Publication: Diseño de un software para el cálculo de pérdidas AC-DC-AC
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Publication date
2010-05
Defense date
2010-05-26
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Abstract
El presente proyecto ha sido realizado dentro del Grupo de Sistemas Electrónicos de Potencia, perteneciente al Departamento de Tecnología Electrónica, de la Universidad Carlos III de Madrid. El objetivo principal de este trabajo, es el análisis comparativo de los programas que actualmente existen en el mercado para el cálculo de las pérdidas que se producen en los inversores trifásicos PWM. Un inversor es un equipo electrónico capaz de convertir la corriente continua en corriente alterna. Éstos están formados por una etapa de control, un driver y una etapa de potencia. El control por ancho de pulso PWM es una técnica de modulación en la que se modifica el ciclo de trabajo del convertidor conmutado para controlar la señal de salida del inversor. En concreto, el análisis se centra en el cálculo de las pérdidas en la etapa de potencia, formada por un módulo trifásico de IGBT's. Este módulo está formado en total por seis IGBT's. Debido a la gran variedad de programas para el cálculo de pérdidas, se han seleccionado los tres más importantes desde el punto de vista del volumen de ventas de los fabricantes que los han . diseñado. A continuación se detallan los empleados: -Melcosim, que pertenece al fabricante Mitsubishi-Electric. -Semisel, que pertenece al fabricante Semikron. -Iposim, que pertenece al fabricante Eupec. Se ha determinado emplear Semisel e Iposim, para llevar acabo el análisis comparativo objeto de este proyecto, desechando Melcosim por razones que se describen a lo largo del documento. Para llevar a cabo dicho análisis se ha creado un programa, basado en un libro de Excel, en el que se han introducido las expresiones para el cálculo de las pérdidas en los IGBT's, que proporcionan los fabricantes anteriormente citados. Como resultado del programa diseñado, se realiza una comparación de las aproximaciones que realiza cada uno de los fabricantes a partir de sus respectivas Application Note (Notas de aplicación) y los resultados que se obtienen de sus programas, que debido a múltiples simplificaciones que consideran pueden variar de manera significativa. Una vez conseguido el estudio individual de cada uno de los programas, se realiza una comparación entre ambos. Con el fin de comprobar las diferencias entre ellos y estudiar los diferentes métodos de cálculo que emplean y posteriormente se compara cada uno de ellos con el programa diseñado en el presente proyecto, con el fin de validar dicho programa y comprobar las mejoras introducidas en el mismo. Como consecuencia al estudio citado anteriormente, se consigue un objetivo añadido, que consiste en el diseño de un programa, capaz de calcular las pérdidas en los IGBT's de los inversores trifásicos PWM. Con el fin de ampliar los resultados proporcionados por los programas comerciales y conseguir un elemento más funcional, se ha introducido una estructura rectificador-inversor trifásica tipo AC-DC-AC para el cálculo de las pérdidas generadas en la misma. Esta tipología se compone de: -Un rectificador trifásico de doble onda no controlado AC-DC. -Un filtro basado en un condensador electrolítico, encargado de filtrar la salida rectificada que proviene del rectificador. -Un inversor trifásico PWM DC-AC, con el fin de volver a convertir la tensión continua que procede del rectificador, una vez filtrada por el condensador, a tensión alterna a la frecuencia deseada. Además también se ha contemplado un cuarto apartado, en el que se calcula el disipador necesario para evacuar el calor que producen los componentes que forman la estructura AC-DCAC, con el fin que estos no se destruyan. Las pérdidas que se producen en esta estructura se dividen en las producidas en el: -Rectificador, que se producen por la conducción de sus diodos. -Inversor, que se producen por la conducción de sus IGBT's y por las pérdidas que estos producen por su paso de estado de conducción a su estado de corte. Este programa servirá para calcular de una manera fácil y sencilla las pérdidas que se producen en los elementos necesarios para implementar un rectificador-inversor, con lo que se logra una selección rápida de los módulos que mejor se comportan ante las diferentes condiciones de prueba a las que se les somete, es decir los que menos pérdidas generan. El programa será capaz de calcular las pérdidas de todos los componentes de forma aislada, o bien, agrupando todos los componentes en un mismo sistema utilizando un solo disipador. Para la validación de las pérdidas producidas en el rectificador y en el inversor trifásico del programa diseñado, se realizan múltiples comparaciones con diferentes módulos de potencia y en diferentes condiciones de prueba con los programas comerciales escogidos. Y para la validación del cálculo del condensador, se emplea un programa de simulación de circuitos electrónicos, llamado Psim.
Description
Keywords
Eléctrónica de potencia, Desarrollo de software, Inversores de corriente