Análisis y diseño de un convertidor electrónico de potencia para su uso en generadores eólicos y drives PDF Download

Author: Alfonso Julián Hernández Salazar
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El diseño integral de Convertidores Electrónicos de Potencia trifásicos implica el manejo de muchas áreas de la ingeniería. El presente trabajo describe un detallado análisis de todos los pasos que fueron necesarios para iniciar un proyecto de este tipo y que se inicia con las especificaciones técnicas y termina en concretar su implementación y prueba. El documento está escrito como una guía que lleva al lector a través de los distintos procesos del diseño de los subsistemas de un convertidor y cada uno de ellos está apoyado en una revisión teórica que permite comprender mejor las fórmulas de diseño y la interpretación de los resultados experimentales. El convertidor en estudio es el denominado “Back to Back Trifásico” que consiste en un doble convertidor, uno que actúa como Rectificador de Voltaje Trifásico Controlado y el otro como Inversor de Voltaje Trifásico, unidos por un capacitor de filtro. En particular, en la aplicación de estos convertidores para el control de aerogeneradores equipados con motor/generador de inducción con rotor devanado, DFIG, bajo ciertas circunstancias puede invertirse el flujo de potencia, esto es el inversor convertirse en rectificador y el rectificador en inversor. El proyecto se inicia con el diseño del convertidor DC/AC trifásico capaz de manejar 10kW aplicando la estrategia de conmutación Space Vector Modulation utilizando la FPGA Spartan 3E-XC3S1600E. En este proceso se identificó los componentes básicos para la conmutación y se adoptaron IGBTs de gran potencia. Luego se diseñaron los circuitos de disparo, siguiendo las recomendaciones del fabricante de los IGBTs y las correspondientes protecciones contra dv/dt e di/dt. Finalmente se realizó la interface con el FPGA, la cual ya se había programado en VHDL utilizando la herramienta Modelsim SE 6.5 como plataforma de desarrollo y validación. Una parte muy importante del diseño es la diagramación de las pruebas de funcionalidad correspondientes y el documento describe, a detalle, las distintas pruebas de software y hardware que fue necesario hacer para llegar a una implementación final sin destruir costosos componentes electrónicos. Otra etapa muy importante en el diseño de Convertidores Electrónicos de Potencia es la realización de los circuitos impresos y el presente documento muestra las etapas y resultados logrados en la práctica utilizando el software de diseño Altium Designer. Finalmente el documento se ilustra con muchas fotografías que muestran los distintos subsistemas funcionales y un banco de pruebas que se diseñó y construyó para que futuros estudiantes de posgrado, puedan implementar distintas técnicas de conmutación y de control en convertidores de potencia funcionales y con esto, incrementar el alcance de los proyectos en electrónica de potencia del ITESM.

Author: Steven Ospina Hurtado
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Resumen: El presente trabajo muestra el análisis de controladores no lineales en un convertidor de corriente directa (DC), permitiendo la integración de sistemas de energía renovable como lo es la generación eólica a microredes en DC. Se calcula un modelo reducido del sistema turbina - generador para el desarrollo de simulaciones en el software MATLAB/Simulink, haciendo uso del generador síncrono de imanes permanentes (PMSG) de baja potencia con un rectificador no controlado, que se acopla a la microred a través de un convertidor reductor-elevador. El estudio de la dinámica no lineal propia del convertidor abre un panorama más profundo en los sistemas electrónicos de potencia, ya que permite indagar en modelos basados en la energía como lo son la dinámica Euler-Lagrange, brindando más conocimiento de la planta a controlar. Técnicas de control no lineal tales como: Linealización exacta por realimentación de estados (FSFL), control por planos deslizantes (SMC), control basado en pasividad (PBC), son estudiadas en este documento con el fin de comparar los resultados de simulación para el control del lazo de corriente promedio de inductor en el convertidor reductor-elevador. Por último se implementan dos controladores: un control lineal PI (ProporcionalIntegral) y un controlador no lineal, en un prototipo físico del convertidor DC-DC con el fin de analizar las ventajas de los métodos no lineales y brindar motivación para continuar con la investigación en el campo del control no lineal.

Author: Daniela Torres Morimitsu
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Resumen: En este trabajo, el análisis y diseño de un aerogenerador de eje vertical tipo Savonius es desarrollado y planteado como un método para aprovechar el potencial eólico de la Universidad Tecnológica de Pereira, donde se propone ubicar el dispositivo. El generador eólico estará compuesto por dos módulos, cada uno de ellos integrado por dos álabes de perfil semicircular y estará encargado de convertir la energía eólica a energía mecánica, y posteriormente, mediante un generador eléctrico, se entregará la energía suficiente para cargar una batería de 12V, la cual puede ser utilizada en dispositivos tales como UPS, equipos médicos y de comunicación, entre otros. Para realizar el diseño del sistema eólico, se seleccionarán los elementos que van a comprender la unidad de generación y se validarán cada uno de los componentes (el rotor, el árbol y la estructura de soporte), por medio del software CAD SolidWorks, verificando su resistencia estática, dinámica, de rigidez y vibraciones. El objetivo principal de éste trabajo, es presentar un estudio que muestre las dimensiones necesarias de un aerogenerador tipo Savonius que permita cargar una batería comercial, bajo las condiciones del potencial eólico de la Universidad Tecnológica de Pereira.

Author: Fouad Sabry
Publisher: One Billion Knowledgeable
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Category : Technology & Engineering
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¿Qué es un transformador de estado sólido? En realidad, un convertidor de CA a CA, también conocido como transformador de estado sólido (SST), transformador electrónico de potencia (PET ), o transformador de potencia electrónico, es un tipo de convertidor de energía eléctrica que reemplaza a un transformador convencional en la distribución de energía eléctrica de CA. Este tipo de convertidor de energía eléctrica se conoce como convertidor de CA a CA. Debido a que funciona a una frecuencia más alta, este tipo de transformador es más complicado que un transformador tradicional que usa la frecuencia de la red pública, pero también tiene el potencial de ser más eficiente en espacio y más pequeño que un transformador tradicional. Las dos variedades principales se denominan convertidores de CA a CA "reales" y convertidores de CA a CC a CC a CA, respectivamente. El convertidor de CA a CA o convertidor de CC a CC que a menudo se encuentra dentro de un transformador de estado sólido es realmente un transformador. Este transformador es el que proporciona el aislamiento eléctrico y transporta toda la potencia. Este transformador es más compacto porque las etapas inversoras CC-CC que se producen entre las bobinas del transformador están en el lado más pequeño. Como resultado, las bobinas del transformador que se necesitan para aumentar o reducir los voltajes también son más pequeñas. La regulación activa de voltaje y corriente se puede realizar a través de un transformador de estado sólido. Hay varios que son capaces de convertir la electricidad de monofásica a trifásica y viceversa. La cantidad de conversiones que deben realizarse puede reducirse al tener variaciones que pueden ingresar o generar energía de CC. Esto da como resultado una mayor eficiencia de extremo a extremo. Un transformador de estado sólido modular es similar a un convertidor multinivel en que está compuesto por numerosos transformadores de alta frecuencia y tiene la misma función. Debido a que es un circuito eléctrico intrincado, debe construirse de tal manera que pueda sobrevivir a sobretensiones de varios tipos, como rayos. El transformador de estado sólido es un tipo de transformador relativamente nuevo. Cómo se beneficiará (I) Información y validaciones sobre los siguientes temas: Capítulo 1: Transformador de estado sólido Capítulo 2: Factor de potencia Capítulo 3: Rectificador Capítulo 4: Fuente de alimentación Capítulo 5: Inversor de corriente Capítulo 6: Fuente de alimentación conmutada Capítulo 7: Convertidor CC a CC Capítulo 8: Regulador de tensión Capítulo 9: Electrónica de potencia Capítulo 10: Motor?generador Capítulo 11: Convertidor rotativo Capítulo 12 : Estación convertidora HVDC Capítulo 13: Variador de frecuencia Capítulo 14: Índice de artículos de ingeniería eléctrica Capítulo 15: Puente H Capítulo 16: Convertidor de fase Capítulo 17: Convertidor de tensión Capítulo 18: Calentador de inducción Capítulo 19: Tipos de transformadores Capítulo 20: Máquina eléctrica Capítulo 21: Glosario de ingeniería eléctrica y electrónica (II) Respondiendo a la publ ic preguntas principales sobre transformadores de estado sólido. (III) Ejemplos del mundo real para el uso de transformadores de estado sólido en muchos campos. (IV) 17 apéndices para explicar, brevemente, 266 tecnologías emergentes en cada industria para tener una comprensión completa de 360 ​​grados de las tecnologías de transformadores de estado sólido. Para quién es este libro Profesionales, estudiantes universitarios y graduados estudiantes, entusiastas, aficionados y aquellos que quieren ir más allá del conocimiento o la información básicos para cualquier tipo de transformador de estado sólido.

Author: Jesús Valle Rodríguez
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Actualmente la sociedad se está concienciando cada vez más de la importancia y el alto coste que supone generar energía, y por ello, una buena gestión de la energía se está tornando un imperativo, haciendo de la electrónica de potencia algo indispensable en la industria. Los convertidores de potencia permiten controlar los flujos de potencia eléctrica y adaptar la forma en la que se presenta para adecuarla a las necesidades de cada situación, y todo ello minimizando las pérdidas que se puedan ocasionar en dicha gestión. Sin embargo, para conseguir su objetivo, introducen armónicos de alta frecuencia a la corriente eléctrica. El presente trabajo trata sobre el análisis y diseño de un controlador para un convertidor de potencia de topología SEPIC, siempre desde un marco teórico. El trabajo engloba desde las bases de teoría de circuitos para modelizar el convertidor hasta las simulaciones llevadas a cabo para varias tensiones de alimentación y cargas, pasando por el cálculo de puntos de operación, la dinámica cero del convertidor y el diseño del controlador y sus parámetros. Finalmente se concluye el trabajo con los resultados obtenidos, validando el diseño del controlador obtenido; seguido de un análisis de impacto medioambiental y un presupuesto.

Author: Jorge Baos Rodríguez
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Este proyecto trata sobre el estudio y cálculo de los dispositivos de potencia necesarios para el diseño de convertidores en aplicaciones docentes. Este proyecto viene a ser una introducción a la ardua tarea de construir un convertidor de potencia media-alta. La línea de trabajo de este proyecto se centra en el estudio de cuatro de los elementos que formaran el convertidor: los módulos de IGBT's (dispositivos de potencia), drivers de disparo (dispositivos de control), traductores de corriente y la fuente de alimentación para la electrónica (drivers de disparo y lectores de corriente). Primeramente se realizar una recopilación de información sobre las posibles aplicaciones que será capaz de realizar el convertidor, después de esto se realiza una comparativa de los módulos de IGBT's y drivers en el mercado. Una vez tenemos elegido el módulo de IGBT's se presenta las conexiones necesarias para llevar a cabo cada una de las aplicaciones expuestas. Otra de las cosas que se abordan en este proyecto es la elección de las fuentes para la alimentación de la electrónica así como de los traductores de corriente para las medidas de control del convertidor. Se realizaran una serie de pruebas, relacionadas con la linealidad de los traductores de corriente para comprobar su correcto funcionamiento. Finalmente se explica cómo se ha implementado una de las fases para el convertidor, uno de los objetivos principales que persigue este proyecto. Se trata desde cómo se deben calcular los valores de los componentes externos entre el driver y el módulo de IGBT's, el esquema de las conexiones realizadas y por último se expondrá los datos obtenidos de la puesta en funcionamiento.

Author: Janer Andrés Ruiz Martínez
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Resumen: En los últimos años se ha observado un gran incremento en la generación de energía eléctrica procedente de la energía eólica, que es una de las fuentes de energía renovable con mayor aplicación. Estos proyectos relacionados con energía proveniente del viento se pueden envolver en proyectos de parques eólicos para la interconexión con el sistema eléctrico de potencia. En este proyecto de grado se implementa un sistema de generación eólica conectado al sistema eléctrico de potencia usando Simulink. Un parque eólico suministra 9 MW generados por seis turbinas de viento de 1.5 MW. Las turbinas de viento utilizan un generador de inducción de jaula de ardilla (SCIG por sus siglas en inglés)y un convertidor back-to-back. El método de conexión del SCIG permite extraer la máxima energía del viento a bajas velocidades de viento y reducir al mínimo las tensiones mecánicas en la turbina durante las ráfagas de viento. Este documento muestra un estudio en el estado del arte sobre los modelos matemáticos de la turbina eólica y el SCIG; conjuntamente nombrar aspectos importantes de los métodos de control convencional PI y control óptimo usando redes neuronales dinámicas (RND) aplicados al regulador de voltaje DC (VDC). Para el desarrollo de este trabajo fue necesario identificar un sistema dinámico, tal identificación se realizó tomando datos de entrada y de salida de la planta a identificar, luego de esto se aplicó un modelo de control óptimo usando RND para el sistema, la técnica de control implementada sobre las variables de interés, se hizo de forma desacoplada. El objetivo de utilizar un controlador óptimo usando RND fue para hacer una comparación con el controlador convencional PI y además observar el desempeño de cada uno de estos tipos de control a diferentes velocidades de viento.

Author: Rafael Alfonso Puello González
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Introducción: En los sistemas de generación de energía eólicos, actualmente existen diversos factores que generan complicaciones en el momento de realizar acciones de control sobre estos, uno de los factores más influyentes es la aleatoriedad de la velocidad del viento, la cual es la causante de la fluctuación de la magnitud en el voltaje que este entrega, por esta razón se debe hacer un proceso de adecuación de la señal de salida por parte de convertidores de potencia, los cuales entregan una señal constante y confiable para su utilización. Pero los convertidores de potencia no son del todo favorables, implícitamente traen nuevos problemas que antes no se tenían, ya que se debe tener un adecuado diseño y un eficiente método de control del mismo, el cual es el objetivo en este proyecto, donde principalmente se requiere mantener dentro de los parámetros de la red eléctrica las variables del generador eólico como el voltaje, la corriente y la frecuencia, frente a cambios en la velocidad del viento. Con los métodos de control tradicionales derivados del PID como el control PI aplicados en estos sistemas, se ha podido observar una buena respuesta de este frente a cambios en la velocidad del viento, sin embargo se presenta transitorios indeseados por que el tiempo de respuesta de este control es lento frente a cambios en la referencia, es allí donde se propone una técnica alternativa de control en la cual se busca eliminar o reducir los transitorios indeseados del sistema mejorando su tiempo de respuesta, mediante un algoritmo que permite predecir el estado fututo del sistema, a este tipo de control se le denomina control predictivo MPC ̈Model Predictive Control ̈...

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Author: Universitat de València. IFacultad de Física
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Pages : 530

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