Cómo funcionan los inversores de fuente de voltaje (VSI) | Principio de funcionamiento de VSI

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El inversor de fuente de voltaje tiene un diseño un poco más antiguo y es más económico de implementar. Las diferentes implementaciones de VSI también se denominan inversores de seis, doce o incluso dieciocho pasos.

Cómo funcionan los inversores de fuente de voltaje

En el VSI, los interruptores se activan y desactivan periódicamente para proporcionar pulsos rectangulares de voltaje en cada etapa. La figura 1 muestra los voltajes de línea a línea del inversor, VABVantes de Cristoy VCalifornia. Los voltajes de línea se crean conectando los terminales de línea del motor al lado alto o bajo del voltaje del bus de CC.

Dado que los tres terminales del motor deben estar conectados a los dos terminales de CC, tres de los interruptores del inversor siempre estarán cerrados y, en cualquier momento, uno de los voltajes de la línea de función es cero.

La parte superior de la Figura 1 muestra el diagrama del circuito. Durante el primer intervalo de 30°, los interruptores 4, 5 y 6 están cerrados. Entonces, las terminales A (interruptor 4) y B (interruptor 6) del motor están conectadas al lado bajo del bus de CC y VAB cero. El interruptor 5 está en la mitad superior del puente y el terminal C se conecta al lado alto del bus de CC. Como C está conectado al lado alto y A al lado bajo, el voltaje de línea es VCalifornia positivo con una amplitud igual al voltaje del bus de CC. El voltaje de la tercera línea, Vantes de Cristosin embargo, es negativa porque C tiene un potencial mayor que B.

Cada 60°, un interruptor se enciende y otro se apaga, dando como resultado los voltajes de línea que se muestran en la Figura 1. Aunque los voltajes no son sinusoidales, tendrán un componente fundamental y armónicos más altos. Se puede demostrar que el valor efectivo de la fundamental está dado por

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$begin{matriz} {{V}_{1,rms}}=frac{sqrt{6}text{ }V}{pi } & {} & left( 1 right) end{matriz}$

donde V es el voltaje del bus de CC.

FIGURA 1: Fuente de tensión de línea inversora Formas de onda de tensión: (a) VAB(b) Vantes de Cristoetc) VCalifornia.

Mirando los diagramas de interruptores que se muestran en la parte superior de la Figura 1, podemos notar que cada interruptor en el puente permanece a 180°.

Por ejemplo, el interruptor número 1 se enciende 30° y permanece encendido hasta 210°, momento en el que se enciende el interruptor 4, conectando el terminal A del motor al lado bajo del bus de CC.

La figura 2 muestra los voltajes en los terminales del motor en relación con el terminal negativo del bus de CC. Durante el tiempo cambiar 1 está cerrado, el terminal A del motor está en tensión CC, v, pero cuando el interruptor 4 está cerrado, tiene un potencial cero con respecto al lado bajo del bus de CC. Los voltajes en las terminales B y C tienen un retraso del voltaje en la terminal A de 120° y 240°, respectivamente.

Tensión en los terminales del motor con respecto al lado bajo del bus de CC

FIGURA 2: Tensiones de los terminales del motor en relación con el lado bajo del bus de CC.

Los voltajes de fase del motor se muestran en la Figura 3. Para determinar qué voltaje se aplica realmente a una fase de motor conectada en estrella, considere el pequeño recuadro en la Figura 3, que muestra las conexiones al motor cuando los interruptores 5, 6 y 1 están cerrados. . Esta combinación ocurre de 30° a 90° en las formas de onda actuales. Dado que 5 y 1 están cerrados, las fases A y C están conectadas al lado alto del bus de CC. La fase B, por otro lado, se conecta al lado negativo del bus de CC a través del interruptor 6.

El centro de los resultados conectados en estrella se denomina punto S en la Figura 3. Como las fases A y C están conectadas en el mismo punto, la impedancia de estos dos devanados es es paralelo entre los puntos P y S.

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Asumiendo que bifase devanados tienen la misma impedancia, entonces la combinación en paralelo tiene la mitad de la impedancia de un solo devanado. Al resolver el divisor de voltaje formado por los devanados, un tercio del voltaje del bus de CC aparecerá en los devanados paralelos A y C, y dos tercios aparecerán en el devanado B. Sin embargo, VMAR y VCS será positivo, y Vlicenciatura será negativo. El voltaje de la fase B es negativo porque el voltaje en el punto S es mayor que el voltaje en la terminal B del motor.

Mirando las combinaciones de conmutación restantes, una fase siempre estará en serie con una combinación en paralelo de las otras dos fases, o será parte de una combinación en paralelo que está en serie con una fase. Como resultado, la caída de voltaje en una fase determinada siempre será más o menos un tercio o dos tercios del voltaje del bus de CC.

Voltajes fase-neutro del motor cuando son suministrados por VSI

FIGURA 3: Voltajes de línea a neutro del motor cuando está alimentado por VSI.

Al observar las formas de onda de voltaje de fase en la Figura 3, se puede notar que hay un cambio en la amplitud durante un ciclo de voltaje, como se muestra en el diagrama de voltaje. VMAR. Por lo tanto, el VSI a menudo se denomina inversor de seis fases. Debido a que la forma de onda es periódica, contiene un componente de voltaje fundamental así como armónicos de orden superior cuyos números de armónicos están dados por

$h=6npm 1$

dónde noa un número entero de 1 a infinito. Entonces, hay armónicos 5 y 7, 11 y 13, 17 y 19 en la forma de onda, etc.

Otros circuitos pueden ser más complejos y crear formas de onda de 12 o incluso 18 fases. El beneficio de tener más etapas es una reducción en los armónicos más bajos. Por ejemplo, una forma de onda de 12 fases tendría componentes armónicos numerados

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$h=12npm 1$

Un inversor de 12 fases tendría los armónicos numerados 11 y 13, 23 y 25, 35 y 37, etc. La desventaja, por supuesto, es que un inversor de 12 fases cuesta más que un inversor de 6 fases. inversor ya que se requerirían 12 interruptores y 2 transformadores trifásicos.

Debido a cambios repentinos de voltaje en la salida del VSI, la corriente de la línea del motor suele ser discontinua y rica en armónicos. En la Figura 4 se muestra un diagrama de flujo de motor típico para una VSI.

A baja frecuencia, los armónicos actuales crean cogging. Cogging significa que la rotación del eje del motor no es uniforme. Esto es el resultado de que los armónicos establezcan sus propios campos magnéticos giratorios en el motor. bolsillo de aire que crea par, asiste y se opone a la rotación del motor.

El nombre de la fuente de voltaje del inversor. realmente algo así como un nombre inapropiado. El inversor puede cambiar la frecuencia de las formas de onda de salida cambiando el tiempo de encendido de los interruptores. Sin embargo, la amplitud de la forma de onda de CA está determinada por el voltaje de entrada de CC. Por lo tanto, para cambiar la magnitud del voltaje de CA, se requiere una entrada de CC variable para el inversor. Esto significa que se requerirá un rectificador regulado, es decir, SCR en lugar de diodos.

gran desventaja de un rectificador controlado que el factor de potencia impulsor es una función del ángulo de disparo y puede ser muy bajo a bajas frecuencias.

Voltaje y corriente de fase del motor cuando se conecta a un VSI de seis fases

FIGURA 4: Voltaje y corriente de fase del motor cuando se conecta al VSI de seis fases.

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