Este documento describe diferentes tipos de inversores, incluyendo inversores monofásicos como el convertidor en puente de onda completa, el inversor de onda cuadrada y el inversor en medio puente, así como inversores trifásicos. Explica cómo estos inversores convierten corriente continua en corriente alterna mediante la conmutación de interruptores en secuencias determinadas. También analiza el comportamiento de la corriente en una carga R-L cuando se aplica un voltaje de onda cuadrada.

1. Inversores
Electrónica de Potencia II
Trabajo de Investigación del 4er Corte
Christiam Martinez
CI: 25846944

2. ¿Qué es un Inversor?
Los inversores son circuitos que convierten la corriente
continua en corriente alterna. Más exactamente, los
inversores transfieren potencia desde una fuente de
continua a una carga de alterna. En otras aplicaciones,
el objetivo es crear una tensión alterna cuando sólo
hay disponible una fuente de tensión continua. Los
inversores se utilizan en aplicaciones tales como
motores de alterna de velocidad ajustable, sistemas de
alimentación ininterrumpida (SAI) y dispositivos de
corriente alterna que funcionen a partir de una batería
de automóvil.

3. Tipos de Inversores
Existen dos tipos de inversores de corriente CD-CA:
• Monofásicos, divido a su vez en:
 El Convertidor en Puente de Onda Completa
 El Inversor de Onda Cuadrada
 El Inversor en Medio Puente
• Inversores Trifásicos

4. El Convertidor en Puente de Onda Completa
A partir de una entrada de continua se obtiene una
salida de alterna cerrando y abriendo interruptores en
una determinada secuencia. La tensión de salida Vo
puede ser +Vcc, –Vcc o cero, dependiendo de qué
interruptores están cerrados. Observe en al tabla que
S1 , y S4 no deberían estar cerrados al mismo tiempo,
ni tampoco S2 y S3 de otra manera habría un
cortocircuito en la fuente de continua. Los interruptores
reales no se abren y se cierran instantáneamente, por
tanto, deben tenerse en cuenta los tiempos de
transición de la conmutación al diseñar el control de los
interruptores. El solapamiento de los tiempos de
conducción de los interruptores resultaría en un
cortocircuito, denominado en ocasiones fallo de
solapamiento (shoot-through fault) en la fuente de
tensión continua. El tiempo permitido para la
conmutación se denomina tiempo muerto (blanking
time).
Interruptores
cerrados
Tensión de salida,
Vo
S1 y S2 +Vcc
S3 y S4 -Vcc
S1 y S3 0
S2 y S4 0

5. INVERSOR DE ONDA CUADRADA
La mayoría de los inversores funcionan haciendo pasar
la corriente continua a través de un transformador,
primero en una dirección y luego en otra. El dispositivo
de conmutación que cambia la dirección de la corriente
debe actuar con rapidez. A medida que la corriente
pasa a través de la cara primaria del transformador, la
polaridad cambia 100 veces cada segundo. Como
consecuencia, la corriente que sale del secundario del
transformador va alternándose, en una frecuencia de
50 ciclos completos por segundo. La dirección del flujo
de corriente a través de la cara primaria del
transformador se cambia muy bruscamente, de manera
que la forma de onda del secundario es "cuadrada", en
la figura podemos observar un inversor de onda
cuadrada y su tensión de salida con su corriente en
régimen permanente en una carga R-L

6. El Inversor en Medio Puente
Es un inversor con dos interruptores, donde la tensión aplicada a
la carga se divide a la mitad mediante un divisor de tensión
capacitivo. En el inversor en medio puente , el número de
interruptores se reduce a dos, dividiendo la tensión de la fuente
de continua en dos partes mediante los condensadores. Cada
condensador deberá tener el mismo valor y tendrá en bornas del
mismo una tensión de Vcc/2. Cuando se cierra S1, la tensión en
la carga es de –Vcc/2. Cuando se cierra S2, la tensión en la
carga es de +Vcc/2. Así, se puede generar una salida con forma
de onda cuadrada o una salida bipolar con modulación por
anchura de impulsos. La tensión en bornas de un interruptor
abierto es el doble de la tensión de la carga, o Vcc. Al igual que
en el puente inversor de onda completa, se requiere un tiempo
muerto para los interruptores, con el fin de prevenir un
cortocircuito en la fuente, y se necesitan los diodos de
realimentación para garantizar una continuidad de la corriente
para las cargas inductivas.

7. Inversores Trifásicos
La aplicación principal de este circuito es el control de la
velocidad de los motores de inducción, donde se varía la
frecuencia de salida. Cada interruptor tiene un ciclo de trabajo
del 50 % (sin permitir tiempos muertos) y la conmutación tiene
lugar cada intervalo de tiempo 7/6, lo que representa un
intervalo angular de 60°. Observe en la figura que los
interruptores S1 y S4 se abren y se cierran de forma
complementaria, al igual que los pares (S2, S5) y (S3, S6). Al
igual que en el inversor monofásico, estos pares de
interruptores deben estar coordinados de manera que no estén
cerrados al mismo tiempo, lo cual daría como resultado un
cortocircuito en la fuente. Con este esquema, las tensiones
instantáneas Vao, Vbo y Vco son + Vcc o cero, y las tensiones
línea-línea de salida Vab, Vbc y Vca son +Vcc, 0, o -Vcc.
La carga trifásica conectada a esta tensión de salida puede
estar conectada en triángulo o conectarse en estrella, con
neutro sin toma de tierra.

8. El inversor de onda cuadrada es el esquema de
conmutación mas sencillo para conseguir un voltaje de
salida en forma de onda cuadrada. Los interruptores
conectan la carga a +Vcc cuando S1 y S2 están
cerrados y a –Vcc cuando S3 y S4 están cerrados. La
conmutación periódica del voltaje de la carga entre
+Vcc y –Vcc genera en la carga un voltaje con forma de
onda cuadrada. Aunque esta salida alterna no es una
onda sinusoidal, puede ser una onda alterna adecuada
para alguna aplicaciones.
No son aptos para motores de inducción. Si se desea
corriente alterna únicamente para alimentar un televisor,
un ordenador o un aparato eléctrico pequeño, se puede
utilizar este tipo de inversor. La potencia de éste
dependerá de la potencia nominal del aparato en
cuestión (para un TV de 19" es suficiente un inversor de
200 W).
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada

9. Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
La forma de onda de la corriente en la carga
depende de los componentes de la carga. En una
carga resistiva, la forma de onda de la corriente se
corresponde con la forma de la tensión de salida.
Una carga inductiva tendrá una corriente con más
calidad sinusoidal que la tensión, a causa de las
propiedades de filtrado de las inductancias. Una
carga inductiva requiere ciertas consideraciones a la
hora de diseñar los interruptores en el circuito en
puente de onda completa, ya que las corrientes de
los interruptores deben ser bidireccionales.
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada

10. Para una carga serie R-L y una tensión de salida con forma de onda cuadrada, suponemos que los
interruptores S1 y S2 se cierran en t = 0. La tensión en la carga es + Vcc, y la corriente comienza
a aumentar en la carga y en S1 y S2. La corriente se expresa como la suma de las respuestas
natural y forzada:
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
𝑖 𝑜 𝑡 = 𝑖 𝑓 𝑡 + 𝑖 𝑛 𝑡 =
𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐴𝑒−
𝑡
𝜏 , 0 ≤ 𝑡 ≤
𝑇
2
Donde A es una constante que se calcula a partir de la condición inicial y 𝜏 = L/R.
En t = T/2, S1 y S2 se abren, y S3 y S4 se cierran. La tensión en la carga R-L pasa a ser -Vcc, y la
corriente tiene la forma:
𝑖 𝑜 𝑡 =
−𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ B𝑒−(𝑡−
𝑇
2
)/𝜏
,
𝑇
2
≤ t ≤ T
Donde la constante B se calcula a partir de la condición inicial.

11. Cuando se proporciona energía al circuito por primera vez y la corriente inicial de la inductancia es
cero, tenemos un régimen transitorio antes de que la corriente de la carga alcance el régimen
permanente. En régimen permanente, 𝑖 𝑜 es periódica y simétrica con respecto a cero. Se debe hacer
que la condición inicial de la corriente que se describe en la primera ecuación sea 𝐼 𝑚𝑖𝑛, y que la
condición inicial de la corriente que se describe en segunda ecuación sea 𝐼 𝑚𝑎𝑥.
Calculando la primera ecuación en t=0
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
𝑖 𝑜 0 =
𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐴𝑒0 = 𝐼 𝑚𝑖𝑛 𝑜, 𝐴 = 𝐼 𝑚𝑖𝑛 −
𝑉𝑐𝑐
𝑅
De igual manera, evaluando la segunda ecuación en t=T/2, tenemos que:
𝑖 𝑜
𝑇
2
=
−𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐵𝑒0
= 𝐼 𝑚𝑎𝑥 𝑜, 𝐵 = 𝐼 𝑚𝑎𝑥 +
𝑉𝑐𝑐
𝑅

12. En régimen permanente, las formas de onda de la corriente descritas por ambas ecuaciones se
convierten en:
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
𝑖 𝑜 𝑡 =
𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐼 𝑚𝑖𝑛 −
𝑉𝑐𝑐
𝑅
𝑒−
𝑡
𝜏 𝑝𝑎𝑟𝑎 0 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇/2
−𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐼 𝑚𝑎𝑥 +
𝑉𝑐𝑐
𝑅
𝑒−
𝑡−
𝑇
2
𝜏 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑇/2 ≤ 𝑡 ≤ 𝑇
Obtenemos una expresión de 𝐼 𝑚𝑎𝑥 evaluando la primera parte de las ecuación de régimen permanente
en t = T/2:
𝑖 𝑜
𝑇
2
= 𝐼 𝑚𝑎𝑥 =
𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐼 𝑚𝑖𝑛 −
𝑉𝑐𝑐
𝑅
𝑒−
𝑇
2𝜏
(1)

13. Por simetría se puede obtener que 𝐼 𝑚𝑖𝑛 = −𝐼 𝑚𝑎𝑥. Sustituyendo −𝐼 𝑚𝑎𝑥 por 𝐼 𝑚𝑖𝑛 en la ecuación anterior y
despejando 𝐼 𝑚𝑎𝑥 tenemos:
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
𝐼 𝑚𝑎𝑥 = −𝐼 𝑚𝑖𝑛=
𝑉𝑐𝑐
𝑅
1 − 𝑒−
𝑇
2𝜏
1 + 𝑒−
𝑇
2𝜏
Así las ecuaciones 1 y 2 describen la corriente en una carga R-L en régimen permanente cuando se le
aplica una tensión con forma de onda cuadrada.
(2)

14. La potencia absorbida por la carga puede calcularse a partir de 𝐼𝑟𝑚𝑠
2
𝑅, donde la corriente rms de la
carga viene determinada por la ecuación que la define. Se puede simplificar la integración
aprovechándose de la simetría de la onda. Como el cuadrado de cada uno de los semiperiodos de la
corriente es idéntico, sólo hemos de evaluar la primera mitad del período:
Comportamiento de un Inversor de Onda
Cuadrada
𝐼𝑟𝑚𝑠 =
1
𝑇 0
𝑇
𝑖2 𝑡 𝑑 𝑡 =
2
𝑇 0
𝑇/2
𝑉𝑐𝑐
𝑅
+ 𝐼 𝑚𝑖𝑛 −
𝑉𝑐𝑐
𝑅
𝑒−
𝑡
𝜏
2
𝑑𝑡
Si los interruptores son ideales, la potencia entregada por la fuente debe ser la misma que la absorbida
por la carga. La potencia de una fuente de continua viene determinada por el Voltaje en continua y la
corriente media:
𝑃𝑐𝑐 = 𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑠