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Preparatorio12

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LABORATORIO DE CONVERSORES
ESTÁTICOS
César Chillán-LCE_GR2_1
Práctica 12 CONVERSORES DC/AC TRIFÁSICO
Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Escuela Politécnica Nacional
Quito, Ecuador
[email protected]
Resumen – En esta práctica se analizará el comportamiento
de los inversores DC/AC trifásico y se comprobara que las
formas de onda de voltaje y corriente obtenidos en las
simulaciones concuerdan con las formas de obtenidas durante
la práctica. Los inversores se utilizan en aplicaciones tales
como motores de alterna de velocidad ajustable, sistemas de
alimentación ininterrumpida y dispositivos de corriente
alterna que funcionen a partir de una batería de automóvil.
de línea a neutro. La frecuencia de salida puede controlarse
variando la frecuencia de conmutación. El valor de la
tensión de salida depende del valor de la tensión de
alimentación de continua. Para controlar la tensión de
salida del inversor de seis pasos, se debe ajustar la tensión
continua de entrada.
Trabajo Preparatorio
INTRODUCCIÓN
En [4], Los inversores son circuitos que convierten la
corriente continua en corriente alterna. Más exactamente,
los inversores transfieren potencia desde una fuente de
continua a una carga de alterna. El objetivo es crear una
tensión alterna cuando sólo hay disponible una fuente de
tensión continua.
A. Dibujar las formas de onda que se obtendrán sobre
cargas resistivas en el convertidor DC/AC trifásico
puente para ángulos de conducción de 180 y 120
grados.

Conducción de 180 grados:
La forma de onda de salida está formada por una serie de
pulsos rectangulares con transiciones bruscas. El número
de fases de la salida está definido por la topología del
conversor, y la frecuencia y amplitud de la variable
controlada (voltaje o corriente) están definidas por el
control del conversor.
Fig.1 Convertidor DC/AC trifásico
La aplicación principal de este circuito es el control de la
velocidad de los motores de inducción, donde se varía la
frecuencia de salida. La carga trifásica conectada a esta
tensión de salida puede ser conectada en triángulo o
conectarse en estrella, con neutro sin toma de tierra. Para
una carga conectada en estrella, que es la forma más común
de conexión, la tensión de la carga en cada fase es la tensión
Fig.2 Convertidor DC/AC trifásico-conducción 180 grados

Conducción de 120 grados:
Fig.3 Convertidor DC/AC trifásico-conducción 120 grados
B. Implementar en un microcontrolador el sistema que
permita generar las señales de control necesarias
para que el circuito funcione para los dos ángulos de
conducción para obtener 60Hz y 30Hz. La frecuencia
por entregar se seleccionará por medio de un
interruptor conectado a un microcontrolador.
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#define LED 13
#define Pulsante1 18
#define Pulsante2 19
#define Disparo_T1 38
#define Disparo_T2 40
#define Disparo_T3 42
#define Disparo_T4 44
#define Disparo_T5 46
#define Disparo_T6 48
//1CM=62,5nseg para hacer cálculos
int Modo_conduccion='A';
int Frecuencia_inversor='A';
int Bandera_led='A';
int Zona_muerta=50;
int Conta_interrup=0;// Esta variable va a
contar el numero de interrupciones
// cada 60grados en un
periodo.
void setup()
{
pinMode(LED, OUTPUT);
pinMode(Pulsante1, INPUT_PULLUP);
pinMode(Pulsante2, INPUT_PULLUP);
pinMode(Disparo_T1, OUTPUT);
pinMode(Disparo_T2, OUTPUT);
pinMode(Disparo_T3, OUTPUT);
pinMode(Disparo_T4, OUTPUT);
pinMode(Disparo_T5, OUTPUT);
pinMode(Disparo_T6, OUTPUT);
cli();//Se desactiva el llamado global de
interrupciones
//Configuración de la interrupcion externa:
EICRA=_BV(ISC31)|_BV(ISC30)|_BV(ISC21)|_BV(ISC20
);
EIMSK=_BV(INT3)|_BV(INT2);
EIFR=_BV(INTF3)|_BV(INTF2);
//Configuracion de la base de tiempo para el
control:
TCCR5A=0;
TCCR5B=_BV(WGM52)|_BV(CS51);//y preescalador 1/8
OCR5A=5556;//Generar una interrupcion cada 60
grados
TIMSK5=_BV(OCIE5A);
//LED aviso visual:
TCCR1A=0;
TCCR1B=_BV(WGM12)|_BV(CS11)|_BV(CS10);//y
preescalador 1/8
OCR1A=12500;//Generar una interrupcion cada 60
grados
TIMSK1=_BV(OCIE1A);
sei();
}
ISR(INT2_vect)
{
if(Frecuencia_inversor=='A')
{
OCR5A=11112;//Frecuencia de salida=30Hz
Frecuencia_inversor='B';
}
else
{
OCR5A=5556;//Frecuencia de salida=60Hz
Frecuencia_inversor='A';
}
}
Fig.4 Diagrama de flujo, inversor trifásico
ISR(INT3_vect)
{
if(Modo_conduccion=='A')
{
Modo_conduccion='B';
}
else
{
Modo_conduccion='A';
}
}
ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
if(Bandera_led=='A')
{
digitalWrite(LED,HIGH);
Bandera_led='B';
}
else
{
digitalWrite(LED,LOW);
Bandera_led='A';
}
}
ISR(TIMER5_COMPA_vect)
{
if(Conta_interrup==6)
{
Conta_interrup=0;
}
Conta_interrup=Conta_interrup+1;
digitalWrite(Disparo_T4,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T5,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T6,HIGH);
break;
}
}
else
{
switch(Conta_interrup)//Conduccion de
120grados
{
case 1:
digitalWrite(Disparo_T1,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,HIGH);
break;
case 2:
digitalWrite(Disparo_T1,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T2,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
}
void loop()
{
if (Modo_conduccion=='A')
{
switch(Conta_interrup)//Conducción de 180
grados
{
case 1:
digitalWrite(Disparo_T1,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T6,HIGH);
break;
case 3:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T3,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 4:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T4,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 2:
digitalWrite(Disparo_T1,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T2,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,HIGH);
break;
case 5:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T5,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 3:
digitalWrite(Disparo_T1,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T2,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T3,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 4:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T3,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T4,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T5,LOW);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 5:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T4,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T5,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T6,LOW);
break;
case 6:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
case 6:
digitalWrite(Disparo_T1,LOW);
digitalWrite(Disparo_T2,LOW);
digitalWrite(Disparo_T3,LOW);
digitalWrite(Disparo_T4,LOW);
digitalWrite(Disparo_T5,HIGH);
digitalWrite(Disparo_T6,HIGH);
break;
}
}
}
C. Implementar el circuito de potencia y control para el
circuito indicado, con las siguientes especificaciones:
E=40VDC aproximadamente, que se obtendrán de las
fuentes de laboratorio. Carga R (la potencia será baja
de manera que pueda ser abastecida por la fuente del
laboratorio).
Debido a que solo se utilizará una sola fuente para
implementar el inversor trifásico, no se tiene una toma
central, por lo cual el Vneutro no se mantiene fijo y va
cambiando según el valor de la carga que se conecte (por
este motivo solo se utiliza con cargas equilibradas).
D. Realizar las simulaciones de los diseños de los
numerales anteriores.

Simulación del Inversor Push pull

Conducción de 180 grados:
Fig.5 Inversor tipo puente
Utilizando una carga equilibrada de valor R, se tiene que:
𝑉𝑁𝑒𝑢𝑡𝑟𝑜 =
2∙𝐸
3
Según la secuencia de los pulsos de control para una
conducción de 180 grados, siempre conducen 3 mosfet a la
vez, razón por la cual siempre quedan 2 resistencia de la
carga en paralelo y debido que se está trabajando con carga
equilibrada, el valor de la resistencia equivalente resulta ser
la mitad de la resistencia de una de las fases.
Si la carga es de R=100 ohm:
𝐼𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑡
Fig.6 Inversor tipo puente
2∙𝐸
2 ∙ 40
3
=
= 3 = 0.266𝐴
𝑅
100
El voltaje que debe soportar el mosfet cuando este no esta
conduciendo debe ser: 𝐸 = 40𝑉𝐷𝐶. El mosfet debe
soportar como máximo el voltaje E de 40 voltios y una
corriente de 0.266 amperios
Fig.7 Corriente en la fase R (Azul)
Corriente en la fase S (Verde)
Corriente en la fase T (Morado)
𝐼𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑡 = 𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑡 = 0.266𝐴
El mosfet IRF540N tiene las siguientes características:
La corriente 𝐼𝑑𝑚𝑎𝑥 = 0.266𝐴 y el 𝑉𝑑𝑠 = 40𝑉
Fig.8 Voltaje entre fases
𝑃𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑡 = 𝑅𝑑𝑠𝑜𝑛 ∙ 𝐼𝑑 2
REFERENCIAS
Para el mosfet IRF540, se tiene un 𝑅𝑑𝑠𝑜𝑛 = 0.055Ω
𝑃𝑚𝑜𝑠𝑓𝑒𝑡 = 0.055 ∙ 0.2662 = 3.891𝑚𝑊
También este mosfet tiene las siguientes características:
𝑉𝑑𝑠 = 100𝑉
𝐼𝑑𝑚𝑎𝑥 = 22𝐴
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 85𝑊
[1] Apuntes de Electrónica de potencia, Ing. Patricio Chico
[2] Power Electronics: Devices, Drivers, Applications, and Passive
Components-Barry
Wayne
Williams
[Online],
Available:
http://personal.strath.ac.uk/barry.williams/book.htm
[3] Electrónica de potencia, Juan D. Aguilar Peña, Escuela Politécnica
Superior (Universidad de Jaén), 2005.
[4] Electrónica de potencia, Daniel W. Hart, 1ra edición, Prentice hall
[5] Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales, Robert
F. Coughlin, Prentice hall
[6] CONVERTIDORES DC-DC AISLADOS [Online], Available:
https://es.rs-online.com/web/c/fuentes-de-alimentacion-ytransformadores/convertidores-dc-dc/convertidores-dc-dcaislados/?pn=2
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