Electrónica de potencia - Convertidores de pulsos
Convertidor controlado por fase
Un convertidor controlado por fase convierte la energía de CA en CC (línea conmutada). En otras palabras, se utiliza en la conversión de energía CA de frecuencia fija y voltaje fijo en salida de voltaje CC variable. Se expresa como
Fixed Input - Voltaje, frecuencia y energía CA
Variable output - Salida de voltaje DC
El voltaje de entrada de CA que ingresa a un convertidor es normalmente de valor eficaz (valor cuadrático medio) fijo y frecuencia fija. La inclusión de tiristores controlados por fase en el convertidor asegura que se obtenga una tensión de salida de CC variable. Esto es posible mediante la alteración del ángulo de fase en el que se activan los tiristores. Como resultado, se obtiene una forma de onda pulsante de la corriente de carga.
Durante el semiciclo de suministro de entrada, el tiristor está en polarización directa y se enciende mediante la aplicación de un pulso de puerta suficiente (disparador). La corriente comienza a fluir una vez que el tiristor se ha encendido, es decir, en un punto ωt = α al punto ωt = β. En el momento en que la corriente de carga cae a cero, el tiristor se apaga como resultado de la conmutación de línea (natural).
Hay varios convertidores de potencia que utilizan la conmutación natural. Estos incluyen:
- Convertidores de CA a CC
- Convertidores de CA a CA
- Controladores de voltaje CA
- Cycloconverters
Los convertidores de potencia anteriores se explicarán en los siguientes capítulos de este tutorial.
2- Convertidor de pulsos
Un convertidor de pulsos de 2 fases, también conocido como generador de modulador de ancho de pulso (PWM) de nivel 2, se utiliza para generar pulsos para convertidores de modulación de ancho de pulso basados en portadora. Para ello, utiliza topología de nivel dos. Este bloque controla los dispositivos de conmutación con fines de control como IGBT y FET que existen en tres tipos de convertidores, a saber:
- 1 brazo (medio puente monofásico)
- 2 brazos (puente completo monofásico)
- 3 brazos (puente trifásico)
La señal de entrada de referencia en un convertidor de 2 pulsos se compara con una portadora. Si la señal de entrada de referencia es mayor que la portadora, el pulso es igual a 1 para el dispositivo superior y 0 para el dispositivo inferior.
Para controlar un dispositivo con un puente completo monofásico (2 brazos), es necesario aplicar modulación de ancho de pulso unipolar o bipolar. En la modulación unipolar, cada uno de los dos brazos se controla de forma independiente. Una segunda señal de entrada de referencia se genera internamente mediante un cambio de 180 ° en el punto de referencia inicial.
Cuando se aplica el PWM bipolar, el estado del dispositivo de conmutación inferior en el segundo puente completo monofásico es similar al del interruptor superior en el primer dispositivo de puente completo monofásico. El uso de una modulación unipolar conduce a formas de onda de CA suaves, mientras que la modulación bipolar da como resultado un voltaje menos variable.
Convertidor de 3 pulsos
Considere un convertidor trifásico de 3 pulsos, donde cada tiristor está en modo de conducción durante el tercero del ciclo de suministro. La primera vez que se activa un tiristor en conducción es a 30 ° en referencia al voltaje de fase.
Su funcionamiento se explica mediante tres tiristores y tres diodos. Cuando los tiristores T1, T2 y T3 sean reemplazados por los diodos D1, D2 y D3, la conducción comenzará en un ángulo de 30 ° con respecto a las tensiones de fase u an , u bn y u cn respectivamente. Por lo tanto, el ángulo de disparo α se mide inicialmente a 30 ° en referencia a la tensión de fase que le corresponde.
La corriente solo puede fluir en una dirección a través del tiristor, que es similar al modo de funcionamiento del inversor, donde la energía fluye desde el lado de CC hacia el lado de CA. Además, el voltaje en los tiristores se controla controlando el ángulo de disparo. Esto se logra cuando α = 0 (posible en un rectificador). Por tanto, el convertidor de 3 pulsos actúa como inversor y rectificador.
Convertidor de 6 pulsos
La siguiente figura muestra un convertidor controlado por puente de seis pulsos conectado a una fuente trifásica. En este convertidor, el número de pulsos es el doble que el de fases, es decirp = 2m. Usando la misma configuración de convertidor, es posible combinar dos puentes de seis pulsos para obtener un convertidor de doce o más pulsos.
Cuando la conmutación no está disponible, dos diodos conducirán en cualquier momento en particular. Además, para obtener una caída de voltaje a través de la carga, se deben colocar dos diodos en las patas opuestas del puente. Por ejemplo, los diodos 3 y 6 no pueden estar ENCENDIDOS al mismo tiempo. Por lo tanto, la caída de voltaje a través de la carga de CC es una combinación del voltaje de línea VL de la fuente trifásica.
Es importante tener en cuenta que a mayor número de pulsos, mayor es la utilización del convertidor. Además, cuanto menor sea el número de pulsos, menor será la utilización del convertidor.