Accionamientos Eléctricos Tema 4

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1 Accionamientos Eléctricos Tema 4
Accionamientos Eléctricos Tema 4. Convertidores para regulación de máquinas de corriente alterna INDICE DEL TEMA 1. Introducción 2. Convertidores estáticos de potencia para accionamientos de corriente alterna 3. Convertidores dc-ac (inversores) 4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos. 5. Convertidores Electrónicos .Futuro. 6. Controladores Profesora: Mónica Chinchilla Sánchez Universidad Carlos III. Dpto. Ing. Eléctrica. Ingeniería Industrial, 5º curso

2 1. Introducción. El motor asíncrono
Campo magnético El imán crea un campo magnético Este campo alcanza al disco Si hacemos girar el imán también girará el disco

3 1. Introducción. El motor asíncrono
Velocidad Velocidad ligeramente inferior a la de sincronismo Deslizamiento Característica constructiva del motor Expresa la diferencia entre la velocidad de sincronismo y la del rotor

4 1. Introducción. El motor asíncrono
Arranque directo Par Velocidad Par Arran: 1.5 Par Nom Par nominal Velocidad nominal Veloc. de sincronismo: ns = 60 f / pp Par Max: 2.5 Par Nom Velocidad mínima I de arranque: In I máxima: In I nominal: In Corriente Z. INESTABLE Z. ESTABLE

5 1. Introducción. El motor asíncrono
Arrancador estático - Rampas Tensión en cada fase Tiempo de rampa Fase completa . La orden de marcha produce el cebado de los tiristores con un ángulo de retardo a Durante el tiempo de rampa el retardo se va reduciendo. Al final del tiempo de rampa el retardo es cero, llegando toda la tensión a bornas del motor.

6 2. Convertidores estáticos de potencia para accionamientos de corriente alterna
AC-AC CICLOCONVERTIDORES Caros Mal factor de potencia Restricciones en la conversión de frecuencias Inconvenientes AC-DC-AC RECTIFICADOR – ETAPA DC - INVERSOR

7 3. Convertidores dc-ac (inversores)
Inversor trifásico El inversor trifásico puede estar compuesto por semiconductores controlados, fundamentalmente de: Tiristores (conmutado por red) y de IGBT’s (autoconmutado o inversor PWM) Angulo a entre 90° y 180º es posible controlar a voluntad el factor de potencia de la corriente inyectada a la red.

8 3. Convertidores dc-ac (inversores)
Inversor trifásico totalmente controlado (autoconmutado) uA(t) A B C iA N UL (V) t(s) E=U1AN + jXs IA

9 3. Convertidores dc-ac (inversores).Resumen
Convertidores Autoconmutados Completamente controlados Basados en la tecnología de IGBT’s o IGCT’s Potencias de 100 MW y aumentando 96-98 % de rendimiento Convertidores Conmutados por línea Basados en la tecnología de tiristores Pobre factor de potencia Elevada THD: grandes filtros Potencias de más de 10 MW

10 4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.
GAMMA 60

11 4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.
ENERCON E-40 MADE, Lagerwey (IGCT’s)

12 4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos.
Mtorres (Convertidor back to back)

13 5. Convertidores Electrónicos .Futuro.
Convertidor back to back Inconvenientes Presencia del condensador en la etapa DC Elevadas pérdidas en la conmutación Matricial Multinivel Resonante

14 5. Convertidores Electrónicos .Futuro.
Back to back Matricial Multinivel Resonante Topología Combina interruptores conectando convenientemente las entradas y salidas del convertidor, para obtener la corriente, tensión y frecuencia deseadas.

15 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Back to back Ventajas los interruptores están aprovechados por igual: menos estrés térmico no necesitan condensador Matricial Multinivel Resonante Inconvenientes la tensión de salida está limitada a 0,866 veces la de entrada : para dar = P: aumentar I en 1,15 veces la del back to back (aumentan Pcond). Al no tener C, si la tensión es desequilibrada, y se distorsionan las corrientes

16 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Back to back Matricial Multinivel Resonante Clasificación de Topologías multinivel

17 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Ventajas para la misma distorsión la f de conmutación se reduce hasta el 25 % aunque hay mas Pcond, aumenta la eficiencia global Back to back Matricial Multinivel Resonante Inconvenientes desequilibrios entre las tensiones DC obligan a realizar más medidas. desigual estrés de los semiconductores

18 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Back to back Matricial Multinivel Resonante

19 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Back to back Ventajas menos pérdidas por conmutación Matricial Multinivel Resonante Inconvenientes Hw, Sw más complejos (más sensores para mantener la resonancia) desequilibrios entre las tensiones DC

20 5. Convertidores Electrónicos. Futuro.
Comparación Nº Efic. TDH Implementación Back to back Back to back Matricial Multinivel Resonante Multinivel

21 6. Controladores y Moduladores
El inversor autoconmutado puede proporcionar una salida controlada en tensión(1) o una salida controlada en corriente (2). 1- Salida controlada en tensión Posibles esquemas: 1.1 Rectificador controlado o chopper + inversor en onda cuadrada (six steps) + UDC S4 S6 S2 S1 S3 S5 a b c + ó La tensión de fase está delimitada por los 6 estados activos del puente. Ej: fase a

22 6. Controladores y Moduladores
1.1 Rectificador controlado o chopper + inversor en onda cuadrada (six steps) Control el inversor en onda cuadrada: disparo interruptores de modo que la tensión aplicada a la fase a resulta: Cuyo primer armónico es: Uan1=2*Udc*senwt/ Máxima amplitud: 2*Udc/  Las tensiones ub y uc son iguales a la ua desplazadas +120º y -120º Inconvenientes: elevada TDH; precisa fuente de tensión continua variable ua t La tensión de fase está delimitada por los 6 estados activos del puente. Ej: fase a

23 4.6. Controladores y Moduladores
1.2 Rectificador de diodos + inversor PWM: a partir de una fuente de tensión fija proporcionan una tensión de amplitud y frecuencia variables Modulación de los pulsos + CONTROLADOR SENSORES Y CONSIGNAS ¿control?

24 4.6. Controladores y Moduladores
1.2 Rectificador de diodos + inversor PWM Control: comparando la referencia de tensión deseada (señal moduladora) con una señal triangular de mayor frecuencia (señal portadora). Por cada fase, los pulsos de control de los semiconductores resultan pulsos como los de la figura: El primer armónico de la tensión fase neutro resulta: Uan1=Ma*Udc*sen(wt)/2 Máxima amplitud: Udc/2 Siendo Ma el índice de modulación de amplitud o relación entre las amplitudes de la onda moduladora y de la portadora. Ma € [0,1]

25 4.6. Controladores y Moduladores
2- Salida controlada en corriente Cuando la referencia que se impone sobre el inversor es de una señal de corriente (amplitud y frecuencia), el convertidor se comporta como una fuente de intensidad. Modos de control: comparación con histéresis y comparación a frecuencia fija 2.1 Comparación con banda de histéresis 2.2 Comparación a frecuencia fija: se genera una referencia de tensión (moduladora) a partir de la salida de un regulador de corriente