2. Generadores de Perturbaciones de Tensión
2.4 Generador de perturbaciones de tensión basado en convertidor conmutado o
Un generador de perturbaciones de tensión puede construirse también usando circuitos de amplificación lineal. En este tipo de generador las amplitudes y frecuencias de modulación pueden ser asignadas arbitrariamente por un control con una alta precisión. Algunas aplicaciones posibles son: [36]
La evaluación de los efectos de las fluctuaciones de tensión sobre lámparas incandescentes, fluorescentes y fluorescentes compactas (LFC), en cuyo caso el generador de perturbaciones es llamando generador de flicker.
La implementación de generadores de Sag/Swell, para equipos electrónicos de baja potencia, dado que una limitante importante del uso de amplificadores lineales es la potencia.
Un ejemplo de este tipo de generador es el presentado en la Figura 2-14, donde la estructura del generador de tensión de flicker se compone de un sistema de control y una etapa de potencia. El control está basado en el uso de microcontroladores, microprocesador o DSP, y la etapa de potencia está basada en el uso de un amplificador de potencia lineal comercial el cual se utiliza para sintetizar la tensión de flicker . La señal de flicker se genera primero el control en forma digital y luego de convierte a una señal analógica que se calcula en tiempo real. Luego, la señal generada de flicker se envía a un módulo lineal amplificador de potencia.
El módulo amplificador de potencia está formado por dos amplificadores de potencia en operación diferencial para aumentar los niveles de tensión y de potencia. Finalmente, la tensión de flicker amplificada se envía a un transformador elevador (44/110), esta relación de transformación puede variarse para el desarrollo de otros tipos de generadores de perturbaciones, tenido así un amplio margen del nivel de tensión [36].
La potencia nominal de este generador de tensión de flicker es de 200 vatios, que es adecuada para las pruebas de iluminación de lámpara de uso doméstico. Es importante notar que este generador con algunas modificaciones en el transformador y en la
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programación del controlador, puede producir hundimientos de tensión y elevaciones de tensión. Pero el uso de amplificadores de potencia lineales limitara la potencia máxima a solo algunos cientos de Vatios, lo que permitiría solo la prueba de equipamiento electrónico sensible de baja potencia [36].
Figura 2-14: Ejemplo: Generador de perturbaciones de tensión tipo flicker, basado en
Amplificador lineal [36].
Adicionalmente, se debe tener en cuenta la alta ineficiencia de este tipo de amplificadores, lo que produce una alta disipación de potencia en el generador y mayores pérdidas que con otras topologías. Así mismo los amplificadores de potencia resultan sensibles a transitorios, sobrecorrientes y sobretensiones producidas por fallos en la carga, por lo cual deben diseñarse protecciones apropiadas elevando el costo del generador.
Para la construcción de un generador de perturbaciones trifásico basado en amplificadores de potencia lineales, se debe utilizar un sistema de control con la capacidad de generar tres señales análogas una por cada fase. Las cuales estarán desfasadas 120º eléctricos entre sí para producir perturbaciones en sistemas trifásicos balanceados y otros ángulos si se quiere simular sistemas desbalanceados, o perturbaciones asimétricas, según el estándar aplicado. En cuanto a la etapa de potencia se necesitan tres amplificadores potencia, conformado cada uno con un par de amplificadores de potencia lineales en configuración diferencial. Teniendo en cuenta las limitaciones de operación y eficiencia de los amplificadores lineales, se pueden construir generadores de perturbaciones de hasta 100 vatios por fase [37].
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Una solución diferente para construir un generador de perturbaciones de tensión es la basada en el uso de convertidores de potencia conmutados, típicamente un convertidor back-to- back conectado entre la red y la carga o equipo en prueba (EUT). Esta configuración básica se representa en la Figura 2-15, mediante el control de la tensión de salida del convertidor del lado de la carga todo tipo de perturbaciones de tensión de red se pueden emular. En este tipo de topologías el hardware es caro, el algoritmo de control es complicado, y el generador tiene menos fiabilidad debido a la insuficiente capacidad de soportar sobretensiones y sobrecorrientes, en comparación con las otras soluciones para generador de perturbaciones de tensión [28] [29].
Figura 2-15: Ejemplo: Generador de perturbaciones de tensión, basado en convertidor
de conmutado de potencia, configuración Back-to-Back. [28] [29]
En la Figura 2-16 se presenta el esquema de un generador de perturbaciones de tensión basado en un Inversor trifásico AC conmutado de tres fases y neutro. El generador debe tener un sistema de control que puede ser un PC, DSP, microcontrolador, etc., encargado de la activación y sincronismo de los interruptores de la etapa de potencia. El generador debe tener un software que permita al usuario la programación de la forma de onda de la perturbación de tensión, mediante la selección de la magnitud, duración, fase, y el tipo de perturbación de tensión. Por lo tanto este software es también la interfaz gráfica de usuario (GUI). El generador tiene una etapa de potencia constituida por un puente completo trifásico de transistores y una rama adicional para manejo de corrientes de neutro, este esquema permite manejar la corriente de neutro producida por desbalances, perturbaciones asimétricas, y cargas no lineales. La salida de cada fase del inversor tiene un filtro LC pasa bajos, para el filtrado de las componentes armónicas de orden superior producto de la modulación y conmutación del inversor. El voltaje del bus DC que alimenta el inversor AC es producido por un rectificador trifásico y una etapa de filtrado capacitivo [38] [39].
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Figura 2-16: Ejemplo: Generador de perturbaciones de tensión, basado en convertidor
de conmutado de potencia, configuración Inversor AC. [38] [39]
Actualmente, es muy común que el inversor trifásico AC en topología de puente completo utilice transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), con sus respectivos snubber de protección contra Aumentos de tensión. Estos son controlados por modulación de ancho de pulso (PWM), las técnicas de control son variadas, entre las más destacables están las técnicas demodulación vectorial, y modulación sinusoidal S-PWM. La frecuencia de
conmutación recomendada está en el rango de 100Hz a 10Khz, aunque para evitar
distorsiones de la forma de onda significativas y altas perdidas de conmutación se recomienda que la este en el rango de 1-2Khz. Por lo cual, los filtros LC se recomiendan de tercer orden, con frecuencia central menor a 1Khz. Aunque, para cargas no-lineales y perturbaciones de tensión asimétricas tales como los hundimientos asimétricos es necesario un filtrado adicional [38] [39].
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