Eliminación selectiva de armónicos en convertidores pwm continua-alterna mediante la transformada de walsh

• Autores: Jesús Vicente Rodrigo
• Directores de la Tesis: Rafael Pindado Rico (dir. tes.), Luz Balado (dir. tes.), Inmaculada Martínez Teixidor (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Abelardo Martínez Iturbe (presid.), Joan Bergas Jané (secret.), J. Carrabina (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TDX
• Resumen

  • La síntesis de tensión alterna a partir de continua mediante la generación de señales de modulación de anchura de pulsos (PWM) representa un método económico y eficaz de realización de dicha transformación, ya que se requieren pocos dispositivos semiconductores que trabajan de una forma más eficiente al hacerlo en conmutación. El inconveniente de estos sistemas es la presencia de armónicos que deben ser cancelados. En esta tesis se estudia la eliminación selectiva de armónicos mediante la transformada de Walsh como una alternativa más eficaz que la eliminación armónica programada. La generación de señales PWM utilizando la técnica de eliminación armónica programada necesita la solución de sistemas de ecuaciones trascendentes no lineales. Normalmente, debido a su elevado tiempo de procesado por necesitar una solución iterativa, estas ecuaciones deben resolverse off-line y los valores correspondientes a los ángulos de conmutación óptimos deben almacenarse en tablas de consulta, o interpolados mediante funciones simples para permitir el funcionamiento on-line. La flexibilidad del sistema es muy limitada, especialmente para aplicaciones que requieren, a la vez, control de amplitud y frecuencia. Una alternativa más eficiente es la utilización de la transformada de Walsh ya que permite el cálculo de los ángulos de conmutación mediante ecuaciones lineales dependientes de la amplitud de la fundamental utilizada como consigna. En esta tesis se realiza, en primer lugar, un estudio exhaustivo sobre la viabilidad del método convencional de Walsh, presentado en la literatura consultada. En ella se expone un método de eliminación selectiva de armónicos con regulación de la amplitud de la fundamental. Todo ello es conseguido mediante unas ecuaciones lineales que permiten el cálculo de los ángulos de conmutación de la señal PWM a partir de la amplitud de fundamental deseada. No obstante, como se demuestra en esta tesis, con este método el máximo valor de rango de variación de la fundamental no supera el 58% y es necesario, además, combinar diferentes conjuntos de soluciones para cubrir dicho rango. Se ha mejorado el método convencional con una nueva forma de especificar los ángulos de conmutación, mediante fracciones de intervalos que producen una simplificación en el método matemático. En segundo lugar, en esta tesis se presenta un nuevo método, denominado avanzado, fruto del ensayo de diferentes alternativas al método convencional que suponían una modificación en la forma de la señal, circunscrita a la definición del ángulo de final del corte, que en el método convencional es fijo y en el nuevo método propuesto es variable. Con el nuevo método el rango de variación se aproxima al 100%. De esta forma, es posible almacenar en el sistema de generación de la señal un solo conjunto de ecuaciones que consigue, con muy bajo coste de procesado, resolver cualquier aplicación de modulación escalar. Otro aspecto estudiado es la influencia de diferentes causas de funcionamiento no ideal sobre la distribución armónica de una onda PWM. Las causas analizadas comprenden: el tiempo muerto, los tiempos de transición de la señal PWM, la imprecisión en el cálculo y el truncamiento de decimales de los ángulos de disparo. Los resultados obtenidos permiten definir el límite real de las prestaciones del convertidor y los requisitos que debe satisfacer su sistema de control. Por último, se ha puesto a punto una planta de pruebas para la comprobación experimental de los métodos estudiados con el propósito de validar los resultados de simulación. A partir de los resultados obtenidos se proponen las reglas de diseño a seguir para implementar el método avanzado. Los resultados de simulación expuestos y los resultados experimentales obtenidos prueban la aplicación generalizada de la nueva metodología propuesta. Por este motivo, las investigaciones debieran considerar cuidadosamente las prometedoras posibilidades de las técnicas basadas en las funciones de Walsh.