4. DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DEL CONVERTIDOR

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1 4. DISEÑO DE LA ARQUITECTURA DEL CONVERTIDOR 3.1 CARACTERÍSTICAS DEL DIESEL AL QUE SE CONECTA Ls dats de partida dads pr la red se representan a cntinuación en la Tabla 2. La ptencia máxima que se desea cnvertir cn el inversr NPC va a ser de aprximadamente 13.5 KW. Parámetrs Valr Tensión de red V AC (V) 400 Frecuencia de red (Hz) 50 Ptencia (KVA) 100 Crriente I AC (A) 50 Tabla 1: Dats de partida de la red 3.2 REQUERIMIENTO A COMPONENTES Ls cmpnentes (dids, IGBT y cndensadres) deberán cumplir ls siguientes requisits (Tabla 3) para el crrect funcinamient del inversr. DC Input Max. DC vltage [Vdc] 900 Max. input current [A] 15 Max. DC pwer [kw] 13.5 AC Output Rated AC vltage [Vac, rms, ll] 400 Frequency rated [Hz] 50Hz Rated AC pwer [kva] 13.5 Maximum utput current [Arms] 19.5 Tabla 2: Características técnicas de inversr NPC

2 3.3 DISEÑO POR SUBSISTEMAS El sistema cmplet del cnvertidr NPC se dividirá en distints móduls subsistemas, que se pueden ver en la figura 21. Figura 1: Móduls del cnvertidr y adaptación a red El cnvertidr es la parte principal del sistema. Cmprende la parte de ptencia frmada pr ls IPMs (Intelligent Pwer Mdule), y éste a su vez pr ls cndensadres del DC-Link, ls IGBTs, ls dids y su placa de drivers. Las prteccines estarán frmadas pr magnettérmics y cntactres. El blque de medidas se encargará de tmar infrmación de tensión y crriente del cnvertidr y transmitirla al cntrl central. La parte de cntrl central prcesará la infrmación recibida pr el blque de medidas, para que éste actúe, realice las peracines necesarias para el cntrl y mdule. El módul de adaptación de señal enlaza el cnvertidr y el sistema de cntrl central, adecuand las señales que recibe, ya sea adaptand ls dispars a ls niveles de tensión adecuad, cm ls errres pertinentes recibids, en este cas, errres de driver. A cntinuación se describirán ls cmpnentes principales que frman el inversr.

3 3.3.1 IGBT A la hra de seleccinar la pastilla de semicnductr, se ha ptad pr el mdel SKM100GB12V [19], capaz de sprtar 1200 V. La parte que cmprende el DCLink de nuestr inversr deberá sprtar 750 Vdc cm mínim, cn un margen de seguridad prpuest que llegue hasta 900 V y una intensidad nminal suficiente para que el transistr y el did n sufran dañs. En la figura 3 se puede ver la pastilla de IGBT que se ha elegid, mientras que en la tabla 3 se pueden ver ls rangs de us para este mdel. Serán necesarias 6 pastillas de este mdel, 2 pr cada rama. Figura 2: Pastilla de IGBT mdel SKM100GB12V. Rangs máxims absluts IGBT Vces (Cllectr-emitter vltage) 1200 V Ic,nm (Cntinuus cllectr current) 100 A ICRM (Repetitive peak cllectr current) 300 A -40, 150 ºC Tj (Junctin temperature) Did If,nm (Frward current) 100 A IFRM (Repetitive peak frward current) 300 A Tj (Junctin temperature) -40, 150 ºC Tabla 3. Características de ls IGBT Dids Cm se bserva en nuestra cnfiguración (Figura 1), necesitams 6 dids de cnmutación. La imprtancia de ls dids cnectads al punt medi en esta

4 tecnlgía se debe a que sn ls encargads de fijar las tensines de blque de ls interruptres a una fracción de la tensión del bus de cntinua. Se requiere que ls dids sean de recuperación rápida y que sprten la crriente nminal del inversr. En este cas se seleccinarn cm dids las mismas pastillas de IGBT usadas, salv que ahra usarems ls dids en antiparalel que tiene esta pastilla. Para ell n se pdrán dejar al aire las puertas de ls transistres ni crtcircuitarlas, sin que habrá que alimentarlas. Las características de ests dids se encuentran en la tabla Cndensadres El mdel seleccinad es el ALS31A222NF450 de BHC cmpnents. Se bserva en la tabla 4 sus principales características. El hech de que la capacidad sea de 2200 uf se debe a que sn ls que estaban dispnibles en el labratri. Figura 3. Cndensadr seleccinad. Capacidad 2200 uf Tlerancia +/- 20% Vltage Rating 450 Vdc ESR hm Sensres Tabla 4. Características del cndensadr elegid. En el inversr NPC se realizarán una serie de medidas de tensión e intensidad para cncer en td mment el estad del sistema. Estas medidas sn imprtantes para el cntrl del cnvertidr y se cnectan directamente cn el sistema de cntrl central. Se van a realizar cncretamente 8 medicines, siend éstas: 3 medidas de intensidades, una pr fase. 2 medidas de tensión AC, V rs,l y V st,l. 2 medidas tensión DC.

5 Fuentes De Cntinua DIESEL GENERATOR 30 KVA -400 V 50 Hz Q0 3P 3x?mm2 Sensres Vac Autinductancia variable DC DC Sensr Vdc Sensr Vdc 3x?mm2 Q1 4P 800V DC AC Sensres Iac 3x?mm2 3x 1.2 mh Q2 4P 265A 400Vac 3x?mm2 TRANSFORMER 100 KVA 600/690 Vac Sensres de crriente Figura 4. Situación de ls sensres de intensidad y crriente Para la medida de crriente se utilizarán sensres Hall cn salida en crriente debid a su inmunidad frente al ruid electrmagnétic. Se usará el mdel de LA 55-p[21], cuyas características se bservan en la tabla 5. Se eligió este mdel pr dispner de él en el labratri. Figura 5. Sensr de crriente mdel LA 55-p.

6 Características eléctricas I pn Intensidad nminal en el primari 50 A rms I p,r Rang de intensidad medida en el primari 0-70 A I sn Intensidad nminal en el secundari 50 ma rms K Rati de cnversión 1:1000 V Vltaje de alimentación +/ V I c Intensidad cnsumida 10+ I sec ma Tabla 5. Características eléctricas del sensr mdel LA 55-p Sensres de tensión Para la medida de la tensión en el lad de la red y en el lad de la máquina a 690V de línea, se utilizarán sensres cn efect Hall. Se utilizará el mdel de LEM LV25-800[22]. Se eligió este mdel pr dispner de él en el labratri. Sirve para medir tensines tant de AC cm de DC. Psee aislamient galvánic entre el primari y el secundari. Para medir tensines deberems clcar una resistencia externa al did, para cnvertirlas a crriente. En la tabla 6 se bservan sus características. Figura 6. Sensr de tensión mdel LV25-P Características eléctricas I pn Intensidad nminal en el primari 10 A rms I p,r Rang de intensidad medida en el primari 0-14 A I sn Intensidad nminal en el secundari 25 ma rms K Rati de cnversión 2.5:1000 V Vltaje de alimentación +/-15 V I c Intensidad cnsumida 10 + I sec ma Tabla 6. Características eléctricas del sensr mdel LV 25-p.

7 3.3.5 Inductancias Se incluyen bbinas a la salida del equip en la parte de AC para filtrar las crrientes btenidas. Se escgen las que estaban dispnibles en el labratri. Sn unas inductancias en las que se puede seleccinar el valr de la bbina entre 0.8, 1 y 1.2 mh. En la siguiente figura pdems bservar las 3 inductancias clcadas en el equip, una pr fase: Figura 7. Inductancias de filtrad del equip Drivers Se va a utilizar el driver SKYPER 32 PRO R [23] que se muestra en la figura 9, el cual permite trabajar de la manera deseada, es decir, disparand ls igbts de cada pastilla de manera independiente. Presenta, entre tras, las siguientes características: UL 508C. Ds canales de salida. Prtección Under vltage. Prtección cntra crtcircuit. Apagad suave.

8 Figura 8. Driver Skyper32PRO R. Valres máxims admisibles Vs Tensión de alimentación 16 V I ut,peak Pic de crriente de salida 15 A F max Frecuencia máxima cnmutación 50 KHz V ce 1700 V R g,n,min Resistencia de encendid mínima 1.5 hm R g,ff,min Resistencia de encendid máxima 1.5 hm Tabla 7. Características Driver SKYPER 32PRO Permiten el cntrl independiente de cada un de ls transistres que es capaz de gbernar. La particularidad que presenta este cas, es que para ell bliga a una cnfiguración en la que ls tiemps muerts intrducids internamente pr el driver sn 0, es decir, las señales de dispar que se generen en el hardware de cntrl central (en este cas la FPGA) deben hacerse carg de la inserción de ests tiemps muerts cn el fin de evitar crtcircuits en las cnmutacines Placas Placas de medidas Las placas de medidas crrespnden tant a las de tensión cm las de intensidad. Su funcinamient se explicó en ls apartads y Ls sensres de tensión serán 5, para tmar las 3 medidas de tensión alterna y 2 de cntinua, aunque finalmente se decidió que las medidas de alterna fueran de línea, en vez de fase. Ls sensres de intensidad serán 3, un pr fase. Las siguientes imágenes muestran las placas:

9 Figura 9: Placa de sensres de tensión. Figura 10. Placa de sensres de crriente Placa de drivers Puest que ls dispars l cntrla la FPGA y se envían al driver a través de fibra óptica se hace necesaria una placa de adaptación que las adecúe a las características necesarias para atacar a ls drivers: Adaptación de ls dispars prcedentes de fibra óptica. Apagad suave de ls IGBTs centrales. Supresión de ls tiemps muerts, ya que est está implementad en sftware cm bjetiv del pryect en la FPGA. En la siguiente figura pdems bservar la pcb diseñada:

10 Figura 11. Placa de drivers Skyper32PRO Ventilación El mdel de ventiladr elegid para cada módul es el SKF [24]. Presenta las siguientes características: F V Q P N Frecuencia Tensión Caudal Ptencia Ruid 50/60 Hz 230 V 375 m3/h 24 W 54 db Tabla 8. Características ventiladr SKF Figura 12. Ventiladr SKF

11 3.3.9 Alimentación de sensres, placa de cntrl y ventilación El mdel de la fuente de alimentación es el MW T-60C [25] de Mean Well. Éste se encarga de alimentar tds ls elements que precisen de la misma. Las características que presentan sn las siguientes: V ac Vltaje alimentación 240 V V s1 Tensión salida 1 5 V V s2 Tensión salida 2 15 V V s3 Tensión salida 3-15 V I s1 Intensidad salida 1 5 A I s2 Intensidad salida 2 2 A I s3 Intensidad salida A Tabla 9. Características de la fuente de alimentación MW T-60C.