Inversor trifásico modulado por pulso

8/18/2019 Inversor trifásico modulado por pulso

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Práctica de Laboratorio“Inversor trifásico modulado por PWM”

Alumno : Diego Sánchez

Asignatura : Práctica de Laboratorio (IN1197C)Carrera : Ing. Civil EléctricaProfesor : Eduardo E. Espinosa N.

Fecha : 27 de Noviembre de 2015


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Práctica de laboratorio IN1197C Diego Sánchez

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Introducción

En aplicaciones donde se requieren velocidades variables como en el motor de inducción, lafuente de potencia debe suministrar voltajes con amplitud y frecuencia variables; la solución

más común para el accionamiento del motor es el uso de inversores.Para este proyecto nos centraremos en el inversor trifásico modulado por pulso o PWMlograremos ver sus ventajas y desventajas, donde el principal objetivo es la obtención deseñales lo más sinusoidales posibles controlables en magnitud y frecuencia.

Por otro lado también se muestra una cotización completa de cada uno de los elementos aocupar para una futura implementación en laboratorio de electrónica de potencia, estoscomponentes fueron cotizados a través de RSChile, una empresa destinada a la venta decomponentes electrónicos que ofrece una amplia variedad y trabaja con las mejores marcasdel mercado y entrega una vasta confiabilidad en esta área.


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Objetivo

Los objetivos del proyecto son:

-Modulación PWM en un inversor trifásico

- Modelamiento matemático de un inversor trifásico, considerando modelo conmutado y promedio.

-Cotización de componentes de un inversor trifásico.

El objetivo del proyecto consiste en la obtención de tres tensiones sinusoidales, controlablesen magnitud y frecuencia, a partir de una fuente de tensión continua de entrada de 500V. Paraobtener tensión trifásica completamente equilibrada, se comparará la misma onda triangularcon tres sinusoidales de la misma frecuencia (tres ondas moduladoras) y desfasadas entre sí120 º.

Las recomendaciones para el caso de esta modulación acerca de los valores de y ; se pueden resumir en las siguientes: Para valores bajos de , con el objeto de eliminar los armónicos pares debe de

utilizarse PWM síncrono, con entero e impar. El valor de debe de ser múltiplo de 3, para eliminar los armónicos de amplitud

más relevante.

Las pendientes de la onda portadora y de la moduladora deben de ser contrarias enlos pasos por cero.

Para valores elevados de

son válidos las consideraciones realizadas para

monofásico. Si se trabaja con sobre modulación, se deben de respetar los criterios expuestos para

valores bajos de , sin importar el valor de este.El circuito a modelar es el siguiente.

Figura 1. Circuito Inversor Trifásico modulado por PWM. Psim


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Modulación

En un inversor trifásico modulado por PWM cada interruptor se controla comparando unaonda sinusoidal con una onda portadora triangular (Fig.2).

Figura 2 Onda trifásica sinusoidal desfasada 120° y onda diente sierra.

La frecuencia de salida es igual que la de la moduladora, y la amplitud de voltaje de fase dela salida viene dada por la razón entre la moduladora y la portadora.

Los interruptores se controlan de la siguiente forma (, ̅ ), (, ̅ ) y (, ). Cuando unode los interruptores de la pareja está cerrado, el otro está abierto. Cada pareja de interruptoresrequiere una onda sinusoidal de referencia separada. Las tres ondas sinusoidales de referenciaestán desfasadas 120º para producir una salida trifásica equilibrada.

Figura 3 Inversor trifásico modulado por PWM

El principal objetivo del inversor trifásico es producir formas de onda de corriente AC

controlables en magnitud y/o frecuencia desde una fuente de corriente DC.


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Frecuencia de la portadora

El índice de modulación de frecuencia se define como la relación entre la frecuencia de laseñal triangular y la señal de sinusoidal.

= El parámetro debe de ser un entero impar: de esta manera, se obtiene una simetría imparademás de una simetría de media onda; por tanto, en la tensión de salida sólo existiránarmónicos de orden impar y desaparecen los armónicos de orden par. En el desarrollo enserie de Fourier, sólo existirán los términos en seno.

Así, atendiendo a la etapa de filtrado que es necesario añadir, interesa trabajar con valores de

lo más altos posible, ya que los armónicos aparecerán a frecuencias elevadas, lo cual

facilita el filtrado de las mismas. Existe un compromiso en la elección de este parámetro; lamayoría de los autores fijan el valor de 21 como frontera para que el valor de este parámetro pueda considerarse elevado o bajo.

Se pueden suministrar recomendaciones según el valor de este parámetro (asumiendo


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Modelación

A continuación se realizará el modelo matemático del inversor trifásico por cada fase

= + + 1 = + + 2 = + + 3

Sumando las tres LVK (1), (2) y (3) obtenemos

+ + = ( + + ) + ( + + ) + 3 4 Sabemos que las sumas de las corrientes en una LCK son siempre igual a cero, por lo que podemos simplificar (4) + + = 3 Despejando de la ecuación

= + +

3 5

Reemplazando (5) en (1), (2) y (3)

= + + + + 3

= + + + + 3

= +

+

+

+

3 Pasando todo a un solo lado tenemos

0 = + + −2 + + 3 6

0 = + + − 2 + 3 7

0 = + + + −23 8

Sumando todas las ecuaciones (6), (7) y (8)

0 = + + 9


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Donde M es la matriz

= 13 ∙ [−2 1 11 −2 11 1 −2]

Por lo que el modelo matemático quedaría

= ∙ = ∙ 13 ∙ [−2 1 11 −2 11 1 −2]

Y el modelo matemático promedio del inversor PWM

= ∙ = ∙ ∙

Donde

0


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Simulación del modelo matemático del Inversorutilizando SPWM en PSIM.

TABLA IPARÁMETROS DE SIMULACIÓN

Gráficos Frecuencia: 750Hz Moduladora: 0.4

Corriente en la carga

Voltaje entre líneas

FFT de las señales graficadas

Frecuencia: 750Hz Moduladora: 0.8

Variable Valor

500 V 10 Ω 15 mH 750 Hz y 1050 Hzm 0.4/0.8


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Corriente en la carga:




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Tabla comparativa para el caso de estudio

Se observa una tabla comparativa para sacar conclusiones con valores rms entregados porPsim.

ComentariosA distinta frecuencia con igual moduladora

Se mantiene la magnitud de la corriente de entrada

La moduladora a mayor frecuencia se producen perdidas de conmutación por lo queel rendimiento del inversor no sería el óptimo.

Mientras mayor sea la frecuencia aparecen más armónicas.

A distinta moduladora, igual frecuencia

La señal a mayor modulación logra una corriente de mayor amplitud.

Los armónicos en el voltaje de la moduladora son mucho más grandes en baja

modulación.

Lo mismo ocurre con el voltaje entre líneas, a menor modulación, más grande son

las armónicas.

El THD de voltaje y corriente mejoran a alta modulación considerablemente.

= 750 =0.4 = 750 =0.8 = 1050 =0.4 = 1050 =0.8 THD Corriente 10.35 % 7.88 % 7.38 % 5.60 %

THD Voltaje 162.69 % 91.70 % 164.64% 91.36%

Corriente Carga 6.42 A 12.83 A 6.42 A 12.81 A

Voltaje L-L 234.52 V 332.03 V 234.52 A 332.79 V


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Cotización

Realización de cotización a través de la página RSChile.

Elemento Marca Características Precio Cantidad Foto

Fuente DCEA Elektro-Automatik

500v30A

5000w

$2.802.6061

Reostato Arcol 1k, variable

30A$194.777 3

InductorMurata Power

15mH±10%32A

$2.4043

Inversor3 fases

STMicroelectronics

15 kVA600v

15 kHz23A

$111.832 1

Total presupuesto = $3.394.260

*Valores sin iva.

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Conclusiones

Este proyecto presentó primero un modelo matemático de un inversor trifásico, donde sedestaca el modelo conmutado y el modelo promedio basados en la técnica de modulaciónPWM, también un análisis de las principales variaciones de las técnicas de modulación por

ancho de pulso (PWM), los cambios de frecuencia de conmutación nos permitieron ver lasdesventajas de su comportamiento donde se implementó en Psim para poder observar elcomportamiento en las simulaciones.

Con respecto a la cotización solo se realizó a través de la página de RSChile dondeimplementar el proyecto saldría aproximadamente $3.394.260, los valores entregados por la página no contienen el iva por lo que el valor equivaldría a $4.039.170, si es que se mantieneel 19%, se deja a criterio de alumnos el adaptarse a presupuesto para futuras correcciones

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