1. CICLOCONVERTIDORES
TRIFÁSICOS CON
MODULACIÓN DE
ANCHO DE PULSO
(PWM)
EQUIPO 5

2. CICLOCONVERTIDOR
• ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN,
LA CORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA
UNA FUENTE DE ALTERNA A UNA CARGA DE
ALTERNA.
Frec. y amplitud
regulables
SALIDA
(1 ó 3)
RED
(1 O 3
P
(flujo bidireccional de
potencia)

3. • La principal aplicación se da en el control a baja
velocidad de grandes motores de C.A. donde se
varia la amplitud de la tensión proporcionalmente
a la frecuencia.
• Una ventaja es que reside en su funcionamiento
con bloqueo de tiristores de forma natural.

4. • La mayor parte de los cicloconvertidores son de
conmutación natural, esto es la entrada en
conducción de un tiristor debe provocar
automáticamente el bloqueo del que ha entrado
anteriormente.
• Si se está en semiciclo positivo de corriente, este
bloqueo natural exige que el voltaje que se
conecta sea mas positivo o menos negativo que el
voltaje antes conectado.

5. • Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo,
los tiristores que entran sucesivamente en
conducción son los del rectificador negativo.
• Limitaciones :
La frecuencia que pueden suministrar en la salida es
aproximadamente inferior en un tercio a la
frecuencia de entrada.

6. • Un cicloconvertidor trifásico es un arreglo de 3
cicloconvertidores monofásicos para que sus
forma de onda de salida estén desfasadas 120°.

7. MODULACIÓN POR ANCHO DE PULSO
• Controlar la magnitud y frecuencia de la señal de
salida mediante la modulación del ancho del pulso
de interruptores.
• Para ello existen varios esquemas que se encargan
de producir voltajes de C.A con formas de onda
senoidal y bajo contenido de armónicos.

8. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO
Los
dos
convertidores de CA a CD
son
rectificadores
controlados trifásicos. El
convertidor positivo opera
durante la mitad del
periodo de la frecuencia
de salida y el convertidor
negativo durante la otra
mitad.
Figura (1) Ciclo
convertidor trifásico a
monofásico

9. Este ciclo convertidor se puede extender para
suministrar una salida trifásica mediante 6 convertidores
trifásicos, tal y como se muestra en la figura.

10. FUNCIONAMIENTO SIN CORRIENTE DE
CIRCULACIÓN.
En todo momento haya un convertidor
conduciendo
y
el
otro
bloqueado,
conduciendo cada uno de ellos de forma
alternativa un semiciclo de la intensidad de la
carga. Por tanto si la corriente en la carga es
positiva funciona el rectificador P, mientras que
el rectificador N queda bloqueado, lo cual
hace que no pueda circular por sus tiristores
ninguna corriente, a este tipo de ciclo
conversor se le conoce como ciclo conversor
con impulsos de bloqueo. Un cicloconvertidor
trifásico es el arreglo de tres cicloconvertidores
monofásicos para que sus formas de onda de
salida estén desfasadas en 120.

11. MODO DE FUNCIONAMIENTO CON
CORRIENTE CIRCULANTE
En este caso los convertidores individuales conducen a
la vez y entre ellos se establece una intensidad de
circulación que es limitada por una bobina colocada a
tal efecto

12. MODELO MATEMÁTICO
• Para la ecuación del voltaje de salida rms :
1 
sen 2 
V0  Vs      


2 


1
2
• Para la corriente rms de la carga tenemos
que:
V0
I0 
• Donde

Z  R  L 
2
• Para: ω = 2πf0
2
y
1

2
 L 

 R 
  tan 1 
Z

13. • La corriente rms a través de cada convertidor esta
dada por:
I0
IP  IN 
2
• La corriente rms a través de cada tiristor es:
IP
IR 
2
• La corriente rms de entrada es
I s  I0

14. • Para el factor de potencia de entrada es:
P
V cos
1 
sen 2 
PF  0  0
 cos      

VS I S
VS
2 
 
• La potencia de salida se obtiene mediante:
P0  V0 I 0 cos 
1
2

15. EJEMPLO NUMÉRICO
El voltaje de entrada entre fases al
cicloconvertidor trifásico/monofásico es de
Vs=220v 60Hz la R=2.5KΩ, L=10mH, la
frecuencia deseada es de fo=15Hz. determine:
a) El valor del voltaje rms de salida
b) La corriente rms de la carga (salida)
c) La corriente rms a través de cada convertidor
d) La corriente rms a través de cada tiristor
e) La corriente rms de entrada
f) La potencia de salida
g) El factor de potencia de entrada

16. SOLUCIÓN:
a) El valor del voltaje rms de salida
1 
sen2  
V0  Vs      


2 


1

 2(2 )  
sen

1 
2 
 6 
V0  220Vrms    

6 
2
 





V0  197.32V
2
1
b) La corriente rms de la carga (salida) tenemos que
  2f 0  2 15 Hz   94 .247 rad seg
Donde:

Z  R  L
2
2
  2.5  (94.247rad / seg )(10mH ) 
1
2
I0 
2
V0 197.32V

 73.87 A
Z
2.671
2
1
2
 2.671
2

17. c) La corriente rms a través de cada
convertidor es:
IP  IN 
d) La corriente rms a través de cada
tiristor:
IR 
I0
 52.23 A
2
I P 52.23 A

 36.93 A
2
2
e) La corriente rms de entrada es:
I s  I 0  73 .87 A

18. f) Para calcular la potencia de salida
10 mH  
 L 
1  94 .247 rad / seg 
  tan 
  20 .65 
2.5
 R 


  tan 1 
Donde:
P0  V0 I 0 cos  197 .32V 73 .87 A cos(20 .65 )  13 .63 KW

19. DISEÑO DE UNA PRÁCTICA
FORMAS DE ONDA DE UN CICLOCONVERTIDOR TRIFÁSICO
• OBJETIVO:
• Observar las formas de onda del voltaje de salida y de
entrada de un cicloconvertidor trifásico.
• MATERIAL Y EQUIPO:
•
•
•
•
•
12 tiristores o 2 convertidores .
Una carga resistiva de 2 Ω.
Una carga inductiva de 3mH.
1 osciloscopio.
1 transformador trifásico.

20. DESARROLLO
1.
Armar
el
circuito de la
siguiente
figura:

21. DESARROLLO
2. Energice el circuito y observe el voltaje de entrada,
compárelo con el de la simulación y anote sus conclusiones.
3. Observe el voltaje de salida, compárelo con el de la
simulación y anote sus conclusiones.
4. Calcule los parámetros
teóricamente.
•
•
•
•
•
•
•
anteriores
que se calcularon
A) El valor del voltaje RMS de salida.
B) La corriente RMS de la carga (salida).
C) La corriente RMS a través de cada convertidor.
D) La corriente RMS a través de cada tiristor.
E) La corriente RMS de entada.
F) La Potencia de Salida.
G) El factor de Potencia de Entrada.

22. CÁLCULO DE PARÁMETROS
A) El valor del voltaje RMS de salida:
1 
Sen2 
Vo  Vs      

2 
 
1
2
 
2
Sen2
1 
2
4
Vo  120   

4
2
 

 

Vo  84.85V







1
2

23. CÁLCULO DE PARÁMETROS
B) La corriente RMS de la carga:
  2f 0
  2 * 20
  125.66rad / s

Z  2
Z  R 2  (L) 2
2
1/ 2
 (125.66 * 3mH )
Z  2.03
84 .85
Io 
2.03
I o  42 .43 A


2 1/ 2

24. CÁLCULO DE PARÁMETROS
C) La corriente RMS a través de cada
convertidor:
Io
Ip  In 
2
Ip  30 A
D) La corriente RMS a través de cada tiristor:
Ip 30
Ir 

 21.21A
2
2

25. CÁLCULO DE PARÁMETROS
E) La corriente RMS de entada:
Is  Io  42.434A
F) La Potencia de Salida:
 L 
  Tan  
 R 
 125.66 * 3mH 
  Tan1 

2


1
  Tan (0.1884)
  10.67
1
Po  Vo I O Cos
Po  84.85 * 42.43 * Cos(10.67)
Po  3.53793KW

26. CÁLCULO DE PARÁMETROS
G) El factor de Potencia de Entrada:
PF 
Po
V Cos
1 
Sen2 
 o
 Cos      

Vs I S
Vs
2 
 
Po
PF 
Vs I S
3537.93
PF 
(120 * 42.43
PF  .6948
1/ 2

27. SIMULACIÓN
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Programa en Spice
Van 1 0 sin (0 120V 60Hz)
Vbn 3 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 120DEG)
Vcn 2 0 sin (0 120V 60Hz 0 0 240DEG)
Vg1 6 4 pulse (0V 10V 2.778ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg2 7 4 pulse (0V 10V 8.334ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg3 8 4 pulse (0V 10V 13.889ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg4 9 1 pulse (0V 10V 11.111ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg5 10 2 pulse (0V 10V 1us 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg6 11 3 pulse (0V 10V 5.556ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg7 12 3 pulse (0V 10V 22.213ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg8 13 2 pulse (0V 10V 16.667ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg9 14 1 pulse (0V 10V 27.772ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg10 15 5 pulse (0V 10V 30.55ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg11 16 5 pulse (0V 10V 24.994ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
Vg12 17 5 pulse (0V 10V 19.438ms 1ns 1ns 2.778ms 33.333ms)
RL 4 18 2
L
18 5 3MH

28. SIMULACIÓN




























XT1 1 4 6 4 SCR
XT2 2 4 7 4 SCR
XT3 3 4 8 4 SCR
XT4 5 1 9 1 SCR
XT5 5 2 10 2 SCR
XT6 5 3 11 3 SCR
XT7 4 3 12 3 SCR
XT8 4 2 13 2 SCR
XT9 4 1 14 1 SCR
XT10 3 5 15 5 SCR
XT11 2 5 16 5 SCR
XT12 1 5 17 5 SCR
.SUBCKT SCR 1 2 3 8
SI 1 5 6 2 SMOD
RG 3 4 50
RC 2 8 0.01
VX 4 2 DC 0V
VY 5 7 DC 0V
DT 7 2 DMOD
RT 6 2 1
CT 6 2 10UF
F1 2 6 POLY (2) VX VY 0 50 11
.MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.0125 ROFF=10E+5 VON=0.5V
VOFF=0V)
.MODEL DMOD D(IS=2.2E-15 BV=1800V TT=0)
.ENDS
.TRAN 10US 100MS
.PROBE
.END

29. GRÁFICAS EN SPICE

30. BIBLIOGRAFÍA
Título del libro: Electrónica de potencia, circuitos,
dispositivos y aplicaciones.
Autor: Muhammad H. Rashid.
Edición: 3ª
Editorial: Prentice Hall
México D.F 2004
Capítulo 5, páginas 207-231