| dc.description | Con el propósito de obtener corriente alterria (alternatirig current, AC) cte amplitud y frecuencia
variables, a partir de la red eléctrica, de amplitud y frecuencia fija, la estrategia nis común es
convertir la energía a un enlace de corriente continua (direct current, DC) por medio de tina etapa
rectificadora, para luego transformar la DC a AC utilizando un inversor.
El Convertidor Matricial (MC) es una topología para la conversión directa de potencia eléctrica
que ha atraído creciente interés. Este convertidor permite alimentar una carga con frecuencia
y amplitud variables, sin necesidad de almacenamiento de energía en un enlace DC. Otras de sus
virtudes son que posee un circuito de l)otencia relativainetite simple y compacto, es capaz de generar
corrientes sinusoidales tanto en la entrada corno en la salida, con factoi' de potencia (PF) unitario
y capacidad de regeneración. Su principio de funcionamiento se basa en un arreglo de switches
bidireccionales, que interconectan directamente la fuente de poder o entrada del convertidor con
la carga. Su principal nicho se concentra en aplicaciones donde el tamaño y la ausencia de enlace
continuo son temas relevantes, como por ejemplo en la industria aeronáutica.
Variadas son las técnicas para controlar el suministro de energía hacia o desde la carga, basadas en
general en métodos de modulación y controladores de corriente. Por otra parte, el Control Directo de Torque (Direct Torque Control, DTC) y el Control por Campo Orientado (Ficld Oriented
Control, FOC) son estrategias de control para máquinas de inducción, de amplia aplicación en la
industria y que han sido usadas en MCs. Un nuevo enfoque para controlar una amplia gama de
variables en convertidores de potencia a sido propuesta recientemente, aplicando control predictivo
basado cii modelos. Entre las variables controlarlas se cuentan las coi'rierit.es (le salida, el torque y
flujo en máquinas de inducción, la potencia reactiva hacia la red, el balance en el enlace continuo
(convertidores inultinivel) y la frecuencia de comnutación del convertidor.
El objetivo de esta investigación es desarrollar técnicas de control predictivo aplicadas al MC,
alimentando tanto cargas pasivas como máquinas de inducción. En primer lugar, se estudian las
técnicas de modulación y control más comunes para este tipo de convertidores. Posteriormente,
se introduce la aplicación de control predictivo de corriente (predictive current control, PCC) y
el control (le torque predictivo (predictive torque control, PTC), analizando, tanto en simulación
como experimentalmente, sus cualidades y desempeño. Adicionalniente, se presentan variaciones
al algoritmo predictivo, que permiten controlar a voluntad la fase de las corrientes de entrada
respecto a sus voltajes (PF), la frecuencia de conmutación, disminuir las pérdidas por conmutación
-aumentando de esta forma la eficiencia del equipo- y reducir el voltaje de modo común (CMV)
en la carga. Se estudia también el comportamiento del sistema trabajando con una fuente de
alimentación deshalanceacla.
El método desarrollado ha demostrado un excelente desempeño, controlando tanto las variables en
la carga corno las corrientes de entrada. Cuenta cori una rápida respuesta dinámica, PF unitario y
bajo nivel de ripple en torque y flujo. La técnica para reducir las pérdidas por conmutación logró
aumentar la eficiencia del MC en cerca de un 1% sin afectar su desempeño, y hasta en un 3% en
casos en que es aceptable un deterioro cxi la señal de torque y las corrientes a la red. La estrategia
para mitigar el CMV logró reducir su valor rms desde aproximadamente 100 V a 30 V. Su eficacia
radica principalmente en el hecho de que el método, a diferencia de las técnicas clásicas como SVM
o DTC, utiliza los vectores rotatorios, que producen nulo CMV.
Los métodos predictivos de control desarrollados en el curso de esta investigación pueden ser implenientados
utilizando el actual estado del arte en procesadores digital de señales. Tanto PCC
como PTC sacan partido de la naturaleza discreta de los estados de conmutación del convertidor
y de la plataforma de control. De esta forma, logran reemplazar etapas de modulación y lazos
de control superiores, tales como controladores de corriente, control por campo orientado (FOC),
DTC u otros. El enfoque de control preclictivo, basado en optimización en tiempo real, representa
tina solución novedosa pata el control de convertidores de potencia y accionamientos eléctricos,
abriendo interesantes perspectivas para su desarrollo futuro. | |
