Accionamientos Eléctricos Tema 4 . Convertidores para regulación de máquinas de corriente alterna

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

3. Velocidad 1. Introducción. El motor asíncrono • 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. Arranque directo Corriente Par I de arranque: 6...8 In I máxima: 3. . .4 In Z. INESTABLE Z. ESTABLE Par Max: 2.5 Par Nom Velocidad nominal Par Arran: 1.5 Par Nom Veloc. de sincronismo: ns = 60 f / pp Par nominal Velocidad mínima Velocidad I nominal: In 1. Introducción. El motor asíncrono

5. Arrancador estático - Rampas Tiempo de rampa Tensión en cada fase • . 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. 1. Introducción. El motor asíncrono

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

7. 3. Convertidores dc-ac (inversores) es posible controlar a voluntad el factor de potencia de la corriente inyectada a la red. Angulo a entre 90° y 180º • 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)

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

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. R S T 4. Convertidores Electrónicos Para Control De Generadores Ejemplos. Mtorres (Convertidor back to back)

13. 5. Convertidores Electrónicos .Futuro. Convertidorback 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. Ventajas • los interruptores están aprovechados por igual: menos estrés térmico • no necesitan condensador 5. Convertidores Electrónicos. Futuro. Back to back 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. Ventajas • para la misma distorsión la f de conmutación se reduce hasta el 25 % • aunque hay mas Pcond, aumenta la eficiencia global 5. Convertidores Electrónicos. Futuro. 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. Ventajas • menos pérdidas por conmutación 5. Convertidores Electrónicos. Futuro. Back to back Matricial Multinivel Resonante • Inconvenientes • Hw, Sw más complejos (más sensores para mantener la resonancia) • desequilibrios entre las tensiones DC

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

21. a b c + UDC 0 S1 S3 S5 S4 S6 S2 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) + 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. Modulación de los pulsos SENSORES Y CONSIGNAS 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 + CONTROLADOR ¿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