponer para la carga, es decir, al almacenar energía en una batería, por ejemplo de 12V o 24V, es posible, mediante dicho inversor, obtener voltaje alterno con características adecuadas para cargas domésticas de baja consumo de potencia. El inversor buck-boost puede ser sustituido fácilmente por el inversor boost en cualquier aplicación, ya que con ambos se puede elevar y generar el mismo tipo de voltaje alterno, con la diferencia de que el sistema de control de disparo de los interruptores del inversor buck-boost es un tanto mas grande y complicado debido al aislamiento de etapas requerido.