Convertidor CA/CA
Convertidor CA/CA
Ahora vamos ha estudiar un tipo de Convertidor que, a partir de una tensión de entrada alterna, produce en la salida una tensión también alterna pero de Características distintas, sea en valor eficaz, sea en frecuencia, o en ambas.
Cuando únicamente se altera el valor de la tensión alterna (CA), tenemos los llamados
reguladores de tensión alterna (o reguladores de potencia alterna) y los que permiten obtener una salida con frecuencia distinta a la presente en la entrada, son los cicloconvertidores. En este capítulo se estudian en detalle los reguladores de tensión alterna.
+Reguladores de tensión alterna Los reguladores de tensión alterna son convertidores estáticos de energía que permiten variar la potencia entregada a una determinada carga. En general, se controla la potencia mediante el control del valor eficaz de la tensión suministrada a la carga. De ahí el nombre de reguladores
o controladores de tensión alterna
Las aplicaciones más comunes de éste tipo de reguladores son:
+Calentamiento industrial (control de temperatura);
+Control de intensidad luminosa en lámparas incandescentes;
+Accionamiento de motores de CA;
+Arranque suave de motores de inducción;
+Compensación de energía reactiva
+Control de transformadores
Los dispositivos semiconductores de potencia empleados en tales convertidores son,
típicamente, tiristores, trabajando en conmutación natural.
En aplicaciones de baja potencia se puede hacer uso de TRIACs, en cuanto que para potencias
más elevadas se utilizan 2 SCRs en antiparalelo como se muestra a continuacion
Si bien existen diversos modos de control para los reguladores de corriente alterna, los más
utilizados son:
- Control ;, de paso por cero o por secuencia.
- Control por ángulo de fase.
- Control por amplitud.
Control ;ON-OFF;, de paso por cero o por secuencia
El circuito de potencia es el que se muestra arriba El control por secuencia consiste
en conectar o desconectar la alimentación de la carga (en general una resistencia) durante un
determinado número de ciclos de la tensión de entrada al regulador. De hecho, la regulación
se consigue anulando la tensión en la carga durante ciertos periodos de la tensión de
alimentación. El intervalo de conducción y el de bloqueo del interruptor es típicamente de
varios ciclos de la red. Este tipo de control se utiliza en aplicaciones que tienen una gran
inercia mecánica o una elevada constante de tiempo térmica, es decir, se utiliza en situaciones
en que la constante de tiempo de la carga es mucho mayor que el período de la red CA, (por
ejemplo, en el calentamiento industrial o en el control de velocidad de grandes motores).
Dado que se suelen utilizar tiristores como elementos de control, su disparo se realiza en el
paso por cero de la tensión de alimentación. Ello permite una reducción importante en el
número de armónicos generados. El control electrónico lleva incorporado un detector de paso
por cero y un contador de semiperíodos para saber en qué instante se debe disparar cada
tiristor.
Un método para conseguir el control por secuencia es usar un generador de señal triangular de
frecuencia fija que se compara con una señal continua de control. La señal diente de sierra
establece la base de tiempo del sistema. La señal de referencia proviene del circuito de control
de la variable a controlar (por ejemplo del circuito de control de la temperatura). La potencia
entregada a la carga varia proporcionalmente a esta señal. Durante ciclos la carga permanece conectada a la alimentación, en
cuanto queda ; ciclos permanece desconectada.
La figura de abajo se muestra una simulación de un control ;ON-OFF;, en el que se conecta la
tensión de red a la carga durante 3 (n) periodos completos y se desconecta durante 2 (m). La
gráfica inferior representa los pulsos que se dan a los SCRs. Las otras dos gráficas muestran
la tensión de entrada y la tensión de salida del convertidor.
Para una tensión de entrada senoidal, considerando que se
conecta la carga durante n ciclos de la tensión de entrada y se desconecta m ciclos, la tensión
eficaz de salida puede obtenerse como:
Uno de los inconvenientes del método descrito es la presencia de oscilaciones de baja
frecuencia en la carga que se está alimentando. Por ejemplo, en el caso de que la carga sea un
motor, se pueden provocar vibraciones mecánicas. En el caso de que la carga sea una lámpara,
pueden aparecer oscilaciones de baja frecuencia, apreciables por el ojo humano, nada
deseables. Para solucionar estos inconvenientes, se suele utilizar otro método, denominado
control del ángulo de fase, tal y como se describe en el siguiente apartado.
Control por ángulo de fase
Uno de los métodos más comunes para variar el valor eficaz de una tensión alterna es por
medio del llamado control por ángulo de fase, en el cual, dado un semiciclo de la red, el
interruptor se acciona o dispara en un determinado ángulo, haciendo que la carga esté
conectada a la entrada por un intervalo de tiempo menor o igual a un semiciclo.
Dicho de otro modo, el control por ángulo de fase, como su propio nombre indica, está basado
en la regulación del ángulo de disparo de los tiristores. Usualmente se habla de ángulo de
disparo, o ángulo de fase Alfa;, como el instante de tiempo (expresado en grados) a partir del
paso por cero de la tensión de entrada en el que se dispara un tiristor. Para el caso de una
carga resistiva, el ángulo de disparo puede valer entre 0º y 180º.
Los valores de tensión, corriente y potencia en la carga dependerán, no solo del ángulo de
disparo, como también del tipo de carga alimentada, como se verá a continuación.
Carga resistiva
La figura siguiente muestra el circuito y las formas de onda de un regulador de tensión CA con
control por ángulo de fase y carga resistiva. La abertura del SCR se dará en el momento en
que la corriente cae por debajo de la corriente de mantenimiento del componente.
Lógicamente las formas de onda de tensión y corriente en la carga son las mismas, si bien con
distintas escalas.
Para una tensión de entrada senoidal, considerando que el
disparo de los tiristores es idéntico y de valor A;, el valor eficaz de la tensión de salida se
puede calcular como:
LOS CONVERSORES CA/CA SE PUEDEN APLICAR EN:
Control electrónico de motores de alterna
Compensadores estáticos de reactiva
Control de hornos de resistencias
Ahora vamos ha estudiar un tipo de Convertidor que, a partir de una tensión de entrada alterna, produce en la salida una tensión también alterna pero de Características distintas, sea en valor eficaz, sea en frecuencia, o en ambas.
Cuando únicamente se altera el valor de la tensión alterna (CA), tenemos los llamados
reguladores de tensión alterna (o reguladores de potencia alterna) y los que permiten obtener una salida con frecuencia distinta a la presente en la entrada, son los cicloconvertidores. En este capítulo se estudian en detalle los reguladores de tensión alterna.
+Reguladores de tensión alterna Los reguladores de tensión alterna son convertidores estáticos de energía que permiten variar la potencia entregada a una determinada carga. En general, se controla la potencia mediante el control del valor eficaz de la tensión suministrada a la carga. De ahí el nombre de reguladores
o controladores de tensión alterna
Las aplicaciones más comunes de éste tipo de reguladores son:
+Calentamiento industrial (control de temperatura);
+Control de intensidad luminosa en lámparas incandescentes;
+Accionamiento de motores de CA;
+Arranque suave de motores de inducción;
+Compensación de energía reactiva
+Control de transformadores
Los dispositivos semiconductores de potencia empleados en tales convertidores son,
típicamente, tiristores, trabajando en conmutación natural.
En aplicaciones de baja potencia se puede hacer uso de TRIACs, en cuanto que para potencias
más elevadas se utilizan 2 SCRs en antiparalelo como se muestra a continuacion
Si bien existen diversos modos de control para los reguladores de corriente alterna, los más
utilizados son:
- Control ;, de paso por cero o por secuencia.
- Control por ángulo de fase.
- Control por amplitud.
Control ;ON-OFF;, de paso por cero o por secuencia
El circuito de potencia es el que se muestra arriba El control por secuencia consiste
en conectar o desconectar la alimentación de la carga (en general una resistencia) durante un
determinado número de ciclos de la tensión de entrada al regulador. De hecho, la regulación
se consigue anulando la tensión en la carga durante ciertos periodos de la tensión de
alimentación. El intervalo de conducción y el de bloqueo del interruptor es típicamente de
varios ciclos de la red. Este tipo de control se utiliza en aplicaciones que tienen una gran
inercia mecánica o una elevada constante de tiempo térmica, es decir, se utiliza en situaciones
en que la constante de tiempo de la carga es mucho mayor que el período de la red CA, (por
ejemplo, en el calentamiento industrial o en el control de velocidad de grandes motores).
Dado que se suelen utilizar tiristores como elementos de control, su disparo se realiza en el
paso por cero de la tensión de alimentación. Ello permite una reducción importante en el
número de armónicos generados. El control electrónico lleva incorporado un detector de paso
por cero y un contador de semiperíodos para saber en qué instante se debe disparar cada
tiristor.
Un método para conseguir el control por secuencia es usar un generador de señal triangular de
frecuencia fija que se compara con una señal continua de control. La señal diente de sierra
establece la base de tiempo del sistema. La señal de referencia proviene del circuito de control
de la variable a controlar (por ejemplo del circuito de control de la temperatura). La potencia
entregada a la carga varia proporcionalmente a esta señal. Durante ciclos la carga permanece conectada a la alimentación, en
cuanto queda ; ciclos permanece desconectada.
La figura de abajo se muestra una simulación de un control ;ON-OFF;, en el que se conecta la
tensión de red a la carga durante 3 (n) periodos completos y se desconecta durante 2 (m). La
gráfica inferior representa los pulsos que se dan a los SCRs. Las otras dos gráficas muestran
la tensión de entrada y la tensión de salida del convertidor.
Para una tensión de entrada senoidal, considerando que se
conecta la carga durante n ciclos de la tensión de entrada y se desconecta m ciclos, la tensión
eficaz de salida puede obtenerse como:
Uno de los inconvenientes del método descrito es la presencia de oscilaciones de baja
frecuencia en la carga que se está alimentando. Por ejemplo, en el caso de que la carga sea un
motor, se pueden provocar vibraciones mecánicas. En el caso de que la carga sea una lámpara,
pueden aparecer oscilaciones de baja frecuencia, apreciables por el ojo humano, nada
deseables. Para solucionar estos inconvenientes, se suele utilizar otro método, denominado
control del ángulo de fase, tal y como se describe en el siguiente apartado.
Control por ángulo de fase
Uno de los métodos más comunes para variar el valor eficaz de una tensión alterna es por
medio del llamado control por ángulo de fase, en el cual, dado un semiciclo de la red, el
interruptor se acciona o dispara en un determinado ángulo, haciendo que la carga esté
conectada a la entrada por un intervalo de tiempo menor o igual a un semiciclo.
Dicho de otro modo, el control por ángulo de fase, como su propio nombre indica, está basado
en la regulación del ángulo de disparo de los tiristores. Usualmente se habla de ángulo de
disparo, o ángulo de fase Alfa;, como el instante de tiempo (expresado en grados) a partir del
paso por cero de la tensión de entrada en el que se dispara un tiristor. Para el caso de una
carga resistiva, el ángulo de disparo puede valer entre 0º y 180º.
Los valores de tensión, corriente y potencia en la carga dependerán, no solo del ángulo de
disparo, como también del tipo de carga alimentada, como se verá a continuación.
Carga resistiva
La figura siguiente muestra el circuito y las formas de onda de un regulador de tensión CA con
control por ángulo de fase y carga resistiva. La abertura del SCR se dará en el momento en
que la corriente cae por debajo de la corriente de mantenimiento del componente.
Lógicamente las formas de onda de tensión y corriente en la carga son las mismas, si bien con
distintas escalas.
Para una tensión de entrada senoidal, considerando que el
disparo de los tiristores es idéntico y de valor A;, el valor eficaz de la tensión de salida se
puede calcular como:
LOS CONVERSORES CA/CA SE PUEDEN APLICAR EN:
Control electrónico de motores de alterna
Compensadores estáticos de reactiva
Control de hornos de resistencias
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