Presenta: Ing. Luis Antonio Mier Quiroga

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TOLUCA
ANÁLISIS Y DESARROLLO DE INVERSORES BASADOS EN
CONVERTIDORES CD-CD

• Presenta Ing. Luis Antonio Mier Quiroga
• Asesor M. en C. Javier Conde Enríquez

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Introducción

• La demanda mundial de energía eléctrica se
  incrementa considerablemente día a día, la cual
  es proporcionada principalmente por restos
  fósiles y plantas de energía eléctrica nuclear.
• Un pequeño porcentaje de la energía generada
  proviene de plantas con tecnología de energía
  renovable como son plantas basadas en el
  aprovechamiento de la biomasa, plantas eólicas,
  termoeléctricas solares, eléctricas solares, etc.

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• Debido al acelerado avance tecnológico, han
  disminuido los costos de inversión para poder
  generar energía eléctrica mediante fuentes
  alternas lo cual ha generado interés por el
  desarrollo tecnológico de fuentes de energía
  renovables o alternas.

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• Sea cual sea la fuente de energía es necesario
  una etapa de almacenamiento de dicha energía.

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• Inversor circuito encargado de llevar cabo la
  transformación de voltaje de corriente directa en
  voltaje de corriente alterna.
• Topologías multinivel
• resonantes
• configuración puente

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• La tensión alterna debe cumplir con las
  características requeridas, frecuencia, magnitud
  de voltaje, distorsión armónica etc. además debe
  de mantenerse constante
• En un inversor, el lazo de retroalimentación
  genera que el voltaje de salida siga un voltaje
  senoidal de referencia.
• Para el diseño de este tipo de sistemas es
  necesario un modelo dinámico que nos refleje el
  comportamiento del convertidor conmutado para así
  realizar el diseño de la etapa de control.

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INVERSORES BASADOS EN CONVERTIDORES
BIDIRECCIONALES

• Los inversores monofásicos basados en los
  convertidores buck, boost y buck-boost tienen el
  mismo principio de funcionamiento, que consiste
  en conectar la carga de forma diferencial entre
  la salida de dos convertidores iguales, pero
  trabajando con ciclos de trabajo complementarios.

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(No Transcript)
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INVERSOR BUCK
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INVERSOR BOOST
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INVERSOR BUCK-BOOST
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ANÁLISIS PROMEDIO ESPACIO-ESTADO

• Es una forma de describir las ecuaciones
  diferenciales que muestran el comportamiento de
  un sistema.
• Las variables de estado físicas de un sistema son
  usualmente el almacenamiento de energía, como la
  corriente independiente del inductor y el voltaje
  independiente del capacitor para el caso de un
  convertidor.

vector de estado x(t) las corrientes de
inductores, voltajes de capacitores, etc.
K matriz que contiene los valores de
capacitancia, inductancia, etc.
A, B,C y E contienen constantes de
proporcionalidad
vector de entrada u(t) las entradas
independientes al sistema, como el voltaje de
alimentación de entrada.
y(t), es el vector de salida
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• Durante el primer subintervalo, el convertidor se
  reduce a un circuito lineal que pude ser descrito
  por las siguientes ecuaciones de estado
• Durante el segundo subintervalo, el convertidor
  se reduce a un circuito lineal con las siguientes
  ecuaciones de estado

A D A1 D' A2 B D B1 D' B2 C D C1 D'
C2 E D E1 D' E2
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FUNCIONES DE TRANSFERENCIA OBTENIDAS

• BUCK

• BOOST

• BUCK-BOOST

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RESULTADOSINVERSOR BUCK
(c) Fig. 5.1 Respuestas del inversor buck, (a)
Ante una entrada escalón, (b) Ante una entrada
rampa (c) ante una entrada senoidal
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA
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RESULTADOSINVERSOR BOOST
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA
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RESULTADOSINVERSOR BUCK-BOOST
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA RESISTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSCARGA INDUCTIVA
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RESULTADOS PRÁCTICOSTV DE CARGA
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CONCLUSIONES

• Fue posible con un solo circuito elevar el
  voltaje de tensión directa de entrada y a la vez
  producir un voltaje de forma senoidal con una
  distorsión armónica adecuada para diversas cargas
  domésticas.
• Para los inversores estudiados, la distorsión
  armónica total del voltaje de salida resultó casi
  ideal para el caso de cargas resistivas, pero se
  vio afectada e incrementó debido cargas no
  lineales, ya que tienden a introducir aun más
  distorsión al voltaje. Sin embargo se concluye
  que los inversores con este tipo de topologías
  tienen un buen funcionamiento y que pueden ser
  fácilmente usados en sistemas alternos de energía
  o fuentes de energía ininterrumpibles.
• La distorsión armónica es un aspecto muy
  importante que marcará la calidad de energía de
  un sistema eléctrico y electrónico, por lo que en
  cualquier inversor será una variable en la cual
  se debe tener una atención especial,
• El análisis promedio espacio-estado es una
  herramienta muy útil para determinar el
  comportamiento dinámico de un convertidor
  c.d.-c.d
• .
• Las funciones de transferencia de los inversores
  buck, boost y buck-boost, ayudarán a determinar
  el tipo de control, así como la sintonización del
  mismo para modificar y lograr el comportamiento
  deseado de los inversores.

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CONCLUSIONES

• El inversor buck es el indicado en sistemas donde
  se requiere potencia considerable en la carga,
  tomando en cuenta que se debe tener un voltaje de
  entrada de magnitud considerable, por lo que
  puede formar parte de sistemas alternos de
  generación de energía eléctrica.
• El inversor boost es el adecuado en sistemas de
  energía ininterrumpibles de baja potencia y por
  lo tanto económicos, ya que debido a su
  característica elevadora se disminuye la magnitud
  de la corriente de la cual se puede disponer para
  la carga, es decir, al almacenar energía en una
  batería, por ejemplo de 12V o 24V, es posible,
  mediante dicho inversor, obtener voltaje alterno
  con características adecuadas para cargas
  domésticas de baja consumo de potencia.
• El inversor buck-boost puede ser sustituido
  fácilmente por el inversor boost en cualquier
  aplicación, ya que con ambos se puede elevar y
  generar el mismo tipo de voltaje alterno, con la
  diferencia de que el sistema de control de
  disparo de los interruptores del inversor
  buck-boost es un tanto mas grande y complicado
  debido al aislamiento de etapas requerido.