Funcionamiento de Convertidores de Potencia, Inversores y Variadores de Frecuencia

Modos de Operación y Convertidores DC-DC

El otro modo es el discontinuo; en este, el inductor se descarga completamente antes de volver a iniciar un nuevo ciclo.

Después tenemos otros dos modos definidos por el estado del interruptor (encendido o apagado). Cuando el interruptor se encuentre encendido (ON), tendremos las siguientes tensiones, considerando que V_L es la tensión de la inductancia, V_d la tensión de entrada y V_o la tensión de salida:

En el caso de que se encuentre el interruptor cerrado, V_d desaparecerá de las fórmulas que utilizamos anteriormente, ya que la tensión pasará por el diodo.

Tipos de Convertidores

• Convertidor Boost: Este es el caso contrario al Buck; es decir, este eleva la tensión. Su funcionamiento es igual al anterior, con la única diferencia de que sus ecuaciones cambian dependiendo de la configuración de los componentes en los circuitos.
• Convertidor Buck-Boost: Este convertidor es muy parecido a los otros dos, pero puede realizar ambas funciones (reducción y elevación) utilizando la inductancia y el condensador de manera diferente según se le esté polarizando en On o en Off. Su característica principal es que la polaridad de salida es inversa a la de la entrada.

Inversores de Corriente

Los inversores son circuitos que tienen como objetivo suministrar tensión alterna, variando su magnitud y frecuencia a partir de corriente continua. Esto se realiza mediante una serie de interruptores que varían la carga en tensiones positivas, negativas o cero. Según el tiempo que el inversor permanezca en los estados que controlemos, regularemos su magnitud y su frecuencia sobre la carga.

Estructuras de Inversores

Tenemos, por un lado, dos tipos de estructuras: medio puente y puente completo. Para entenderlo:

• En el medio puente, se varía la tensión, pero no de manera completa; es decir, no llega a alcanzar la totalidad de la tensión de entrada.
• En el puente completo, este sí llega a V_dc mediante su configuración de cuatro interruptores.

Estos son los dos tipos de inversores básicos. Ahora veremos sus tipos de conexiones según sean monofásicas o trifásicas. Las anteriormente vistas son en modo monofásico (una sola fase), pero en trifásica tenemos tres fases y sus conexiones serían las siguientes:

• Conexión Trifásica: Lo que se pretende conseguir es que la línea trifásica simule ser senoidal con el cambio de sus fases. Todas operan con un desfase de 120° y tienen sus ciclos de tiempo iguales, haciendo que cuando una fase entra, otra sale, manteniendo siempre dos fases activas.

Rectificadores

Un rectificador es un elemento que, al contrario del inversor, convierte una señal en alterna a una señal en continua. Existen tres tipos (P, Pd y S), pero aquí nos centraremos en los dos primeros. Sus conexiones pueden ser monofásicas o trifásicas, y se pueden usar varios rectificadores para mejorar la calidad de la onda.

Variadores de Frecuencia

Los variadores de frecuencia se utilizan para ajustar la velocidad de los motores y así poder reducir su consumo o aumentar su flexibilidad. Un variador de frecuencia está compuesto principalmente de dos componentes: un rectificador y un inversor.

• Es decir, los variadores de frecuencia deben su funcionamiento al cambio de frecuencia y tensión de manera ordenada para que siempre se mantenga la relación entre ambos.
• El funcionamiento del motor asíncrono alimentado por convertidores de frecuencia se basa en lo siguiente: para aprovechar al máximo el motor, hay que controlarlo de modo que el flujo magnético se aproxime lo más posible al nominal para el cual ha sido diseñado.
• Cuando esto se regula, el sistema presenta una serie de curvas denominadas par/velocidad.
• Las curvas de par/velocidad se visualizan de la siguiente manera: