Inversor multinivel - Tipos y ventajas

Inversor:

El inversor es un dispositivo eléctrico que convierte la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). El inversor se utiliza para la energía de reserva de emergencia en una casa. El inversor se utiliza en algunos sistemas de aeronaves para convertir una parte de la corriente continua de la aeronave en corriente alterna. La corriente alterna se utiliza principalmente para dispositivos eléctricos como luces, radares, radios, motores y otros dispositivos.

Inversor multinivel:

Hoy en día, muchas aplicaciones industriales han empezado a requerir una gran potencia. Sin embargo, algunos aparatos de las industrias requieren una potencia media o baja para su funcionamiento. Utilizar una fuente de alta potencia para todas las cargas industriales puede resultar beneficioso para algunos motores que requieren alta potencia, mientras que puede perjudicar a las demás cargas. Algunos accionamientos de motores de media tensión y aplicaciones de servicios públicos requieren una tensión media. El inversor multinivel se ha introducido desde 1975 como alternativa en situaciones de alta potencia y media tensión. El inversor multinivel es como un inversor y se utiliza para aplicaciones industriales como alternativa en situaciones de alta potencia y media tensión.

Circuito inversor general CC-CA

La necesidad del convertidor multinivel es dar una alta potencia de salida a partir de la fuente de media tensión. Fuentes como las baterías, los supercondensadores o el panel solar son fuentes de media tensión. El inversor multinivel consta de varios interruptores. En el inversor multinivel, los ángulos de disposición de los interruptores son muy importantes.

Tipos de inversores multinivel:

Los inversores multinivel son de tres tipos.

• Inversor multinivel con abrazadera de diodos
• Inversor multinivel con condensadores volantes
• Inversor multinivel de puente H en cascada

Inversor multinivel con abrazadera de diodos:

El concepto principal de este inversor es utilizar diodos y proporcionar los múltiples niveles de tensión a través de las diferentes fases a las baterías de condensadores que están en serie. Un diodo transfiere una cantidad limitada de tensión, reduciendo así la tensión de otros dispositivos eléctricos. La tensión máxima de salida es la mitad de la tensión continua de entrada. Es el principal inconveniente del inversor multinivel de diodos. Este problema puede resolverse aumentando los interruptores, diodos y condensadores. Debido a los problemas de equilibrio de los condensadores, se limitan a los tres niveles. Este tipo de inversores proporciona una alta eficiencia debido a la frecuencia fundamental utilizada para todos los dispositivos de conmutación y es un método sencillo de los sistemas de transferencia de energía back to back.

Ejemplo: inversor multinivel de 5 niveles con sujeción de diodos, inversor multinivel de 9 niveles con sujeción de diodos.

• El inversor multinivel de 5 niveles con abrazadera de diodos utiliza interruptores, diodos; se utiliza un único condensador, por lo que la tensión de salida es la mitad de la CC de entrada.
• El inversor multinivel de 9 niveles con sujeción de diodos utiliza interruptores, diodos; los condensadores son dos veces más que en los inversores de 5 niveles con sujeción de diodos. Por tanto, la salida es mayor que la entrada.

Aplicaciones del inversor multinivel de diodos:

• Compensación de var. estática
• Accionamientos de motores de velocidad variable
• Interconexiones de sistemas de alta tensión
• Líneas de transmisión de alta tensión de CC y CA

Inversor multinivel de condensadores volantes:

El concepto principal de este inversor es utilizar condensadores. Se trata de una conexión en serie de células de conmutación con pinzas de condensadores. Los condensadores transfieren la cantidad limitada de tensión a los dispositivos eléctricos. En este inversor, los estados de conmutación son como en el inversor con sujeción de diodos. Los diodos de sujeción no son necesarios en este tipo de inversores multinivel. La salida es la mitad de la tensión continua de entrada. Es un inconveniente del inversor multinivel de condensadores volantes. También tiene la redundancia de conmutación dentro de la fase para equilibrar los condensadores volantes. Puede controlar el flujo de potencia activa y reactiva. Pero debido a la conmutación de alta frecuencia, se producen pérdidas de conmutación.

EX: Inversor multinivel de condensadores volantes de 5 niveles, inversor multinivel de condensadores volantes de 9 niveles.

• Este inversor es el mismo que el inversor multinivel de diodos
• En este inversor sólo se utilizan interruptores y condensadores.

Aplicaciones del inversor multinivel de condensadores volantes

• Control del motor de inducción mediante el circuito DTC (Control Directo del Par)
• Generación de var. estática
• Aplicaciones de conversión AC-DC y DC-AC
• Convertidores con capacidad de distorsión armónica
• Rectificadores de corriente sinusoidal

Inversor multinivel de puente H en cascada:

El inversor multinivel de puente H en cascada utiliza condensadores e interruptores y requiere menos componentes en cada nivel. Esta topología consiste en una serie de células de conversión de potencia y la potencia se puede escalar fácilmente. La combinación de pares de condensadores e interruptores se denomina puente H y proporciona la tensión continua de entrada independiente para cada puente H. Está formado por células de puente H y cada célula puede proporcionar tres tensiones diferentes, como cero, CC positiva y CC negativa. Una de las ventajas de este tipo de inversor multinivel es que necesita menos componentes en comparación con los inversores de diodos y condensadores volantes. El precio y el peso del inversor son menores que los de los dos inversores. La conmutación suave es posible gracias a algunos de los nuevos métodos de conmutación.

Los inversores multinivel en cascada se utilizan para eliminar el voluminoso transformador necesario en el caso de los inversores polifásicos convencionales, los diodos de apriete necesarios en el caso de los inversores con apriete de diodos y los condensadores volantes necesarios en el caso de los inversores con condensadores volantes. Pero éstos requieren un gran número de tensiones aisladas para alimentar cada célula.

Ejemplo: inversor multinivel de 5 puentes H, inversor multinivel de 9 puentes H con abrazadera.

• Este inversor es también el mismo que el inversor multinivel con abrazadera de diodos.

Aplicaciones del inversor multinivel de puente H en cascada

• Accionamientos de motores
• Filtros activos
• Accionamientos de vehículos eléctricos
• Utilización de la fuente de alimentación de corriente continua
• Compensadores del factor de potencia
• Sistemas de enlace de frecuencia espalda con espalda
• Interfaz con recursos energéticos renovables.

Ventajas del inversor multinivel:

El convertidor multinivel tiene varias ventajas, a saber

1. Tensión de modo común

Los inversores multinivel producen una tensión en modo común que reduce el estrés del motor y no lo daña.

2. Corriente de entrada

Los inversores multinivel pueden consumir corriente de entrada con baja distorsión

3. Frecuencia de conmutación

El inversor multinivel puede funcionar con ambas frecuencias de conmutación fundamentales, es decir, con una frecuencia de conmutación más alta y con una frecuencia de conmutación más baja. Hay que tener en cuenta que la frecuencia de conmutación más baja implica una menor pérdida de conmutación y una mayor eficiencia.

4. Reducción de la distorsión armónica:

La técnica de eliminación selectiva de armónicos junto con la topología multinivel hace que la distorsión armónica total sea baja en la forma de onda de salida sin utilizar ningún circuito de filtrado.

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