Un convertidor de CA a CA de estado sólido convierte una forma de onda de CA en otra forma de onda de CA, donde el voltaje y la frecuencia de salida se pueden configurar arbitrariamente.
Categorías
Con referencia a la figura 1, los convertidores AC-AC se pueden clasificar de la siguiente manera:
- Convertidores indirectos CA-CA (o CA / CC-CA) (es decir, con rectificador, enlace CC e inversor), [2] como los que se utilizan en variadores de frecuencia
- Cicloconvertidores
- Convertidores de matriz híbrida
- Convertidores de matriz (MC)
- Controladores de voltaje CA
Convertidores de enlace de CC
Hay dos tipos de convertidores con enlace CC:
- Convertidores de inversor de fuente de tensión (VSI) (Fig. 2): En los convertidores de VSI, el rectificador consta de un puente de diodos y el enlace de CC consta de un condensador en derivación.
- Convertidores de inversor de fuente de corriente (CSI) (Fig.3): En los convertidores CSI, el rectificador consta de un puente de dispositivo de conmutación controlado por fase y el enlace de CC consta de 1 o 2 inductores en serie entre uno o ambos tramos de la conexión entre el rectificador e inversor.
Cualquier operación de frenado dinámico requerida para el motor se puede realizar mediante el chopper de frenado de CC y la derivación de resistencia conectados a través del rectificador. Alternativamente, se debe proporcionar un puente de tiristores antiparalelo en la sección del rectificador para devolver energía a la línea de CA. Sin embargo, tales rectificadores basados en tiristores controlados por fase tienen una mayor distorsión de la línea de CA y un factor de potencia más bajo a baja carga que los rectificadores basados en diodos.
Se puede realizar un convertidor CA-CA con corrientes de entrada aproximadamente sinusoidales y flujo de energía bidireccional acoplando un rectificador de modulación de ancho de pulso (PWM) y un inversor PWM al enlace de CC. La cantidad de enlace de CC se imprime entonces mediante un elemento de almacenamiento de energía que es común a ambas etapas, que es un condensador C para el enlace de CC de tensión o un inductor L para el enlace de CC de corriente. El rectificador PWM se controla de manera que se extrae una corriente de línea de CA sinusoidal, que está en fase o antifásica (para retroalimentación de energía) con el voltaje de fase de línea de CA correspondiente.
Debido al elemento de almacenamiento de enlace de CC, existe la ventaja de que ambas etapas del convertidor están desacopladas en gran medida para fines de control. Además, existe una cantidad de entrada constante e independiente de la línea de CA para la etapa del inversor PWM, lo que da como resultado una alta utilización de la capacidad de potencia del convertidor. Por otro lado, el elemento de almacenamiento de energía del enlace de CC tiene un volumen físico relativamente grande, y cuando se utilizan condensadores electrolíticos, en el caso de un enlace de CC de tensión, existe potencialmente una vida útil del sistema reducida.
Cicloconvertidores
Un cicloconvertidor construye una forma de onda de salida, frecuencia variable, aproximadamente sinusoide al cambiar segmentos de la forma de onda de entrada a la salida; no hay enlace de CC intermedio. Con elementos de conmutación como SCR , la frecuencia de salida debe ser menor que la de entrada. Los cicloconvertidores muy grandes (del orden de 10 MW) se fabrican para compresores y accionamientos de túnel de viento, o para aplicaciones de velocidad variable como hornos de cemento .
Convertidores de matriz
Para lograr una mayor densidad de potencia y confiabilidad, tiene sentido considerar los convertidores de matriz que logran una conversión CA-CA trifásica sin ningún elemento de almacenamiento de energía intermedio. Los convertidores de matriz directa convencionales (Fig. 4) realizan conversión de voltaje y corriente en una sola etapa.
Existe la opción alternativa de conversión de energía indirecta mediante el empleo del convertidor de matriz indirecto (Fig. 5) o el convertidor de matriz dispersa que fue inventado por el profesor Johann W. Kolar de la ETH de Zúrich. Al igual que con los controladores VSI y CSI basados en enlace de CC (Fig. 2 y Fig. 3), se proporcionan etapas separadas para la conversión de voltaje y corriente, pero el enlace de CC no tiene un elemento de almacenamiento intermedio. Generalmente, al emplear convertidores matriciales, el elemento de almacenamiento en el enlace de CC se elimina a costa de un mayor número de semiconductores. Los convertidores de matriz a menudo se ven como un concepto futuro para la tecnología de accionamientos de velocidad variable, pero a pesar de la investigación intensiva durante décadas, hasta ahora solo han logrado una baja penetración industrial. Sin embargo, citando la reciente disponibilidad de semiconductores de alto rendimiento y bajo costo, un fabricante de unidades más grande ha estado promoviendo activamente los convertidores matriciales en los últimos años. [11]
Ver también
Referencias
- ^ JW Kolar, T. Friedli, F. Krismer, SD Round, "La esencia de los sistemas convertidores CA / CA trifásicos", Actas de la 13ª Conferencia sobre electrónica de potencia y control de movimiento (EPE-PEMC'08), Poznan, Polonia , págs.27 - 42, 1 - 3 de septiembre de 2008.
- ^ Lee, MI (2009). Topología de convertidor de matriz de tres niveles con sujeción de punto neutro (PDF) . Universidad de Nottingham. pag. 8. Archivado desde el original (PDF) el 2014-02-01 . Consultado el 21 de abril de 2012 .
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