El voltaje o tensión eléctrica es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos de un circuito. El flujo de electrones circula desde el punto de menor al de mayor potencial. El generador es el dispositivo encargado de crear una diferencia de cargas (y. por ello, de potencial), arrancando electrones del polo positivo y depositándoloos en el polo negativo. La fuerza necesaria para crear esa diferencia de cargas se denomina fuerza electromotriz (fem), que se mide en voltios. Dicho de otro modo, el voltaje es la energía por unidad de carga que hace que las cargas circulen por un circuito. 

Fig. Rectificador doblador de tensión

Cuando D1 conduce, C1, se carga a la tensión de pico de la señal alterna de entrada . En el siguiente semiciclo, D2 conduce Y C2 se carga también el valor de pico de la entrada . C1 y C2 están conectados en serie, y sus tensiones se suman, proporcionando así una tensión de salida igual a dos veces el valor de pico de la señal alterna de entrada

Utilizando un circuito como el indicado en la figura siguiente :

Fig. Un rectificador multiplicador de tensión

es posible obtener una salida de n veces el valor de pico de la tensión de entrada, donde n es el número de rectificadores (y el de condensadores) empleados. El ejemplo particular ilustrado es, por supuesto, un triplicador de tensión

Fig. Símbolo gráfico de un diodo de referencia de tensión

Si la tensión aplicada tiene la polaridad mostrada y amplitud suficiente, el diodo D1 está polarizado en inverso y alcanza su tensión Zener, quedando D2 polarizado en directo, y por tanto comportándose como una resistencia serie de bajo valor. D1 tiene un coeficiente de temperatura positivo y D2 un coeficiente negativo del mismo valor, por lo que el dispositivo en su conjunto tiene una tensión de ruptura independiente de la temperatura, supuesta constante la corriente de polarización a través del mismo

Fig. Sencillo circuito regulador de tensión que utiliza un diodo Zener

La figura anterior muestra un circuito sencillo. La tensión de alimentación tiene que exceder la tensión de ruptura Zener, alcanzándose esta tensión en bornas del diodo. La resistencia serie se elige de tal forma que cuando por la carga circule la máxima corriente, pueda atravesar al diodo una pequeña fracción para mantener la tensión en sus bornas al valor Zener

Fig. 1- (a) Three-phase converter and voltage source inverter configuration; (b) three-phase square-wave inverter waveforms. (a) Convertidor trifásico y configuración de inversor tipo fuente de voltaje; (b) formas de onda de inversor trifásico de onda cuadrada.

In PWM inverters, the output voltage and frequency are controlled within the inverter by varying the width of the output pulses. Hence at the front end, instead of a phase-controlled thyristor converter, a diode bridge rectifier can be used. A very popular method of controlling the voltage and frequency is by sinusoidal pulsewidth modulation. In this method, a high-frequency triangle carrier wave is compared with a three-phase sinusoidal waveform, as shown in Figure 2. The power devices in each phase are switched on at the intersection of sine and triangle waves. The amplitude and frequency of the output voltage are varied, respectively, by varying the amplitude and frequency of the reference sine waves. The ratio of the amplitude of the sine wave to the amplitude of the carrier wave is called the modulation index.

The harmonic components in a PWM wave are easily filtered because they are shifted to a higher-frequency region. It is desirable to have a high ratio of carrier frequency to fundamental frequency to reduce the harmonics of lower-frequency components. There are several other PWM techniques mentioned in the literature. The most notable ones are selected harmonic elimination (SHE), hysteresis controller, and space vector PWM technique. In inverters, if SCRs are used as power switching devices, an external forced commutation circuit has to be used to turn off the devices. Now, with the availability of IGBTs above 1000-A, 1000-V ratings, they are being used in applications up to 300-kW motor drives. Above this power rating, GTOs are generally used. Power Darlington transistors, which are available up to 800 A, 1200 V, could also be used for inverter applications.

Fig. 2. Three-phase sinusoidal PWM inverter waveforms. Ondas trifásicas sinusoidales de inversor tipo PWM.

Inversor tipo "fuente de voltaje" (VSI)

En la figura 1 (a) se muestra una configuración de inversor tipo fuente de voltaje trifásico. Los VSI se controlan en modo de onda cuadrada o en modo modulado por ancho de pulso (PWM). En el modo de onda cuadrada, la frecuencia de la tensión de salida se controla dentro del inversor, y los dispositivos se utilizan para conmutar el circuito de salida entre el bus más y menos. Cada dispositivo realiza 180°, y cada una de las salidas se desplaza 120° para generar una forma de onda de seis pasos, como se muestra en la Figura 1(b). La amplitud de la tensión de salida se controla variando la tensión del enlace de CC. Esto se hace variando el ángulo de disparo de los tiristores del convertidor de puente trifásico en la entrada. El VSI de onda cuadrada no es adecuado si la fuente de CC es una batería. El voltaje de salida de seis pasos es rico en armónicos y, por lo tanto, necesita un gran filtrado.

En los inversores modulados por ancho de pulso o PWM, la tensión y la frecuencia de salida se controlan dentro del inversor variando el ancho de los impulsos de salida. Por lo tanto, en el extremo frontal, en lugar de un convertidor de tiristor controlado por fase, se puede usar un puente rectificador de diodo. Un método muy popular para controlar el voltaje y la frecuencia es mediante la modulación de ancho de pulso sinusoidal. En este método, una onda portadora triangular de alta frecuencia se compara con una forma de onda sinusoidal trifásica, como se muestra en la Figura 2. Los dispositivos de alimentación en cada fase se encienden en la intersección de las ondas sinusoidales y triangulares. La amplitud y la frecuencia de la tensión de salida se controlan, respectivamente, variando la amplitud y la frecuencia de las ondas sinusoidales de referencia. La relación de la amplitud de la onda sinusoidal a la amplitud de la onda portadora se denomina índice de modulación.

Los componentes armónicos en una onda PWM se filtran fácilmente porque se desplazan a una región de mayor frecuencia. Es deseable tener una alta proporción de frecuencia portadora a la frecuencia fundamental para reducir los armónicos de los componentes de baja frecuencia. Hay varias otras técnicas de PWM mencionadas en la literatura. Los más notables son la eliminación selectiva de armónicos, el control por histéresis y la técnica de modulación por ancho de pulso de vectores espaciales.

En los inversores, si se utilizan SCR como dispositivos de conmutación de alimentación, debe usarse un circuito de conmutación forzada externa para apagar los dispositivos. Ahora, con la disponibilidad de IGBT por encima del rango de 1000-A, 1000-V, se están utilizando en aplicaciones de motores de hasta 300 kW. Los GTO se utilizan generalmente por encima de esta clasificación de potencia. Los transistores Darlington de potencia, disponibles hasta 800 A, 1200 V, también podrían usarse para aplicaciones de inversor.