Publication: Estudio de pérdidas de las técnicas de modulación PWM en convertidores multinivel Puente-H en Cascada
Date
2017
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Publisher
Universidad Católica de la Santísima Concepción
Abstract
Los convertidores multinivel fuente de voltaje han estado bajo investigación y desarrollo por más de tres décadas, donde hoy se han posicionado como una importante alternativa en el área de control de energía de medio voltaje y alta potencia. Este tipo de convertidor son potencialmente útil en una amplia gama de aplicaciones como: transporte (tracción de trenes, propulsión de buques y aplicaciones automotrices), conversión de energía, industrias fabricantes, petroquímicas y minería, por nombrar algunas. Este informe expone las topologías multinivel que se consideran clásicas como: Neutral Point Clamped (NPC), Flying Capacitor (FC) y Cascaded H-Bridge (CHB). Si bien este trabajo se enfoca en el CHB, igual se revisan las topologías NPC y FC con el fin de destacar las características que lo distinguen de estas como: la cantidad y tipo de enlaces DC (o DC-link) y semiconductores que utilizan. Además, el convertidor CHB requiere de un menor número de componentes, en relación a las otras topologías, para lograr el mismo número de niveles de voltaje. Asimismo, su estructura modular con fuentes de voltaje DC separadas es adecuada para implementarla en energías renovables como fotovoltaicas y biomasa. También se discuten las diferentes técnicas basadas en la modulación por ancho de pulso como: Phase Shifted PWM (PS-PWM), Level Shifted PWM (LS-PWM), Space Vector Modulation (SVM), Nearest Level Modulation (NLM) y Selective Harmonic Elimination (SHE). De la misma manera, se reseña al Model Predictive Control (MPC) que es un método avanzado de control, para que le sirva al lector como una introducción de este moderno esquema de control. Las pérdidas analizadas corresponden a las pérdidas por conducción y conmutación en los semiconductores de potencia del convertidor. Ambas pérdidas dependen de la técnica de modulación y del tipo de semiconductor que se utilice. Por lo tanto, se realiza un estudio de las nuevas tecnologías de dispositivos semiconductores que proporcionan beneficios como: rangos de operación más altos, mayores velocidades de conmutación, etc. Este documento compara las técnicas de modulación PS-PWM, LS-PWM para un inversor CHB simétrico y NLM para un CHB asimétrico, utilizando como criterio las pérdidas por conducción y conmutación, la distorsión armónica del voltaje de salida y la eficiencia.
Description
Informe de Proyecto de Título presentado a la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de la Santísima Concepción para optar al grado académico Licenciado en Ciencias de la Ingeniería y al Título de Ingeniero Civil Eléctrico.
Keywords
Convertidores multinivel, Semiconductores de potencia, Modulación PWM, Estudio de perdidas