Convertidor de corriente alterna CA

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Para la conversión CA-CA, los parámetros que deben aumentarse o disminuirse son el voltaje y/o la frecuencia. Solo para voltaje, se puede usar un transformador. Pero, para el cambio de frecuencia, y para el cambio de frecuencia y tensión, será necesario utilizar convertidores electrónicos.

Convertidores unidireccionales espalda con espalda

El principal problema con los convertidores CA-CA es convertir primero la corriente alterna en corriente continua, luego la corriente continua en corriente alterna combinando un rectificador y un inversor. Luego está la cuestión de si el dispositivo debe funcionar en una dirección, todo el tiempo, o si debe funcionar en ambas direcciones. En archivo anterior, un lado siempre es entrada y el otro lado siempre es salida, y la potencia siempre se transfiere de entrada a salida. En último caso, la entrada y la salida pueden cambiar funciones, y la transferencia de energía puede ser en ambas direcciones. El primer caso es más simple y se trata en este artículo.

Figura 1 muestra un convertidor CA-CA unidireccional. La corriente alterna se convierte primero en corriente continua mediante un rectificador que puede basarse en diodos o tiristores. La corriente continua se convierte luego en corriente alterna con la frecuencia y el voltaje requeridos. El control de voltaje se puede hacer a través del rectificador si está basado en tiristores; de lo contrario, el control de voltaje y el control de frecuencia se realizan a través del inversor.

El rectificador y el inversor están acoplados entre sí por un condensador. El capacitor actúa como una fuente de voltaje. En otras palabras, no hay necesidad de una batería para almacenar la salida del rectificador. El condensador se comporta como un dispositivo de almacenamiento a corto plazo.

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alternativamente, el capacitor puede considerarse como un filtro para suavizar la salida del rectificador. La conexión entre las dos partes del sistema, que contiene el condensador, se da Conexión CC.

La entrada se puede conectar a un sistema trifásico con frecuencia fyo y el voltaje Vyo. Esta electricidad alterna se rectifica y el capacitor se mantiene a un voltaje determinado por Vyo.

Luego, el voltaje de CC en el circuito intermedio se convierte en una corriente de CA con la frecuencia requerida fde y la deseado voltaje Vde usando modulación de ancho de pulso u otra técnica. Aunque fde puede ser mayor o menor que fyoen general, V.de y Vyo que están conectados por la tensión del circuito intermedio. Por lo tanto, hay un límite para el valor máximo de Vde puede lograrse.

Figura 1 Convertidor AC-AC unidireccional basado en diodos.

Convertidor CA-CA unidireccional basado en diodos con inversor de fuente de corriente.

Figura 2 Convertidor CA-CA unidireccional basado en diodos con inversor de fuente de corriente.

Es posible utilizar un un inductor en lugar del condensador. En tal caso, el inductor se comporta como una fuente de corriente a corto plazo. Los dos términos inversor de fuente de voltaje e inversor de fuente de corriente, utilizados en la industria, se derivan del uso de una fuente de voltaje o una fuente de corriente para un inversor (es decir, si se usa un capacitor o un inductor en el enlace de CC).

Figura 2 muestra la configuración del inversor de fuente actual. Los tres condensadores de salida proporcionan un camino para las corrientes incluso cuando no hay carga. Además, incluir diodos en serie en serie con los tiristores es para protegerlos (como los diodos de rueda libre) y evitar descargas no deseadas o un voltaje más alto en el tiristor cuando está conmutando.

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Convertidores bidireccionales espalda con espalda

En muchas aplicaciones, incluidas las turbinas eólicas equipadas con máquina de inducción de rotor bobinado (igual que DFIG), se utiliza un convertidor bidireccional espalda con espalda. En comparación con el convertidor unidireccional, el control de la potencia se puede transferir de uno a otro.

Para realizar esta disposición, es necesario utilizar dispositivos móviles para ambos convertidores. Solo consideramos los inversores de fuente de voltaje en este caso, ya que este es el tipo que se usa en muchas turbinas eólicas modernas. Tal esquema de conversión se muestra en imagen 3.

en el circuito de imagen 3 si A, B y C están conectados a la red eléctrica con un voltaje y una frecuencia dados, el diodo D1 a D6 operar como un rectificador para proporcionar un voltaje de CC al cargar el capacitor de enlace de CC. Luego, al controlar los tiristores $T_{1}^{‘}$ a $T_{6}^{‘}$, se puede obtener electricidad de CA trifásica con el voltaje y la frecuencia requeridos desde el enlace de CC. Esta electricidad CA está disponible en los terminales A′, B′ y C′.

Diagrama de un convertidor back-to-back bidireccional.

imagen 3 Diagrama de un convertidor back-to-back bidireccional.

Figura 4 Convertidor back-to-back refrigerado por agua en un aerogenerador (parcial).

De manera similar, si hay electricidad CA disponible en A′, B′ y C′, esto se puede rectificar mediante el rectificador trifásico que consta de diodos $D_{1}^{‘}$ a $ D_{6}^{ ‘ } $, que proporciona el circuito intermedio, entonces se puede obtener corriente alterna trifásica en A, B y C.

Como puede verse, las acciones de conmutación y los voltajes disponibles en las terminales A, B y C y en las terminales A′, B′ y C′ (el que sea mayor) determinan la dirección en la que se puede transferir la energía. . Recuerde que la función de cada convertidor podría definirse por la ángulo de disparo de los tiristores. Por lo tanto, la operación no es automática y debe ser controlada por sincronización precisa de las señales a las puertas del tiristor (IGBT).

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Figura 4 algunos de los IGBT y condensadores de enlace de CC para una turbina de 1,5 MW. Estos IGBT están refrigerados por agua. Esta turbina está equipada con un DFIG; por lo tanto, tiene dos convertidores back-to-back con 12 IGBT.

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