EL INVERSOR DE DC A AC DE FABRICACIÓN NACIONAL Y SUS EFECTOS SOBRE LOS ARTEFACTOS ELECTRÓNICOS INVERTER OF AC TO DC OF NATIONAL MANUFACTURING AND ITS EFFECTS ON ELECTRONIC DEVICES Porfirio Hurtado Chavez* * Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica con Mención en Sistemas de Potencia; Docente de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Puras de la Universidad Andina Néstor Cáceres Velásquez. Puno, Perú.

RESUMEN Objetivo: Estudiar el comportamiento del inversor de DC a AC en los artefactos electrónicos. Material y métodos: Los materiales usados son: Datos reales de la las señales sinusoidales. Mediante el software Simulink/ Matlab, para realizar las pruebas del modelo.La metodología empleada fue: La simulación del sistema de inversión basada en el modelo se requirió de tres pasos siguientes: 1.- El modelo matemático del sistema del inversor, mediante las ecuaciones no lineales. 2.- Modelo grafico del circuito en estudio mediante el software Simulink/ Matlab tomadas del modelo matemático. 3.- Las simulaciones realizadas para obtener los resultados de los análisis correspondientes. Resultados: La técnica de modulación PWM (Pulse Width Modulation) usada actualmente en los convertidores estáticos, no entrega ondas puras. Esto es debido a las armónicas que producen las altas frecuencias de conmutación de los semiconductores. Los, voltajes y corrientes no son los esperados. Porque existe contaminación producto de armónicas, pérdidas adicionales, rizado en la corriente y gran cantidad de ruido que puede a llegar a contaminar los sistemas de control. Esto ha llevado a muchas investigaciones en el campo de la modulación PWM y la función principal de los convertidores es mejorar la onda de voltaje alterna generada. Su funcionamiento es tal que, al aumentar el número de divisiones de la onda en el voltaje de salida, que está formado por escalones de tensión, tiene mayor resolución porque aumenta el número de escalones, acercándose a una onda sinusoidal con mayor precisión. Discusión: La calidad de la salida de un inversor por lo general se evalúa en términos del factor de harmónicas, factor de distorsión y distorsión total de harmónicas THD. Conclusiones: Primera: El diseño de un inversor, implica mucho más que la generación de pulsos, es tan importante la parte de potencia. Segunda: La disipación de potencia en los transistores de potencia hace necesario el montaje de disipadores de calor. Tercera: En un inversor monofásico tipo puente utilizando la técnica de control PWM de dos niveles. Cuarta: Debido a que en el inversor se usa un rectificador no controlado con filtro de entrada. Palabras clave: Inversor de DC - AC: inversor de DC- AC, conversión de corriente continua a corriente alterna.

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El inversor de DC a AC de fabricación nacional… SUMMARY

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Objective: To study of the behavior of the inverter of AC to DC in the electronic devices. Material and methods: The used materials are: Real data of her the sinusoidal signs. By means of the software Simulink Matlab, in order to accomplish the model. La’s proofs used methodology went: The simulation of the system of investment based in the model needed three steps following itself: 1.- the mathematical model of the system of the investor, by means of the equations nonlinear. 2.- I model of the circuit under consideration intervening the Simulink Matlab software taken of the mathematical model graphically. 3.- the realized simulations to get out the results of the correspondent analyses. Results: The technique of modulation PWM (Pulse Width Modulation) used at present in the static converters, you do not deliver pure waves. This is due to the harmonicas that produce the high frequencies of commutation of the semiconductors. The, voltages and currents are not the hopedfor. Because exists contamination product of harmonicas, additional losses, curliness in the current and great quantity of noise that might to arrive to contaminate control systems. This has taken PWM to a lot of investigations at the modulation’s field and the main show of the converters is improving the alternating wave of voltage generated. His functioning is such that, to the to gain the number divisions of the wave in the voltage of exit, that is composed of steps of stair tensile, he has bigger resolution because he increases the number of steps of stair, getting close to a sine wave with bigger precision. Discussion: An inverter’s quality of the way out in general evaluates him in terms of harmonicas’ factor, harmonicas’ factor of distortion and total distortion THD. Conclusions: First: An investor’s design, it implies much more than the generation of pulses, the part of potency is so important. Second: The dissipation of potency in the transistors of potency makes necessary out of the put-up heat radiators. Third class: In a single-phase inverter bridge rate using the technique of control bi-level PWM. Quarter: Because in the inverter a rectifier not controlled filter-tipped from the start is used Keywords: Inverter of AC - DC: Inverter of AC DC, converter of current continues to alternating current. INTRODUCCIÓN Los inversores paralelos a una fuente de energía de corriente continua y baterías de almacenamiento pueden proporcionar una fuente de energía de corriente alterna limpia e ininterrumpida para equipos de comunicaciones, sistemas de procesos de información crítica, y sistemas de control de procesos industriales, y ha sido reconocido como la solución total para los problemas de corriente (Acha, Agelidis, Anaya y Miller, 2002). Los inversores aplican una avanzada tecnología de conversión de energía y están implementados con una alta frecuencia exclusiva PWM topología de puente completo convertidor IGBT.

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Los diseños mecánicos cumplen el estándar de la industria para montaje. Para una instalación flexible y un mantenimiento conveniente, bastidor y armazón de tipo cerrado también están disponibles. Sistemas de Información.

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Sistemas de control industrial.

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Sistemas de control de Seguridad.

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Sistemas de energía solar.

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Otros sistemas críticos de AC.

Alta eficiencia: superior al 90%.

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Alta potencia, dimensiones reducidas.

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Incorpora interruptores DC y AC.

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Medidor de voltaje y corriente.

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Interface de relés de contacto para el sistema de alarma.

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Protección de sobrecarga y sobretemperatura.

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Bajo ruido audible: inferior a 55 dB.

Cumple con las normas:

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EN50081-1, EN50081-2 y EN50082-1.

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ANSI/ IEEEC62.41.

Sistemas de telecomunicaciones El objetivo del presente trabajo fue estudiar el comportamiento del inversor de DC a AC en los artefactos electrónicos.

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El inversor de DC a AC de fabricación nacional… MATERIAL Y MÉTODOS

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Se utilizaron los siguientes materiales: Datos reales de la las señales sinusoidales. Mediante el software Simulink/ Matlab, para realizar las pruebas del modelo. La metodología empleada fue: Para la simulación del sistema de inversión basada en el modelo se requirió de los siguientes tres pasos: 1.- El modelo matemático del sistema del inversor, mediante las ecuaciones no lineales. 2.- Modelo grafico del circuito en estudio mediante el software Simulink/ Matlab tomadas del modelo matemático. 3.- Las simulaciones realizadas para obtener los resultados de los análisis correspondientes. RESULTADOS La técnica de modulación PWM (Pulse-Width Modulation) usada actualmente en los convertidores estáticos, no entrega ondas puras. Esto es debido a las armónicas que producen las altas frecuencias de conmutación de los semiconductores. Los, voltajes y corrientes no son los esperados. Porque existe contaminación producto de armónicas, pérdidas adicionales, rizado en la corriente y gran cantidad de ruido que puede a llegar a contaminar los sistemas de control (Carta, Calero, Colmenar, Castro y Collado, 2013). Esto ha llevado a muchas investigaciones en el campo de la modulación PWM y la función principal de los convertidores es mejorar la onda de voltaje alterna generada. Su funcionamiento es tal que, al aumentar el número de divisiones de la onda en el voltaje de salida, que está formado por escalones de tensión, tiene mayor resolución porque aumenta el número de escalones, acercándose a una onda sinusoidal con mayor precisión. Los convertidores modernos, diseñados para generar ondas sinusoidales, pueden trabajar con las técnicas convencionales de PWM, pero además puedes ser modulado en amplitud, lo que produce salidas mucho más limpias. Este método de operación permite obtener muy buenas ondas de voltaje y corriente, eliminando la mayoría de las indeseadas armónicas. Mejor aún, cada puente del convertidor funciona a baja frecuencia de conmutación, lo cual da la posibilidad de poder trabajar con semiconductores de menor velocidad, generando menos pérdidas por conmutación y haciendo más eficiente el convertidor estático.

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A mayor cantidad de escalones o niveles en la onda de salida, menos DH (distorsión armónica), tiene la forma de onda tal como se puede observar en las figuras 1, 2 y 3.

Figura 1. Aproxima a una onda sinusoidal. (Fuente propia)

Figura 2. Forma de la onda de voltaje estabilizada. (Fuente propia)

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Figura 3. Forma de la onda de corriente estabilizada. (Fuente propia) Con esto se puede concluir, obteniendo menor distorsión armónica. Algunas características de los Inversores Multinivel son (Rashid, 2013): a)

Pueden generar voltajes de salida con muy poca distorsión.

b)

Las corrientes de entrada son de muy baja distorsión.

c)

Generan pequeños voltajes de modo común, protegiendo los motores. Más aún, utilizando sofisticados métodos de modulación, el voltaje de modo común puede ser eliminado.

d)

Pueden operar con baja frecuencia de conmutación

DISCUSIÓN La calidad de la salida de un inversor por lo general se evalúa en términos del factor de harmónicas, factor de distorsión y distorsión total de harmónicas THD. Estos términos se definen a continuación (Rashid, 2013; Rashid, 2002; Mohan, Undeland y Robbins, 2003):

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Factor armónico de la n enésima armónica (HFn), el HFn, que es una medida de la contribución individual de esa armónica, se define así:

Para n > 1 donde V01 es el valor eficaz (rms) de la componente fundamental, y Von es el valor eficaz de la n enésima componente armónica. Distorsión armónica total (THD- Distorsión Harmónica Total). La distorsión armónica total, es una medida de la coincidencia de formas entre una onda y su componente fundamental, se define como:

Factor de distorsión (DF- Factor Distorsión) Se diferencia de la anterior en que detalla a cualquiera de las armónicas que constituye la señal, por el principio de Fourier. El DF indica la cantidad de distorsión armónica que queda en determinada forma de onda después de someter a las armónicas de esa onda a una atenuación o filtrado de segundo orden, es decir, dividirlas entre n2. Se vuelve entonces una medida de la eficacia de la reducción de armónicos no deseados, y se define así:

El DF de un componente armónico individual (o la n enésima) se define como: Para n > 1 CONCLUSIONES Se concluye el proyecto que se permite verificar la teoría referida al tema tratado, por la continua experimentación que esto implica. Las conclusiones que se presentan se las ha realizado tomando en cuenta las condiciones de fabricación que tiene el equipo.

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Porfirio Hurtado Chavez Primera: El diseño de un inversor, implica mucho más que la generación de pulsos, es tan importante la parte de potencia, los circuitos auxiliares, circuitos de monitoreo y sobre todo el acoplamiento de todas estas partes, constituye un trabajo que requiere mucho cuidado ya que se trabaja con voltajes elevados que generan problemas, principalmente de ruidos, descargas estáticas, aislamientos, etc. Segunda: La disipación de potencia en los transistores de potencia hace necesario el montaje de disipadores de calor, ya que en ausencia de estos, la capacidad para soportar sobrecargas instantáneas es mínima, además el equipo consta de rejillas de ventilación que ayudan a evacuar el aire el aire caliente permitiendo un margen de disipación de calor aceptable Tercera: En un inversor monofásico tipo puente utilizando la técnica de control PWM de dos niveles, el riesgo de cortocircuito en un ramal es eminente, cuando una de las dos configuraciones Darlington de un ramal se enciende y la otra se apaga, dado al retardo de tiempo de los transistores de potencia desde que ha llegado la señal de control de apagado y esta configuración la cumpla. Cuarta: Debido a que en el inversor se usa un rectificador no controlado con filtro de entrada, el voltaje prácticamente no se distorsiona, pero la corriente de entrada es distorsionada debido a la presencia del filtro de entrada capacitivo, siendo en este caso necesario el uso de inductancias en la entrada del inversor para suavizar los picos de corriente. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.

Acha, E., Agelidis, V., Anaya, O. & Miller, T. (2002). Power Electronics Control in Electrical Systems. Oxford: Newnes Power Engineering Series.

2.

Carta, J., Calero, R., Colmenar, A., Castro, M. & Collado, E. (2013). Centrales de energías renovables: generación eléctrica con energías renovables (2ª ed.). Madrid: Pearson Educación.

3.

Mohan, N., Undeland, T. & Robbins, W. (2003). Electrónica de potencia, convertidores, aplicaciones y diseño. (Tercera edición). Mexico DF: Mc Graw Hill.

4.

Rashid, M. (2002). Electrónica de Potencia. Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Mexico DF: Prentice Hall Hispanoamericana SA.

5.

Rashid, M. (2013). Power Electronics Handbook: Devices, circuits and applications. (Third edition). Pensacola, FL: Elsevier. Fecha de recepción : 22/09/2015 Fecha de aceptación: Correspondencia: Porfirio Ulises Hurtado Chávez +951759869 [email protected]

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