Sistemas de gestion de red.

...

4.3 Por qué escoger la combinación de estos dos convertidores?

Debido a las condiciones iniciales dadas y la aplicación del inversor que son:

Voltaje de entrada = 12VDC, voltaje de salida = 120 VAC con una potencia de 100 a 1000 W y la aplicación de este inversor puede ser usado para la fabricación de UPS o para ser usados en automóviles.

Dado lo anterior debemos de obtener como salida una onda senoidal con una frecuencia de 60 HZ y un voltaje de 120VAC.

Para la primer etapa de nuestro inversor se propone un inversor Push-Pull que es el siguiente circuito:

Este circuito consta de un circuito PWM, dos transistores de potencia ya sean Mosfet o IGBT, un transformador de alta frecuencia, un puente de diodos, una bobina la cual se debe calcular y un condensador.

Este circuito tiene la finalidad de tomar los 12VDC y convertirlos en aproximadamente 207VDC.

4.4 Por qué elevar esos 12VDC a 207VDC?

Debido a que nuestra aplicación exige una salida de 120 VAC a una frecuencia de 60 HZ lo cual nuestra onda senoidal tiene un voltaje pico a pico de 240VAC.

4.5 Por qué usar un convertidor Push-Pull?

Este convertidor es el más usado en estas aplicaciones para inversores de automóviles o para la fabricación de UPS gracias a sus dos transistores permite que el circuito funcione o realice trabajo tanto en el semiciclo positivo como en el semiciclo negativo, también gracias ala bobina que se encuentra en serie al condensador nos permite regular el voltaje a la salida usando una señal de realimentación para nuestro circuito de PWM donde este circuito realiza lo siguiente:

Activa Q1 y Desactiva Q2 semiciclo positivo, luego deja desactivado por unos milisegundos ambos transistores luego se queda desactivado Q1 y se activa Q2 y se realiza estas repeticiones según el voltaje de referencia que esté dando a la salida.

En pocas palabras se empiezan a conmutar ambos transistores pero con un espacio de mili segundos entre conmutaciones este espacio por que debido a que si ambos transistores se activan al tiempo tendríamos un corto circuito donde de inmediato se dañaría todos nuestros dispositivos electrónicos.

Otra ventaja de este convertidor es que es de gran eficiencia y su alta potencia.

Por qué no usar para esta primera etapa los siguientes convertidores:

El convertidor Flyback debido a que es de mediana potencia y debido a su topología trabaja entre 20 y 200 W nuestro ejercicio nos pide de 100 a 1000w.

Otra de sus desventajas del por qué no se usa es debido a su voltaje de rizado que es muy alto al ser muy alto el condensador que debe tener el circuito debe de ser muy grande y difícil de conseguir en el mercado, también se tiene que este circuito solo trabaja cuando el transistor se desactiva por ende su trabajo es solo cuando se desactiva el transistor cuando se activa el transistor no se realiza trabajo, a continuación se muestra circuito básico de una fuente o convertidor tipo Flyback:

El convertidor Forward de un transistor debido a su circuito electrónico cuando se satura el transistor el circuito trabaja y cuando el transistor se abre el circuito queda operando pero con la energía que esta almacenada en la bobina la cual carga el condensador que tiene en serie debido a que el transistor se corta o abre el trafo o transformador disipa esa energía para que nuestro núcleo del trafo no se sature se debe usar red snubber para disipar esta energía. Su circuito electrónico es el siguiente:

El convertidor puente H o puente completo debido a su complejidad, su mayor coste no nos serviría para nuestra primera etapa en la cual su propósito es elevar el voltaje para luego en la segunda etapa si realizar la conversión de DC-AC:

En cambio para nuestra segunda etapa si lo usaremos teniendo el siguiente circuito electrónico:

El cual debe tener dos circuitos de PWM donde se activaran los transistores dispuestos con PWM1 al tiempo para cerrar nuestro circuito y los transistores del PWM2 permanecerán desactivados luego se deja unos milisegundos desactivados todos los 4 transistores y se activan al tiempo los transistores dispuestos con PWM2 y los transistores PWM1 Permanecerán desactivados y luego vuelve a hacer estas series de conmutaciones según lo que la realimentación requiera, no se deben activar los 4 transistores al tiempo ni los dos transistores de la misma columna porque realizaríamos un corto circuito donde se dañarían nuestros dispositivos, gracias a las conmutaciones y nuestro pequeño circuito LC donde la bobina debe ser calculada para poder regular el voltaje a la salida según lo pida la carga obtendríamos la siguiente grafica a la salida de un convertidor puente completo o puente H de onda

completa usando los ejemplos de nuestro software de ingeniería MATLAB obtendríamos lo siguiente:

En cambio sí usamos un semipuente de onda completa nuestra onda senoidal tendría muchos picos que se verían así:

5. CONCLUSIONES

Se identifican las grandes ventajas de los convertidores al ser usados en alta frecuencia y su gran aplicabilidad con las fuentes conmutadas.

Se conocen ventajas y desventajas de diferentes convertidores sabiendo que este tema de las fuentes conmutadas y los convertidores es bastante amplio.

Gracias al conocimiento obtenido y a que aplique reingeniería a inversores de DC-AC obtuve un diseño muy eficiente y que suple las necesidades del problema planteado. Se puede decir que la eficiencia de un convertidor usando fuentes conmutadas (transformadores de alta frecuencia) es aproximadamente del 94%.