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1. Modelo Matemático:
   • Puedes escribir las ecuaciones diferenciales que describen el comportamiento del inversor trifásico. En este caso, basándonos en los componentes y parámetros que se muestran en la figura y tabla, puedes obtener las ecuaciones del sistema.

1. Transformada de Park:
   • Aplica la transformada de Park para convertir las variables trifásicas (ABC) a variables de referencia de 2 fases (DQ).
   \begin{pmatrix} V_d \\ V_q \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos(\theta) & \sin(\theta) \\ -\sin(\theta) & \cos(\theta) \end{pmatrix} \begin{pmatrix} V_\alpha \\ V_\beta \end{pmatrix} \end{equation}$$
2. Modelo en el marco DQ:
   • Realiza la transformación del modelo dinámico del inversor al marco de referencia DQ.

1. Simulación en Simulink:
   • Implementa el modelo del inversor en Matlab Simulink.
   • Configura el bloque del inversor trifásico.
   • Usa un generador de señales para generar las señales moduladoras $m_{d}$ y $m_{q}$.
2. Control SPWM:
   • Implementa el control de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM) en Simulink.
   • Configura los parámetros de frecuencia y amplitud de la portadora y las referencias moduladoras.
3. Comparación y Gráficos:
   • Obtén los gráficos de la salida del inversor y las señales moduladoras.
   • Compara dichas señales entre 0 y 0.05 segundos.

1. Configurar fuentes de señal:
   • Usa bloques de Sine Wave para las señales $m_{d}$ y $m_{q}$.
   • Ajusta la frecuencia y la amplitud de acuerdo con las especificaciones del modulador y las referencias.
2. Modelo del Inversor:
   • Utiliza bloques de transistores de potencia como Ideal Switch o MOSFET junto con sus controladores (PWM Generators).
   • Configura las componentes passivas (resistencias e inductancias) de acuerdo con los valores dados (Ver Tabla I).
3. Bloques de Control y Transformación:
   • Implementa la transformación de Park utilizando las operaciones de matrices disponibles en Simulink.
   • Usa los bloques de Math Operations para realizar transformaciones de referencia.
4. Configuración de Scope y Visualización:
   • Utiliza Scope para observar las señales $m_{d}$ y $m_{q}$ en el dominio del tiempo.
   • Configura los ejes del Scope para que muestren el rango entre 0 y 0.05 segundos.

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1. Inductancia Baja:
   • Con un inductor de baja inductancia, el circuito tendrá baja reactancia inductiva ($X_L = 2\pi f L$) a las frecuencias de operación típicas.
   • La corriente a través del inductor $L1$ podría ser relativamente alta.
   • El circuito podría comportarse más como un simple divisor resistivo, debido a que la impedancia desde $L1$ sería pequeña.
2. Impacto en el circuito:
   • La corriente en el circuito dependerá prácticamente de la resistencia $R1$ y de la resistencia interna del inductor, que normalmente es baja.
   • La tensión a través de $L1$ será baja debido a su pequeña reactancia inductiva.

1. Inductancia Alta:
   • Con un inductor de alta inductancia, la reactancia inductiva será mayor, dificultando el paso de la corriente alterna ($X_L = 2\pi f L$).
   • Esto hará que el inductor actúe más como un circuito abierto para señales de alta frecuencia, limitando la corriente a través de $L1$.
2. Impacto en el circuito:
   • El voltaje en $L1$ será mayor dado que una alta inductancia genera una caída de potencial mayor para una corriente alterna.
   • La corriente en el circuito será menor, ya que un inductor con alta inductancia presenta una alta impedancia al paso de corriente alterna.

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• Transformador de 3 devanados secundarios: Proporciona las señales de CA desfasadas.
• 6 SCRs: Se utilizan para el rectificado de fase controlada.
• Controlador de Disparo: Genera las señales de disparo para los SCRs.

1. Transformador: Divide la CA en 3 señales desfasadas.
2. SCRs: Conducen en pares, cada uno controlado por una señal de disparo específica.
3. Secuencia de Conmutación: Los SCRs se disparan secuencialmente cada 60 grados eléctricos, produciendo una onda de salida de 6 pulsos por ciclo.
4. Control de Fase: Ajustando el ángulo de disparo ($\alpha$), se puede controlar el valor medio de la tensión de salida.

• CA de Entrada: 3 fases desfasadas 120 grados.
• Voltaje de Salida: Una onda de CC con un rizado de 6 pulsos.

• Forma de Onda de Corriente: La corriente sigue la forma de onda de la tensión.
• Ángulo de Conducción de SCRs: La corriente a través de los SCRs es continua y proporcional al voltaje de entrada menos la caída de voltaje en el SCR cuando conduce.
• Rizado de Salida: Menor debido a la linealidad de la resistencia.

• Forma de Onda de Corriente: La inductancia provoca un retraso entre el voltaje y la corriente, causando una onda de corriente más suave y retrasada.
• Ángulo de Conducción de SCRs: Incrementa debido a la energía almacenada en la inductancia, extendiendo el periodo de conducción.
• Rizado de Salida: Mayor ya que la inductancia suaviza el cambio abrupto de corriente.

• Control de Salida: Ajustable mediante el ángulo de disparo ($\alpha$).
• Eficiencia: Alta eficiencia en la conversión de CA a CC.

• Complejidad: Mayor debido al requerimiento de un circuito de control.
• Rizado: Se necesita filtrado adicional para aplicaciones sensibles.

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• Forma de Onda: El voltaje de salida está en su máximo porque los SCRs se disparan inmediatamente cuando el voltaje de fase es positivo. La forma de onda de voltaje de salida es esencialmente una serie de pulsos positivos sin retraso.
• Valor Medio: Máximo valor medio de la tensión de salida.

• Forma de Onda: La corriente sigue la forma de onda de voltaje.
• Valor Medio: Máximo valor medio de la corriente de salida, ya que no hay retraso en la conducción.

• Forma de Onda: El voltaje de salida comienza 30 grados después de que el voltaje de fase es positivo. Esto introduce un retraso en la forma de onda de voltaje y reduce su valor medio.
• Valor Medio: Menor que el de $\alpha = 0^\circ$

• Forma de Onda: La corriente sigue la forma de onda de voltaje pero con un retraso de 30 grados.
• Valor Medio: Menor que el de $\alpha = 0^\circ$

• Forma de Onda: La corriente será más suave debido a la inductancia y seguirá con un retraso adicional debido a la energía almacenada en la inductancia.
• Continuidad: Puede haber un periodo continuo de conducción debido a la influencia de la inductancia.

• Forma de Onda: El voltaje de salida comienza 60 grados después de que el voltaje de fase es positivo, causando un retraso considerable en la forma de onda de voltaje, y el valor medio se reduce aún más.
• Valor Medio: Mucho menor que el de $\alpha = 30^\circ$ y $\alpha = 0^\circ$.

• Forma de Onda: La corriente sigue la forma de onda de voltaje con un retraso de 60 grados.
• Valor Medio: Mucho menor que el de $\alpha = 30^\circ$ y $\alpha = 0^\circ$.

• Forma de Onda: La corriente será muy suave debido a la inductancia y seguirá con un retraso adicional. La inductancia puede causar la continuidad de la corriente durante más de 60 grados.
• Continuidad: Al igual que con $\alpha = 30^\circ$, pero más pronunciado.

• $\alpha = 0^\circ$: Máximo valor medio.
• $\alpha = 30^\circ$: Menor que $0^\circ$.
• $\alpha = 60^\circ$: Menor que $30^\circ$.

• $\alpha = 0^\circ$: Sin retraso, máximo valor medio.
• $\alpha = 30^\circ$: 30 grados de retraso, menor valor medio.
• $\alpha = 60^\circ$: 60 grados de retraso, mucho menor valor medio.

• $\alpha = 0^\circ$: Suave debido a la inductancia, sin demoras adicionales a la especificada por el ángulo $\alpha$.
• $\alpha = 30^\circ$: Suave y con retraso prolongado, posible continuidad por encima de 30 grados.
• $\alpha = 60^\circ$: Mucho más suave debido a la alta inductancia y retraso prolongado, posible continuidad por encima de 60 grados.

• La forma de onda del voltaje se alterna en una secuencia continua sin retraso desde la línea de voltaje.
• La corriente sigue la forma de onda de voltaje sin retraso.

• La forma de onda del voltaje se desplaza 30 grados.
• La corriente también se desplaza aproximadamente 30 grados y es menor en magnitud.

• La forma de onda del voltaje se desplaza 60 grados.
• La corriente se desplaza 60 grados, y su valor medio es considerablemente menor.

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• Voltaje de entrada trifásico de 60 Hz ($f = 60 , \text{Hz}$)
• Amplitud de $\sqrt{2} V_{\text{ll}} \approx 325 , \text{V}$
• $V_{\text{ll}}$ es el voltaje de línea a línea.

Python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Setup
f = 60  # Hz
w = 2 * np.pi * f
V_ll_amplitude = 325  # V (amplitude of line-to-line voltage)
alpha_degrees = [0, 30, 60]  # Degrees for the firing angles

# Define time array for one cycle (0 to 360 degrees)
t = np.linspace(0, 1 / f, 1000)  # 1000 points within one period

# Voltages for a three-phase system
v_a = V_ll_amplitude * np.sin(w * t)  # phase a
v_b = V_ll_amplitude * np.sin(w * t - 2 * np.pi / 3)  # phase b
v_c = V_ll_amplitude * np.sin(w * t + 2 * np.pi / 3)  # phase c

# Calculate rectified output voltage for different alpha
output_voltages = []
for alpha in alpha_degrees:
    alpha_rad = np.deg2rad(alpha)
    # Adjust phase voltages for firing angle
    v_a_adj = V_ll_amplitude * np.sin(w * t - alpha_rad)
    v_b_adj = V_ll_amplitude * np.sin(w * t - 2 * np.pi / 3 - alpha_rad)
    v_c_adj = V_ll_amplitude * np.sin(w * t + 2 * np.pi / 3 - alpha_rad)
    
    # Full rectification with 6-pulse control
    output_voltage = np.maximum.reduce([v_a_adj, v_b_adj, v_c_adj])
    
    output_voltages.append(output_voltage)

# Plotting the waveforms
plt.figure(figsize=(15, 10))

for i, alpha in enumerate(alpha_degrees):
    plt.subplot(3, 1, i + 1)
    plt.plot(t * 360 * f, output_voltages[i], label=f'V_out for α = {alpha}°')
    plt.legend()
    plt.xlabel('Time (degrees)')
    plt.ylabel('Voltage (V)')
    plt.title(f'Output Voltage for α = {alpha}°')

plt.tight_layout()
plt.show()

Image

https://cdn2.flux.ai/flux-comment-files/files/commentFileId-06926f57b7cbe8597d8c97271f180271599178f32854addebce2bb37776a861c.png?GoogleAccessId=copilot-etl-work-service-acct%40graviton-mvp.iam.gserviceaccount.com&Expires=4876212003&Signature=Aaidm92KuGVzGhhb4ALNX2vC2uQT5xUDCWY6fN%2Bs7EtoMWmpbxh26iOC9gcii74ihnm6ECzG4ZfZyjrRK%2FEUhQeTIrskOESPEGGLFEssbuSf4EWlf3Ixa1nwUbcYZtYrYIUolF4abGpn9d4GEdmvcux37XqdSzv5YFUWmGTCBgqZ0Ypf2Z1H0Uk2d%2BRuINMPd%2BEv3dEoRdEq3FmNTcvaV31EzYnRKG5OnBNbqDox%2Bqu6XtFd3n0AJNSvMSdWV2yFc35X4fyqSO7IQ1QuTBb7LS1t6GHrhzfE4x%2BOwgx1Kb9LnAyckskf%2BAtZx0doqwAGRobpoI70Uvbp%2B98ai9TpMQ%3D%3D

1. $\alpha = 0^\circ$
   • La forma de onda de voltaje se alterna en una secuencia continua sin retraso desde la línea de voltaje.
   • El voltaje de salida alcanza su valor máximo.
   • La salida tiene pulsos completos.
2. $\alpha = 30^\circ$
   • La forma de onda de voltaje comienza 30 grados después del cruce por cero de la línea de voltaje, causando un retraso visible.
   • El valor medio del voltaje de salida es menor comparado con $\alpha = 0^\circ$.
   • La forma de onda muestra un retardo en el inicio de los pulsos.
3. $\alpha = 60^\circ$
   • La forma de onda de voltaje se desplaza 60 grados, mostrando un retraso considerable.
   • El valor medio del voltaje de salida es significativamente menor.
   • La forma de onda tiene un retraso mayor y pulsos reducidos.

• Valor Medio del Voltaje de Salida:
  • $\alpha = 0^\circ$: Máximo.
  • $\alpha = 30^\circ$: Reducido en comparación con $\alpha = 0^\circ$.
  • $\alpha = 60^\circ$: Más reducido en comparación con $\alpha = 30^\circ$.
• Retardo en los Pulsos:
  • $\alpha = 0^\circ$: Sin retraso.
  • $\alpha = 30^\circ$: 30 grados de retraso.
  • $\alpha = 60^\circ$: 60 grados de retraso.

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• Objetivo: Presentar el propósito del artículo y la importancia de las topologías multinivel en aplicaciones de potencia.
• Contexto: Describir brevemente las aplicaciones típicas (energías renovables, vehículos eléctricos, sistemas de transmisión, etc.)
• Especificidad: Introducir la topología ANPC y su relevancia.

• Cascada H-Bridge (CHB)
• Flying Capacitor (FC)
• Neutral Point Clamped (NPC)
• Active Neutral Point Clamped (ANPC)

• Estructura y componentes clave
• Principio de funcionamiento
• Diagramas de circuitos y formas de onda

• Eficiencia
• Calidad de la onda (contenido armónico y distorsión)
• Fiabilidad y robustez
• Coste y complejidad
• Tamaño y peso
• Facilidad de control y modulación

• Evaluar el rendimiento basado en casos de estudio o aplicaciones industriales.
• Tabla comparativa con puntuaciones cualitativas o cuantitativas.

• Diseño del circuito y descripción detallada.
• Funcionamiento detallado y flujo de corriente.

• Mejor balanceo de voltaje en los condensadores.
• Mayor eficiencia energética (menor pérdida por conmutación).
• Mejor manejo térmico (distribución de calor).

• Complejidad del control.
• Uso de componentes adicionales.

• Comparativo con NPC y otras topologías en términos de rendimiento.

• Casos donde el ANPC muestra claras ventajas (ej., alta potencia, alta eficiencia).

• Evaluar cómo las ventajas del ANPC pueden justificar posibles aumentos en coste y complejidad.

• Resumen de las principales ventajas del ANPC.
• Potencial futuro y áreas de desarrollo investigativo.
• Reflexiones finales sobre la elección de topologías multinivel.

• Citación de artículos y estudios relevantes.
• Fuentes de datos y referencias de casos de estudio.

• Incluir gráficos: Diagramas de circuitos, formas de onda y gráficos comparativos ayudan a visualizar la información.
• Estudios de casos: Datos empíricos fortalecen los argumentos.
• Investigación de mercado: Analizar tendencias y adopciones industriales recientes de ANPC.

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1. Generador de Señales de Referencia (Panel Azul Claro):
   • Fuente de Corriente Alterna (AC): Tres señales senoidales que representan las fases.
   • Referencia de Corriente (Iref): Generador que produce la señal de corriente de referencia.
2. Controlador PI (Panel Morado):
   • Controlador de Corriente PI: Tres controladores proporcionales-integrales (PI) separados para cada fase ayudan a controlar las salidas en voltaje y corriente.
   • Consigna y Realimentación: Las salidas están destinadas a seguir las referencias de corriente establecidas.
3. Convertidor de Corriente (Panel Amatillo):
   • Puentes de Diodos y IGBT (Triángulos): Conjunto de interruptores que permiten la conversión AC-DC entregando al filtro de salida.
4. Filtro de Salida (Panel Gris):
   • Banco de Capacitores y Resistencias: Filtra la señal de la corriente continua antes de enviarla a la carga.

1. Ajustar la referencia de corriente:
   • Modifica los bloques que generan la referencia de corriente para que la salida deseada del sistema sea 10A.

   Matlab
   Iref = 10; % Amperios

2. Ajustar los parámetros del controlador PI:
   • Configura los parámetros proporcionales ($K_p$) e integrales ($K_i$) del controlador PI para que mantenga la corriente de salida en 10A. Asegúrate de que el controlador esté bien sintonizado para evitar sobreoscilaciones y tiempos de respuesta lentos.

   Matlab
   Kp = 0.1; % Valor de ejemplo
   Ki = 0.01; % Valor de ejemplo

3. Simulación del sistema:
   • Ejecuta la simulación del sistema en Matlab Simulink para observar el comportamiento de la corriente de salida. Ajusta los valores de $K_p$ y $K_i$ si es necesario basándote en los resultados de simulación.

Matlab
% Parámetros del sistema
Vref = 230; % Voltaje de referencia en voltios
Iref = 10;  % Corriente de referencia en amperios

% Valores del controlador PI
Kp = 0.1; % Ganancia proporcional
Ki = 0.01; % Ganancia integral

% Configuración del sistema en Simulink
set_param('ModeloSimulink/ReferenceBlock', 'Value', num2str(Iref));
set_param('ModeloSimulink/PI_Control/Kp', 'Gain', num2str(Kp));
set_param('ModeloSimulink/PI_Control/Ki', 'Gain', num2str(Ki));

% Ejecutar simulación
sim('ModeloSimulink');

1. Ajustar la referencia de corriente en 10A.
2. Configurar y sintonizar el controlador PI.
3. Ejecutar simulación y ajustar parámetros según resultados observados.