Electrónica de Potencia/Módulos de inversión/Rectificador Monofásico

Inversor monofásico de onda completa

En la figura de la izquierda se muestra un inversor monofásico de onda cuadrada. Los interruptores conectan la carga a +V1 cuando T1 y T4 están cerrados y a -V1 cuando T2 y T3 están cerrados. La conmutación periódica de la tensión de la carga entre +V1 y -V1 genera en la carga una tensión con forma de onda cuadrada. Aunque esta salida alterna no es sinusoidal, puede ser una onda de alterna adecuada para algunas aplicaciones.

Cuando los tiristores T1 y T4 son apagados, la corriente de la carga debe ser mantenida y se transferirá a los diodos D2 y D3, haciendo que la tensión de salida sea -V1, y poniendo en conducción 2 y 3 antes de que T2 y T3 son encendidos. Hay que encender los tiristores T3 y T2 antes de que la corriente e la carga disminuya hasta cero

Problema

Calcular la intensidad y la forma de onda de esta para el inversor de la imagen anterior con los siguientes datos:

DATOS: V1= 600[v]; R= 15[Ω]; L= 1[mH]; F= 1.5[KHz]; T=1/F

Resolución:

La imagen de la izquierda nos muestra la una forma de onda cuadrada que es la que tendremos a la salida del inversor con un pico de 600v de tensión, sabiendo la salida de tensión de nuestro inversor monofásico podemos empezar a resolver el problema planteado.

Obtenemos la ecuación diferencial de la tensión del circuito:

$V=L*{\frac {(di(t))}{dt}}+R*i(t)$

Despejamos i(t):

$i(t)={\frac {V}{R}}*(1-e^{(}{\frac {-R}{L}}*{\frac {T}{2}}))+I_{0}*e^{(}{\frac {-R}{L*T}})$

Imponemos las condiciones finales

$i(t={\frac {T}{2}})=I_{1}=-I_{0}={\frac {V}{R}}*(1-e^{(}{\frac {-R}{L}}*{\frac {T}{2}}))+I_{0}*e^{(}{\frac {-R}{L}}*T)$

Sustituimos los valores y resolvemos, con lo que obtenemos:

$I_{0}=-40A$

Una vez hemos obtenido I_0, la I_1 es igual, pero con signo contrario

$I_{1}=40A$

Gráfica de tensión e intensidad

En la imagen de la izquierda representamos la intensidad con la forma de onda de la tensión, ademas en la parte inferior del grafico vemos el periodo de conducción de los tiristores y los diodos.

Simulación con PSPICE

Aquí comprobaremos el problema anterior del inversor monofásico, la comprobación la realizaremos con el software de simulación PSPICE, en primer lugar tendremos que realizar el circuito con sus correspondientes características en el programa, la programación de dicho circuito será la correspondiente a la imagen de la izquierda

Los resultados obtenidos son los siguientes:

Resultado de la tensión y la intensidad del inversor monofásico

Tensión en el inversor monofásico

Intensidad del inversor monofásico

Podemos observar que la forma de onda entre tensión e intensidad obtenidos en el ejercicio anterior son correctos y coiciden con lo que hemos obtenido en el software de simulación

Resultado de la tensión y la intensidad del inversor monofásico

En la imagen que tenemos a la izquierda vemos que el resultado numérico obtenido coincide con el calculado en el problema anterior, también se puede comprobar que la forma de onda entre la tensión y la intensidad de salida del inversor se aproxima mucho con la que habíamos propuesto en el problema

Simulación real

datos introducidos en semisel

Primero introducimos los datos de nuestro problema de inversor monofásico, como datos de entrada de nuestro circuito pondremos 600V de pico, y 1500Hz de frecuencia. La corriente máxima de salida pondremos 40A. Después elegiremos un dispositivo acorde a nuestras necesidades

Características de refrigeración para el dispositivo

En la pantalla que viene a continuación le decimos la refrigeración del dispositivo que vamos a utilizar, en este caso ponemos como temperatura ambiente 40 grados, y seleccionamos el modo de refrigeración natural, es decir sin ventilador. Ademas elegiremos el radiador llamado P14_120

El software nos dará las resultados obtenidos con los datos introducidos que serán los siguientes

resultados

resultados

resultados

Podemos ver que los resultados son buenos y que la instalación no está sobredimensionada