3.2. Diseño de las Tarjetas Impresas Construcción de las tarjetas Impresas Estructura de Almacenamiento

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1 Tabla de contenido Resumen... ii Agradecimientos... iv Índice de Figuras... vii Índice de Tablas... ix Nomenclatura... x Abreviaciones... xi 1. Introducción General Introducción Objetivos Alcances del proyecto Metodología Revisión Bibliográfica Aplicaciones del STATCOM Diseño del STATCOM Marco Teórico Topología del inversor Diseño definitivo del STATCOM Modulación Selección de componentes y mantenimiento Modelamiento dinámico y simulación a frecuencia fundamental para una fase Análisis dinámico Construcción e Implementación Diseño de las etapas Etapa de Sensado Etapa del inversor Etapa de Alimentación Etapa de Control y Programación Etapa de Carga RL v

2 3.2. Diseño de las Tarjetas Impresas Construcción de las tarjetas Impresas Estructura de Almacenamiento Resultados Consideraciones del modelo con carga RL Formas de onda de simulación Formas de ondas experimentales Discusión y análisis de resultados Primer caso Segundo caso Tercer caso Conclusiones y Análisis Conclusión General Implementación y puesta en marcha Resultados Trabajos futuros Bibliografía Anexo A. Transformación dq Anexo B. Código vi

3 Índice de Figuras Fig STATCOM Hitachi, de 20[MVA] Fig Esquema básico del STATCOM conectado a una carga RL Fig Equivalencia simplificada del STATCOM Fig Triangulo de Potencias Fig Esquema de un inversor trifásico fuente de voltaje Fig Esquema de un inversor trifásico construido con 3 inversores monofásicos Fig Esquema eléctrico del inversor trifásico del compensador (en vacío) Fig Formas de onda involucrada en la SPWM Fig Comparación entre a) b) Fig Resta entre las señales PWM Fig Esquema simplificado del sistema a 6[kHz] Fig Gráfico representando la Tabla Fig Análisis de Fourier para M = Fig Simplificación del circuito de la Fig. 13 para cálculo de inductancia Fig Análisis de Fourier para la corriente de entrada Fig Esquema básico del compensador para el cálculo de C Fig Gráfica del voltaje en el lado DC Fig Equivalencia para el modelamiento Fig Voltaje en el lado DC de la fase A Fig Corriente en el lado AC de la Fase A en estado estacionario Fig Comparación de fase entre corriente y voltaje en la Fase A del lado AC Fig Conexión del compensador y distribución de corrientes Fig Distribución eléctrica en potencia y control del compensador Fig Esquema de la etapa de control Fig Circuito del sensor de voltaje Fig Adaptador corriente-voltaje Fig Esquema de la etapa del inversor Fig Circuito del driver del inversor Fig Conexión del circuito integrado IR2104 hacia el inversor Fig Esquema del inversor Fig Esquema de alimentación para la electrónica involucrada en el control Fig Diseño del sensor de voltaje (doble cara) Fig Maquina CNC construyendo una tarjeta impresa Fig Disposición por bloques de la estructura vii

4 Fig Estructura definitiva del compensador Fig Disposición física de cada etapa del compensador Fig Esquema monofásico general con carga RL. Válido para la fase A, B y C Fig Corriente que circula por el STATCOM en estado estacionario Fig Voltaje Vsa versus Corriente Total Ita en estado estacionario Fig Corrientes: Corriente total Ita, Ica e Ia Fig Voltaje Vp1 en fase con el voltaje de alimentación Vsa Fig Gráfica del voltaje DC en estado estacionario Fig Forma de onda de la corriente que circula por el STATCOM Fig Corriente total Ita versus voltaje Vs Fig Corrientes: Corriente total Ita, Ia y corriente de carga Ica Fig Voltaje Vp1 en fase con el voltaje de alimentación Vsa Fig Triángulo de potencias del caso Fig Corriente Ia que circula por el STATCOM Fig Forma de onda de corriente total y voltaje de alimentación Fig Corriente total Ita, corriente Ia y corriente de carga Ica Fig Voltaje Vp1 en fase con el voltaje de alimentación Vsa Fig Corriente y voltaje del sistema (Ita vs Vsa) Fig Corriente y voltaje del sistema (Ita vs Vsa) Fig Perspectiva secundaria de las formas de onda involucradas Fig Voltaje de alimentación Vsa versus Vp1 para 20[V]rms Fig Formas de onda de Ica, Vsa y Ita, Fig Voltaje de alimentación Vsa versus Vp1 para 20[V]rms Fig Corriente de carga y total en fase, desfasadas en 27.7 con respecto a Vs Fig Corriente de carga, corriente total y voltaje de alimentación Fig Forma de onda del voltaje Vp1 con Vsa viii

5 Índice de Tablas Tabla 1. Barrido de magnitud de armónicos presentes en la corriente para distintos valores de moduladora Tabla 2. Valores de componentes Tabla 3. Valores asignados a los componentes para efectos de simulación e implementación en este caso Tabla 4. Valores asignados a los componentes para efectos de simulación e implementación en este caso ix

6 Nomenclatura : Voltajes de alimentación de la fuente para la fase A, B y C respectivamente. : Corrientes de entrada al STATCOM, en su parte AC para la fase A, B y C respectivamente. : Corrientes de carga para la fase A, B y C respectivamente. : Corrientes totales para la fase A, B y C respectivamente. : Corrientes directas para la fase A, B y C respectivamente. : Corrientes cuadratura para la fase A, B y C respectivamente. respectivamente. : Voltajes DC para las salidas del convertidor de la fase A, B y C : Resistencia de estabilización del lado DC para fase A, B y C. : Filtro lado AC del STATCOM para fase A, B y C. : Capacitor para fase A, B y C. : Resistencias de carga para fase A, B y C. : Inductancias de carga para fase A, B y C. : Índice de modulación : Moduladora directa : Moduladora cuadratura : Frecuencia de señal portadora : Corriente de fuga : Impedancia de carga RL : Ángulo entre Vsa y la señal moduladora. x

7 Abreviaciones VSC: Convertidor fuente de voltaje (Voltage Source Converter) STATCOM: Compensador estático (Static Compensator) DC: Corriente directa (Direct Current) AC: Corriente alterna (Altern Current) RMS: Valor eficaz de voltaje (Root Mean Square) PLL: Lazo de seguimiento de fase (Phase Locked Loop) PI: Control Proporcional Integrador DSP: Procesador digital de señales (Digital Signal Processor) PWM: Modulación por ancho de pulsos (Pulse Width Modulation) SPWM: Modulación por ancho de pulso senoidal (Sine Pulse Width Modulation) MSPWM: Modulación por ancho de pulso senoidal modificada (Modified Sine Pulse Width Modulation) PCC: Punto común de conexión RL: Carga compuesta por una resistencia y una inductancia IGBT: Transistor bipolar de compuerta aislada (Insulated-Gate Bipolar Transistor) ERNC: Energías renovables no convencionales OP: Amplificador operacional (Operational Amplifier) LCEEP: Laboratorio de Conversión de Energía y Electrónica de Potencia CNC: Control numérico por computadora xi