Proyecto - Modulación SPWM para Inversores Multinivel Trifásicos
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Electrónica de Potencia –543 248 Junio 2011 1 Los inversores multinivel han atraído recientemente el interés en el campo de la electrónica de potencia por su innovación, ya que poseen propiedades que son adecuadas para la co mpensación de var. La estructura única de fuente de tensión de los inversores multinivel les permite operar con altas potencias y en el rango de MT (media tensión) con baja distorsión armónica y con un número relativamente menor de i nterruptores, dependiendo de la aplicación. Términos de Í nd i ce —Inversor, Multinivel, IPD, Topología. I.I NTRODUCCIÓNUMEROSASaplicaciones industriales han comenzado a requerir aparatos que manejen un volumen mayor de potencia en los recientes años. Algunos drives de motores de MT (media tensión) y aplicaciones utilitarias requieren de voltajes medios y potencias del orden de los megawatts. Para una red de MT, es problemático conectar un switch de potencia directamente a esta. Por esto, los convertidores multinivel han sido introducidos como una alternativa para aplicaciones en los rangos de MT y AT. Un convertidor multinivel no solo puede manipular una fuente de potencia elevada, sino que también permite manipular fuentes de energía renovable, tales como la solar, eólica y celdas de combustible. Estas pueden ser fácilmente interconectadas hacia un sistema convertidor multinivel para aplicaciones de alta potencia. El concepto de inversores multinivel fue introducido en el año 1975. El término multinivel comienza con el convertidor de tres niveles. Subsecuentemente, variedades de topologías para convertidores multinivel han sido desarrolladas. Sin embargo, el concepto elemental de un convertidor multinivel para alcanzar grandes niveles de potencia es utilizar una serie de switch de potencia en conjunto con una gran cantidad de fuentes de baja tensión dc para así llevar a cabo la conversión de potencia a través de la sintetización de una señal de voltaje con forma escalonada. Condensadores, baterías y fuentes de voltaje de energía renovable pueden ser empleados como las múltiples fuentes de energía mencionadas. A esto se agrega que las tensiones nominales de los semiconductores de potencia dependen solamente de los niveles de voltaje de las fuentes a la cuales estos se encuentran conectados. Un convertidor multinivel tiene una gran cantidad de ventajas por sobre un convertidor de dos niveles que utiliza altas frecuencias de conmutación por modulación de ancho de pulso (PWM). Las características atractivas de un convertidor multinivel pueden ser descritas brevemente como sigue: Calidad de forma de onda de salida: El Convertidor multinivel no solo puede generar voltajes de salida con baja distorsión, si no también reduce las variaciones de la señal ( ⁄ ), y por lo tanto los problemas de compatibilidad electromagnética (EMC) pueden ser reducidos también. V olta j e d e m od o co mún ( C M) : Los convertidores multinivel producen un bajo voltaje de modo común, por lo tanto, el estrés en los rodamientos de un motor conectado a un drive multinivel puede ser reducido. Es más, los voltajes de modo común, pueden ser eliminados completamente al usar estrategias de modulación avanzada. Corr i ent e de e ntr ad a:Los convertidores multinivel pueden crear corrientes de entrada con muy baja distorsión. F r ecuencia de C onm uta ci ón: Los convertidores multinivel pueden operar a la frecuencia fundamental de conmutación y a altas frecuencias de conmutación PWM. Se debe destacar que operar a bajas frecuencias de conmutación usualmente significa menores pérdidas en los switches y mayor eficiencia. Desafortunadamente, los convertidores multinivel también poseen desventajas. Una desventaja particular es la necesidad de un gran número de semiconductores de potencia. Aunque switches de baja tensión también pueden ser utilizados en el convertidor multinivel, cada dispositivo requiere de un respectivo circuito drive. Esto puede provocar que la totalidad del sistema se torne más cara y compleja. Una gran variedad de topologías para los convertidores multinivel han sido propuestas a lo largo de las últimas dos décadas. Investigaciones contemporáneas se han comprometido con ciertas topologías del convertidor y esquemas de modulación únicos. Es más, existen tres diferentes estructuras que han sido reportadas en la literatura: El convertidor en cascada con puentes H y fuentes dc separadas (Cascaded H-bridges), el convertidor con diodo fijador (Diode-Campled Multilevel Inverter), y el convertidor Estudio de Topologías y Técnica de Modulación SPWM para Inve rsores Multinivel Trifásicos Roberto A. Morales M., Omar. A. Sandoval H., Rodrigo I. Arrau A., D.I.E., Inge niería Ci vil Ele ctrónica, Universidad de Conce pción N
