CICLO CONVERTIDORES 1.-INTRODUCCIÓN. En muchas aplicaciones se necesita disponer de potencia eléctrica de frecuencia, fija o variable, pero distinta característica que la suministrada por el generador que se dispone. Por tanto deberemos colocar un dispositivo entre la red eléctrica y la carga de forma que se transforme la energía eléctrica cambiando su frecuencia según sea necesario. A los convertidores directos de corriente alterna en corriente alterna de distinta frecuencia se les conoce como cicloconvertidores. Estos sistemas serán capaces de proporcionar una corriente alterna mono o polifásica de amplitud y frecuencia regulables, a partir de un generador de ca. La misma función que realiza el cicloconversor, puede ser realizada rea lizada mediante la conexión en cascada de un rectificador, controlado o no, y un inversor autónomo, pero al ser la potencia transformada por dos conversores, el rendimiento en casos de potencias elevadas será menor. En este tipo de configuración se utiliza un estado intermedio, de unión entre el rectificador y el inversor. Dicho elemento de unión, conocido como “dc link o dc bus” consiste en un condensador o un inductor para almacenar la diferencia instantánea entre la potencia de entrada y la de salida. A este conversor ac-ac con dc- link, se le conoce como “dc link converter ”.”. La principal aplicación de los cicloconvertidores se da en el control a baja velocidad de grandes motores de c.a., donde es preciso variar la amplitud de la tensión proporcionalmente a la frecuencia. Una ventaja importante de los cicloconversores, reside res ide en su funcionamiento con bloqueo de sus tiristores de forma natural y su carácter reversible, haciendo posible que con cargas regenerativas puedan absorber potencia de la carga y entregarla a la entrada. Su funcionamiento con conmutación natural implica que la entrada en conducción de un tiristor debe provocar automáticamente el bloqueo del que ha entrado en conducción anteriormente. Si se está en el semiciclo positivo de corriente, este bloqueo natural exige que el voltaje que se conecta sea, en el momento de la conexión, más positivo o menos negativo que el voltaje antes conectado. Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo, los tiristores que entran sucesivamente en conducción son los del rectificador negativo. 2.- DEFINICIÓN:
Los cicloconvertidores son circuitos diseñados para llevar a cabo la conversión AC-AC, AC – CD y CD – AC, lo que eleva el rendimiento y reduce la cantidad de componentes necesarios. La aplicación típica de este circuito es en el control de velocidad de motores síncronos y de inducción por medio de variación de la frecuencia. En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques de un cicloconvertidor.
Algunos usos de cicloconvertidores son:
Impulsiones de molinos del cemento Control de motores de inducción propulsión de vehículos Calentamiento por alta frecuencia Molinos que para triturar minerales Excavadoras de minas
3. DEPENDIENDO DEL TIPO DE ALIMENTACIÓN SE TIENEN DIFERENTES TIPOS DE CICLOCONVERTIDORES: 3.1.-MONOFÁSICO – MONOFÁSICO
El circuito consiste de dos rectificadores conectados a la misma fuente de alimentación monofásica. En el primer semiciclo se disparan los tiristores del puente llamado convertidor +funcionando por una cierta cantidad de ciclos de la señal de entrada. En el segundo semiciclo funciona el convertidor – durante la misma cantidad de ciclos que el convertidor +. Así la carga recibe una tensión alterna compuesta por semiciclos de la tensión de entrada con una frecuencia que es un submúltiplo de la original. Ver la figura 2. Cabe destacar que el ángulo de disparo puede variarse para ajustar el valor RMS de la tensión de salida.
La forma de onda de la tensión de salida se muestra en la figura 3 para diferentes ángulos de disparo.
Cicloconvertidor monofásico. a) Circuito de convertidor dual. b) Formas de onda del cicloconvertidor monofásico. 3.2. SECUENCIA DE DISPARO.
Durante el primer medio periodo de la frecuencia de salida, To/2, opera el convertidor P como un rectificador controlado normal con un ángulo de retardo αp= α, esto es, disparando T1 y T2 en α y disparando T3 y T4 en π + α.
Durante el segundo medio periodo To/2 opera el convertidor N como rectificador controlado normal, con un ángulo de retardoαN= π - α; esto es, disparando T1' y T2' en π - α y disparandoT3' y T4' en 2π - α.
3.3.- CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO - MONOFÁSICO
El principio de operación es el mismo que el anterior solo que los convertidores + y pueden ser del tipo rectificador de media onda o de onda completa.
Fig. 4 cicloconvertidor monofásico (A) media onda (B) onda completa
La forma de onda para un cicloconvertidor de onda completa se muestra a continuación. Nótese que la frecuencia de salida es un quinto de la entrada. Ver figura 5.
Fig. 5 tensión de salida monofásica con un ángulo de disparo α
3.4.- TRIFÁSICO - TRIFÁSICO
Generalmente son utilizados en el control de velocidad de motores de inducción trifásicos y se hace necesario el empleo de sistemas microprogramados para el control de disparo por puerta debido a la gran cantidad de tiristores que componen el circuito. Existen cicloconvertidores de media y onda completa para generar tensión trifásica de frecuencia ajustable. En la figura 6 se muestra un convertidor AC-AC de media onda y en la 7 uno de onda completa.
Fig. 6 cicloconvertidor trifásico de media onda
Fig. 7 cicloconvertidor trifásico de onda completa 3.4.1-CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO TRES PULSO.
La figura 7.5a muestra un diagrama esquemático de una de tres fases de media onda (tres pulsos) cicloconvertidor una alimentación monofásica carga, y la figura. 7.5b muestra la configuración de una de tres fases de media onda (tres pulsos) cicloconvertidor alimentación trifásico carga. El proceso básico de una cicloconversion tres fases se ilustra en la figura. 7.5c a 15 Hz, 0,6 factor de potencia retrasado carga de una fuente de 50 Hz. A medida que el ángulo de disparo de un ciclo es de cero en el ''A' 'a 180? En medio ciclo de la frecuencia de salida es producida (el circuito de sincronización debe ser proyectados de modo que introducir esta oscilación del ángulo de disparo). Para esta carga, Se observa que a pesar de la tensión de salida significa invierte en X, la corriente sinusoidal de salida media (se supone) sigue siendo positiva hasta Y. Durante XY, la A SCR, B y C en él están invirtiendo''.''Un período similar existe al final del hemiciclo negativo de la tensión de salida cuando D, E, y F SCR en la N-convertidor están
invirtiendo''. ''Por lo tanto la operación del convertidor sigue en el orden de''' 'rectificación y ''Inversión'' de una manera cíclica, con la duración relativa ya que dependen del factor de potencia de carga. La salida es que la frecuencia de la oscilación de un ángulo de disparo punto de reposo de 90 grados (Condición en que la salida media tensión, a cargo de Vm cos( α), es igual a cero). Para la obtención del medio ciclo positivo de la tensión, disparando un ángulo se varía de 90° a 0 y luego a 90°, y para el medio ciclo negativo, de 90 a 180° y de nuevo a 90°?. Variación de una dentro de los límites de 180° proporciona automáticamente por ''naturales'' conmutación de línea de los SCR. Se muestra que un ciclo completo de baja frecuencia tensión de salida es fabricada a partir de los segmentos de la trifásica entrada de tensión mediante el uso de los convertidores controlados de fase. La familia de P o el convertidor de la N-SCR recibir pulsos que son el tiempo de cocción de tal manera que cada convertidor ofrece la misma media de salida tensión. Esto se logra, como en el caso de los monofásicos cicloconvertidor o el convertidor dual, manteniendo el fuego limitaciones ángulo de los dos grupos como 180° an. Sin embargo, los voltajes instantáneos de dos convertidores son no idéntica, y el resultado puede no ser gran corriente circulante limitada por un reactor de intergrupales como se muestra (que circula corriente cicloconvertidor) o completamente suprimida mediante la eliminación de la puerta pulsos del convertidor no conductor de un intergrupo borrado lógico (cicloconvertidor circulación de corriente libre). 3.4.2- CICLO COVERTIDOR DE 6 PULSOS
5.- ARMÓNICAS GENERADAS POR CICLOCONVERSORES
Los cicloconversores son convertidores con control de fase (ángulo de disparo variable) que generan una tensión alterna de amplitud y frecuencia variables. Son empleados en el rango de alta potencia (varios Megawatt) para variar la velocidad de motores sincrónicos y de inducción. La figura 3.30 muestra el circuito de potencia de un cicloconversor de 12 pulsos alimentando a un motor sincrónico. Este accionamiento en particular es empleado en un molino SAG de velocidad variable.
5.-PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
Recordando los rectificadores controlados, obtuvimos que un rectificador con tiristores, de índice de pulsaciónp, suministraba una tensión rectificada u’d formada por p fragmentos idénticos de senoide, por cada período de la tensión de alimentación. El valor medio U’d se expresaba como : U 'd = Udo cos(α) . Si se varía el ángulo de conducción α desde cero hasta π -β, donde β es el ángulo de seguridad, la tensión U’d varía entre Udo y un valor próximo a -Udo. Sin embargo la corriente es
unidireccional.
Para poder conseguir una circulación bidireccional de la corriente, se dispondrán dos rectificadores en antiparalelo, tal como se muestra en la figura anterior. Con esta configuración, para que la tensión V’ en bornes de la car ga tenga el mismo valor medio, sea
cual sea el rectificador que la alimenta, se deberá exigir que los dos á ngulos de control α1 y α2 sean complementarios, verificando: 6.-ESQUEMA DE CONTROL CICLOCONVERTDOR
Varios sistemas de control posible (analógicas, así como digital) para señales de activación que se derivan del control de las cicloconvertidor básicos se han desarrollado a lo largo de los años. De las combinaciones posibles de la señal de varios, se ha mostrado [12] que una señal de referencia sinusoidal, a la frecuencia de salida deseada y para un coseno señal moduladora cos Φ entrada de frecuencia es la mejor combinación posible de comparación para derivar las señales de activación de los SCR (Fig. 7,11), que produce la onda de salida con la más baja distorsión armónica total. La modulación de voltajes se pueden obtener como las tensiones cambió de fase (fase B SCR para la fase A, el voltaje de C-fase para SCR fase B, y así on) como se explica en la figura. 16,27, donde en el punto de intersección de
La tensión de salida cicloconvertidor para funcionamiento continuo operación
lo que demuestra que la amplitud, frecuencia y fase de la tensión de salida puede ser controlado por el control de la correspondencia parámetros de la tensión de referencia, con lo que la característica de transferencia de la cicloconvertidor lineal. La derivación de la tensión de dos formas de onda de cortesía para él o N-grupo convertidor de espacios en blanco de esta manera se ilustra en la figura. 7,13. El resultado final de forma de onda es cicloconvertidor compuesto por segmentos alternativos de ciclo medio de la complementariedad P-convertidor de tensión y N-convertidor de formas de onda de salida que coinciden con las corriente positiva y negativa, respectivamente.
