Qué es un inversor de fuente de voltaje: circuito y cómo funciona

El término inversor en electrónica de potencia se refiere a un dispositivo llamado convertidor, que convierte la corriente continua (DC) a una frecuencia particular en corriente alterna a otra frecuencia usando electrónica de estado sólido. Hay 2 enfoques tradicionales para convertir una frecuencia de CA estática, como los enfoques de cicloconvertidor y rectificador-inversor. Un cicloconvertidor convierte directamente la corriente continua a una frecuencia particular en corriente alterna a otra frecuencia, mientras que un inversor rectificador primero convierte la corriente alterna en corriente continua y convierte la corriente continua en corriente alterna de frecuencia variable. Un inversor rectificador consta de un rectificador y un inversor. Estos inversores se pueden construir utilizando una de 2 técnicas, como conmutación externa y autoconmutación. Los inversores conmutados externamente obtienen fuentes externas de los motores o la fuente de alimentación y los inversores autoconmutados controlan el circuito mediante la función de condensador. Los inversores autoconmutados se clasifican en inversores de fuente de corriente e inversores de fuente de tensión. Este artículo proporciona una descripción general de un inversor de fuente de voltaje.

¿Qué es un inversor de fuente de voltaje?

Definición: Un inversor de fuente de voltaje o VSI es un dispositivo que convierte una forma de onda de voltaje unidireccional en una forma de onda de voltaje bidireccional, en otras palabras, es un convertidor que convierte su voltaje de la forma de CC en la forma alterna. Un inversor de fuente de voltaje ideal mantiene el voltaje constante durante todo el proceso.

Construcción

Un VSI generalmente consta de una fuente de voltaje de CC, una fuente de voltaje, un transistor para fines de conmutación y un gran capacitor de enlace de CC. Una fuente de voltaje de CC puede ser una batería, una dínamo o una celda solar, un transistor utilizado puede ser un IGBT, BJT, MOSFET, GTO. VSI se puede representar en 2 topologías, inversor monofásico e inversor trifásico, donde cada fase se puede clasificar como inversor de medio puente e inversor de puente completo.

Inversor de fuente de voltaje monofásico de medio puente

Consta de una fuente de tensión de CC, 4 transistores S1, S2, S3, S4 y 4 diodos antiparalelos D1, D2, D3, D4 para fines de conmutación y un gran condensador de enlace de CC "C", como se muestra a continuación.

Inversor trifásico de fuente de voltaje de puente completo

Consta de 6 transistores con T1, T2, T3, T4, T5, T6, 6 diodos antiparalelos como D1, D2, D3, D4, D5, D6, 3 terminales de carga, fuente de CC y un condensador grande vinculado CC, y un tiristor está conectado con un circuito de conmutación. Las tres salidas como "ABC", donde "A" está conectado a T1 y T4, "B" está conectado a T3 y T6, y "C" está conectado a T5 y T2. Estos ABC están a su vez conectados a una carga trifásica balanceada.

Una carga balanceada consta de 2 componentes principales, una fuente y una carga, donde una fuente balanceada implica que la fase y la amplitud son iguales y están desfasadas 120 grados. Según el principio KCL, la carga equilibrada implica que todas las impedancias de carga en las 3 fases son iguales en magnitud y fase. Los tiristores T1, T3, T5 suministran corriente a la carga o actúan como ruta de transferencia, mientras que los tiristores T6, T4, T2 devuelven la corriente a la fuente y actúan como ruta de retorno, como se muestra a continuación.

Operación del inversor de fuente de voltaje monofásico

Un inversor de fuente de voltaje puede operar en cualquiera de los 2 modos de conducción, es decir,

• 180 grados y
• Atmósfera de conducción de 120 grados.

Considere el escenario del modo de conducción de 180 grados en un inversor trifásico. El inversor trifásico se muestra en modo de conducción de 180 grados porque los dos interruptores S1 y S2 conducen 180 grados. Mientras que en un inversor de fuente de voltaje de puente completo, los 4 interruptores S1, S2, S3, S4 conducen 180 grados. Teniendo en cuenta el diagrama de circuito que se muestra a continuación, los interruptores T1 y T4 están conectados a una fase, desde la cual T1 y T4 conducen 180 grados cada uno, donde la duración total es 1800 + 1800 = 3600. Si ambos interruptores conducen juntos, puede causar un cortocircuito. Del siguiente gráfico

Donde el eje X es wt y el eje Y es amplitud, del gráfico podemos observar que

• T1 lleva de 0 a 1800
• Unidades T4 de 1800 a 3600
• Para una salida balanceada, la fase A y la fase B deben tener una diferencia de fase de 1200, es decir, cuando el ángulo A es 00, el ángulo B debe ser 1200 y el ángulo C debe ser -2400.
• Por tanto, la T3 empezará a circular de 1200 a 3000. Tras esta fase, la T6 empezará a circular de 3000 a 3600. La T6 también circulará de 00 a 1200
• T5 comienza a conducir después de 2400 a 3600 y también conduce de 00 a 600
• T2 lleva de 600 a 2400.
• Del gráfico anterior, podemos concluir que ambos interruptores 3SCR son conductores.

Caso 1: De 0 a 600 conducen T1, T6 y T5, de los cuales T1 y T5 llevan corriente a la carga y T6 llevan corriente fuera de la carga.

V_A =IZ……..1

V_{CAROLINA DEL NORTE} = IZ …….. 2

V_NO = – 2 IZ ……3

V_{UNA B} = 3 IZ = V_CC = Vcc ………4

IZ = V_CC / 3……5

Sustituyendo el valor de IZ en 1,2,3 obtenemos

V_A =V_CC / 3 ……..6

V_{CAROLINA DEL NORTE} =V_CC / 3 …….. 7

V_NO = – 2V_CC / 3 ….8

Caso2: De 600 a 1200, los dispositivos T1, T6, T2 conducen, de los cuales T1 lleva corriente a la carga, y T2 y T6 llevan corriente fuera de la carga.

V_A = 2 IZ ……..9

V_NO = – IZ …….. 10

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – IZ …… 11

V_{UNA B} = 3 IZ = V_CC = Vcc ………12

IZ = V_CC / 3……13

Sustituyendo el valor de IZ en 9, 10, 11 obtenemos

V_A = 2V_CC / 3 ……..14

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – V_CC / 3 …….. 15

V_NO = – V_CC / 3 ….16

Caso3: De 1200 a 1800, los dispositivos T1, T3, T2 conducen, de los cuales T1 y T3 llevan corriente a la carga, y T2 lleva corriente fuera de la carga.

V_A =IZ……..17

V_NO = IZ …….. 18

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – 2IZ ……19

V_{UNA B} = 3 IZ = V_CC = Vcc ………20

IZ = V_CC / 3……21

Sustituyendo el valor de IZ en 17, 18, 19 obtenemos

V_A =V_CC / 3 ……..22

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – 2V_CC / 3 …….. 23

V_NO =V_CC / 3 ….24

Caso 4: De 1800 a 2400, los dispositivos T4, T3, T2 son conductores, desde los cuales T3 lleva corriente a la carga y T4 y T2 llevan corriente fuera de la carga.

V_A = – IZ ……..25

V_NO = – IZ …….. 26

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – 2IZ ……27

V_{UNA B} = 3 IZ = V_CC = Vcc ………28

IZ = V_CC / 3……29

Sustituyendo el valor de IZ en 17, 18, 19 obtenemos

V_A = – V_CC / 3 ……..30

V_{CAROLINA DEL NORTE} = – V_CC / 3 …….. 31

V_NO = -2V_CC / 3 ….32.

formas de onda

Aquí están las formas de onda obtenidas de las ecuaciones anteriores.

• La forma de onda de la fase A
• Forma de onda para VB
• forma de onda VCN

Las formas de onda de los voltajes de fase de línea se dan como

• La forma de onda de VAB = VAN - VBN
• forma de onda VBC
• forma de onda VCA

Fórmulas

Voltaje fase b_no = 2 / 2π [ ₀∫^π/3 V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t) +_π/3∫^2π/3 2 V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t) +  _2π/3 ∫^π V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t) – _π∫^4π/3 V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t) – _4π/12∫^5π/3 2V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t) — _5π/3∫^2π V_dc /3 Sin w₀ t d (w₀ t)]

Resolviendo la ecuación anterior, obtenemos

b_no = 4V_CC / 3nπ [ 1 + sin nπ/6 + sin nπ/2]

V_{UNA B} = ∑_{n=6k (+/-) 1} 4V_CC /nπ Cos (nπ/6) Sin ( nw₀t + nπ/6)

V_{antes de Cristo} = ∑_n=6k(+/-)1 4V_CC /nπ Cos (nπ/6) Sin ( nw₀t – nπ/2)

V_California = ∑_n=6k(+/-)1 4V_CC /nπ Cos (nπ/6) Sin ( nw₀t – 7nπ/6)

Diferencias entre la fuente de corriente y el inversor de fuente de voltaje

Las diferencias entre la fuente de corriente y la fuente de voltaje del inversor se muestran en la siguiente tabla

Inversor de fuente de corriente	inversor de fuente de voltaje
Una fuente de corriente rígida se suministra con el inversor	Se suministra una fuente de tensión rígida con el inversor.
La alta impedancia interna de una fuente de CC	La baja impedancia interna de una fuente de CC
Falta de diodos de retroalimentación	Requiere diodos de retroalimentación
El voltaje de salida fluctúa debido al cambio de carga	El voltaje de salida varía ligeramente debido al capacitor.
Diseño simple	Construcción complicada
La protección contra cortocircuitos es posible	La protección contra cortocircuitos no es posible
Alta impedancia de salida	Baja impedancia de salida
Ejemplos: Inversor de fuente de alimentación de conmutación de condensadores e Inversor conmutado secuencialmente automático (ASCI).	Ejemplos: inversores modulados por medio puente, puente completo, onda cuadrada y ancho de pulso

Ventajas

Aquí están las ventajas del inversor de fuente de voltaje.

• ocupa menos espacio
• El voltaje de salida es independiente de la carga utilizada
• Usa una lógica simple
• Múltiples motores pueden operar con un solo inversor de fuente de voltaje
• Rango de diseño hasta 500 Hz

Desventajas

Aquí están las desventajas del inversor de fuente de voltaje.

• No estoy seguro, cuando ocurre un cortocircuito
• menos velocidad
• El factor de potencia de entrada es menor que I,e 1s.

Aplicaciones

Aquí están las aplicaciones del inversor de fuente de voltaje.

• Fuente de poder ininterrumpible
• Controladores de velocidad de CA
• filtros
• Circuitos electrónicos de cambio de frecuencia.

De este modo, un inversor es un dispositivo que convierte la corriente continua en corriente alterna. Los inversores autoconmutados se clasifican en inversores de fuente de corriente e inversores de fuente de tensión. Un inversor de fuente de voltaje es un dispositivo que convierte su voltaje de CC a CA. Se puede representar en una sola fase o en 3 fases. El siguiente artículo explica el VSI trifásico y su funcionamiento. Donde cada fase experimenta un estado de ánimo de conducción de 180 grados y 120 grados. La principal ventaja es que el voltaje de salida es independiente de la carga utilizada.