Download Diapositiva 1 - Instituto Tecnológico de Toluca

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.
Vo1  Voff  Asen( wt )
Vo2  Voff  Asen( wt )
1
0.9
Vo1
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
Vo2
0
1
2
3
4
5
6
Vo  Vo1  Vo2  Voff  Asen( wt )  (Voff  Asen( wt )) 
Vo  2 Asen( wt )
7
INVERSOR BUCK
200V200V
0V100V
-200V 0V
100ms
105ms
100ms
105ms
V(6)
V(26)
V(6)- V(26)
110ms
110ms
115ms
115ms
Time
Time
120ms
120ms
125ms125ms
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.
dx(t)
K
 A x(t)  B u(t)
dt
y(t)  C x(t)  E u(t)
vector de estado x(t): las corrientes de
inductores, voltajes de capacitores, etc.
i (t) 
x(t)   L 
v(t) 
vector de entrada u(t) : las entradas
independientes al sistema, como el
voltaje de alimentación de entrada.
u(t)  v d (t) 
K : matriz que contiene los valores
de capacitancia, inductancia, etc.
A, B,C y E contienen constantes
de proporcionalidad
y(t), es el vector de salida
y(t)  i d (t) 
• 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:
K
dx(t)
 A 1x(t)  B1 u(t)
dt
y(t)  C1 x(t)  E1 u(t)
dx(t)
K
 A 2 x(t)  B 2 u(t)
dt
y(t)  C 2 x(t)  E 2 u(t)
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




D vd (s)
d ( s)Vd
v( s) 

L
L
LCs 2  s  1 LCs 2  s  1
R
R
v( s )


d (s)
Vd
L
LCs 2  s  1
R
vO


2 d (s)  1
Vd
L
LCs 2  s  1
R
• BOOST

( D' v  I L sL )


L
d ( s) LCs 2  s  D' 2
R
v( s )
D' v d ( s)
( D' v  I L sL ) d ( s)
v( s) 

L
L
LCs 2  s  D' 2 LCs 2  s  D' 2
R
R



• BUCK-BOOST
DD ' v d ( s)
(Vd  v  I L Ls ) d ( s)
v( s)  

L
L
LCs 2  s  D' 2
LCs 2  s  D' 2
R
R





d ( s)


2 d ( s)  1
( D' v  I L sL)
L
LCs 2  s  D' 2
R


v( s )
v O ( s)

(Vd  v  I L Ls)
L
LCs 2  s  D' 2
R
v O ( s)

1  2 d (s)

(Vd  v   I L Ls)
L
LCs 2  s  D' 2
R
RESULTADOS
INVERSOR BUCK
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.