Inversor puente trifásico explicado

Este artículo describe la definición y el principio de funcionamiento del inversor de puente trifásico. En este artículo también se explica el modo de operación de conducción de 180 grados, la fórmula para los voltajes de fase y línea del inversor trifásico.

Un inversor de puente trifásico es un dispositivo que convierte la entrada de alimentación de CC en una salida de CA trifásica. Al igual que el inversor monofásico, extrae el suministro de CC de un batería o más comúnmente de un rectificador.

Un inversor trifásico básico es un inversor de puente de seis pasos. Utiliza un mínimo de 6 tiristores. En la terminología de inversores, un paso se define como un cambio en la activación de un tiristor al siguiente tiristor en una secuencia adecuada. Para obtener un ciclo de 360°, cada paso tiene un intervalo de 60°. Esto significa que los tiristores se activarán a un intervalo regular de 60° en una secuencia adecuada para que la tensión de salida de CA trifásica se sintetice en su salida.

Índice de contenidos

Diagrama de circuito del inversor de puente trifásico:
Principio de funcionamiento del inversor de puente trifásico:
- Modo de conducción de 180° del inversor trifásico:
Fórmula de voltaje de línea y fase:

Diagrama de circuito del inversor de puente trifásico:

La siguiente figura muestra un diagrama de circuito de potencia simple de un inversor de puente trifásico que utiliza seis tiristores y diodos.

Una observación cuidadosa del diagrama del circuito anterior revela que el circuito de alimentación de un inversor de puente trifásico es equivalente a tres inversores de medio puente dispuestos uno al lado del otro. Se supone que la carga trifásica conectada a los terminales de salida a, b y c del inversor está conectada en ESTRELLA.

En el diagrama del circuito, la numeración de los tiristores se realiza en la secuencia en que se activan para obtener los voltajes vab, vbc y vca en las terminales de salida a, b y c.

Principio de funcionamiento del inversor de puente trifásico:

Hay dos posibles patrones de activación de los tiristores. En un patrón, cada tiristor conduce 180° y en otro, cada tiristor conduce 120°. Pero en ambos patrones, las señales de activación se aplican y eliminan en un intervalo de 60° de la forma de onda del voltaje de salida. Por lo tanto, ambos modelos requieren un inversor de puente de seis pasos. Ahora, discutiremos el modelo de 180° de este inversor trifásico. El inversor en modo 120° se explicará en el siguiente artículo.

Modo de conducción de 180° del inversor trifásico:

En el modo de conducción de 180° del inversor trifásico, cada tiristor conduce 180°. El par de tiristores en cada brazo, es decir (T1, T4), (T3, T6) y (T5, T2) se encienden con un intervalo de tiempo de 180°. Significa que T1 permanece encendido durante 180° y T4 conduce durante los siguientes 180° de un ciclo. Los tiristores en el grupo superior, es decir (T1, T3 y T5) conducen a un intervalo de 120°. Implica que si T1 se dispara a wt = 0°, entonces T3 se disparará a 120° y T5 a 240°. Lo mismo es cierto para los tiristores de grupos inferiores, es decir (T4, T6 y T2).

Sobre la base del esquema de encendido mencionado anteriormente, se ha preparado una tabla que muestra el período de conducción de varios tiristores del inversor trifásico.

Puede notar en la primera fila de la tabla anterior que T1 conduce por 180° mientras que T4 conduce por los siguientes 180° y luego nuevamente T1 por 180° y así sucesivamente. En la segunda fila, T3 del grupo superior se muestra conduciendo 120° después de que T1 comienza a conducir. Después de que T3 conduzca por 180°, T6 conduzca por los siguientes 180° y nuevamente T3 por los siguientes 180° y así sucesivamente. Además, en la tercera fila, T5 del grupo superior comienza a conducir 120° después de T3 o 240° después de T1. Después de la conducción T5 durante 180°, T2 conduce durante los siguientes 180°, T5 durante los siguientes 180° y así sucesivamente. De esta forma, se identifican los patrones de disparo de los tiristores.

A partir de la tabla anterior, se pueden formular los seis pasos para el disparo de tiristores. Como puede ver en la tabla, el período de superposición de los tres SCR es de solo 60°, por eso se dice que cada paso para un inversor de puente trifásico es de 60°. Intentemos ahora definir los pasos.

Paso-I: En el paso I conducen los tiristores T1, T6 y T5.

Paso-II: Conductos T1, T2 y T6. Tenga en cuenta que T5 está apagado.

Paso-III: Ahora, habrá que apagar la T6. Por tanto, este paso formará parte de la conducción de los tiristores T1, T2 y T3.

Paso-IV: Esta vez, T1 debe apagarse y, por lo tanto, T2, T3 y T4 realizarán este paso.

Paso-V: T4, T3 y T5 conducen y T2 está apagado.

Paso-VI: T4, T6 y T5 conducen y T3 está apagado.

De los pasos anteriores, puede notar que en cada paso de 60°, solo conducen tres SCR: uno del grupo superior y dos del grupo inferior o dos del grupo superior y uno del grupo inferior.

Bueno, ahora es el momento de dibujar el diagrama de circuito equivalente para cada uno de los pasos. El circuito equivalente para los pasos I y II se muestra a continuación.

A continuación se muestra el circuito equivalente para los pasos III y IV para un inversor de puente trifásico.

Durante el Paso I, los SCR 5, 6 y 1 están conduciendo. Estos se muestran como interruptores cerrados y los SCR no conductores se muestran como interruptores abiertos. Los terminales de carga a y c están conectados al bus positivo de la fuente de CC, mientras que el terminal b está conectado al bus negativo de la fuente de CC. El voltaje de carga vab = vbc = Vs en magnitud. La magnitud del voltaje neutral se puede calcular como se muestra a continuación:

El voltaje de línea a neutro anterior se puede escribir como Vao = Vco= (Vs/3) y Vbo = -(2Vs/3).

El voltaje de línea a neutro anterior puede escribirse como Vbo = Voc= -(Vs/3) y Vao = (2Vs/3). Los voltajes de salida calculados para los pasos I y II se trazan para obtener la forma de onda del voltaje de salida del inversor de puente trifásico. La variación en los voltajes de fase para los pasos restantes se calculan de la misma manera y se grafican. La forma de onda del voltaje de salida se muestra a continuación.

De la forma de onda anterior, está claro que para cada ciclo de voltaje de salida de cada fase, se requieren seis pasos y cada paso tiene una duración de 60°.

El voltaje de línea Vab = Vao + Vbo o Vab = Vao – Vbo se obtiene invirtiendo Vbo y sumándolo a Vao. Esto se muestra en la forma de onda de salida (b). De manera similar, se trazan los voltajes de línea Vbc y Vca.

Se pueden observar los siguientes puntos de la forma de onda de salida del inversor de puente trifásico:

Los voltajes de fase tienen seis pasos por ciclo.
Los voltajes de línea tienen un pulso positivo y un pulso negativo cada uno de 120° de duración.
Los voltajes de fase y de línea están desfasados en 120°.
Los voltajes de línea representan un conjunto balanceado de voltajes alternos trifásicos. Estos voltajes son independientes de la naturaleza de la carga que puede consistir en cualquier combinación de resistencia, inductancia o/y capacitancia o la carga puede ser balanceada o desbalanceada, lineal o no lineal.

El propósito de los diodos D1 a D6 es permitir el flujo de corriente a través de ellos cuando la carga es de naturaleza inductiva.