5. Remote Maintenance
5.1 System Administration
5.1.1 The Network and Remote Service Assistant
En este apartado se discuten tres esquemas de SAI de doble conversión, donde emplean transformadores de alta frecuencia para disminuir el peso y volumen del SAI. 1.4.2.1 Esquema con cuatro etapas
El primer esquema discutido es el reportado en [34]. Dicho esquema utiliza múltiples etapas con el propósito de demandar una corriente con un alto factor de
potencia, utilizar un bus de baterías de baja tensión (36V), e incluir aislamiento. El circuito de potencia se muestra en la Fig. 1.20.
El esquema utiliza como primer etapa un convertidor cd/cd elevador, el cual es utilizado como corrector del factor de potencia, posteriormente es utilizado un convertidor con un trasformador de alta frecuencia de tres puertos, un convertidor flyback y finalmente un inversor de polaridad.
. . . . . 7UI 7UI 9UI . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 7UI 7UI 9UI
Figura 1.20 SAI de doble conversión reportado en [34]
El bus de cd de salida es utilizado para controlar la carga de la batería, ya que hacerlo con el convertidor de tres puertos es muy complejo. El convertidor de tres puertos es un convertidor bidireccional en corriente que permite la carga de la batería, incluyendo aislamiento, y la descarga de ella por el mismo transformador (modo
energía almacenada). La tensión de salida (Vrf) , que va hacia la carga, es una tensión
senoidal rectificada con el propósito de que el inversor que le sigue sólo sea de polaridad, lográndose así una mejor eficiencia por esta etapa. El flyback se utiliza sólo en caso de cargas ligeras y cargas inductivas, con el fin de que la tensión de salida no
se deforme ya que la tensión Vrf es producida por un puente de diodos que no es
bidireccional en corriente.
Este esquema presenta múltiples etapas por lo que el costo se incrementa y la confiabilidad se reduce.
1.4.2.2 Esquema con integración de etapas
En [35] se muestra un esquema de SAI similar al anterior. En cuanto a la etapa del cargador de baterías, se utiliza un convertidor bidireccional en corriente. En la Fig. 1.21 se presenta el diagrama del SAI completo.
9LQ ,LQ 9F 9E 9LQ ,LQ 9F 9E
Figura 1.21 SAI de doble conversión reportado en [35].
En este esquema se utiliza un convertidor reductor-elevador integrado al inversor medio puente para demandar una corriente con un alto factor de potencia. Este inversor es utilizado para cargar la batería además de proporcionar un bus de cd para un inversor puente completo. El inversor puente completo se alimenta directamente del bus de cd producido por el inversor medio puente, por lo que no hay aislamiento entre la tensión de entrada y la tensión de salida.
Este SAI está pensado sólo para cargas no lineales, por lo que la salida no es una senoide, sino una tensión alterna con forma trapezoidal. Este tipo de tensión de salida permite tener una factor de cresta menor que con una tensión de salida senoidal.
El esquema presenta múltiples etapas, aunque por supuesto están integradas, por lo que se sigue manteniendo un alto costo y baja confiabilidad, además de no incluir aislamiento entre la entrada y la salida.
1.4.2.3 Esquema con tres etapas
En [36] se propone un SAI que utiliza un convertidor con un transformador de alta frecuencia de tres puertos. Este esquema, debido al uso de un circuito de control complejo, logra demandar una corriente con un alto factor de potencia sin necesidad de una etapa adicional como en los esquemas anteriores. En este esquema el inversor es operado en su forma tradicional. El circuito del SAI se muestra en la Fig. 1.22.
CONTROLADOR CONTROLADOR BUS DE CD VOUT 0 1 CONTROLADOR CONTROLADOR BUS DE CD VOUT CONTROLADOR CONTROLADOR CONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADORCONTROLADORCONTROLADOR BUS DE CD VOUT 0 1 ARREGLO DE BATERIAS CONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADORCONTROLADORCONTROLADOR BUS DE CD VOUT 0 1 CONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADORCONTROLADORCONTROLADOR BUS DE CD
VOUT
CONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADORCONTROLADORCONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADOR
CONTROLADOR CONTROLADORCONTROLADORCONTROLADORCONTROLADOR BUS DE CD VOUT 0 1 ARREGLO DE BATERIAS
Figura 1.22 SAI de doble conversión reportado en [36].
Este esquema es de los más sencillos por el número de etapas que lo compone, comparados con otros reportados en la literatura, pero tiene la desventaja de ser relativamente complicado de controlar, ya que el mismo convertidor debe producir una tensión razonable para el inversor, debe corregir el factor de potencia y al mismo tiempo cargar la batería, todo esto en modo normal de operación. El esquema utiliza un detector de falla de línea para determinar cuándo el convertidor debe operar en modo de energía almacenada.
En [37], este esquema es comparado con cuatro topologías de SAI, desde las ferroresonantes hasta las que utilizan cuatro etapas con transformador de alta frecuencia. En dicho artículo se muestra que este esquema mejora eficiencia, peso, volumen, entre otros aspectos, comparado con los esquemas ahí mencionados debido a la reducción de etapas.
1.4.2.4 Esquema con tres etapas con alta eficiencia
En [38] se presenta un esquema de SAI de pocas etapas de alta eficiencia, sólo que el bus de baterías utilizado es de alta tensión. En modo normal de operación prácticamente casi sólo una etapa es la encargada de realizar la conversión, por lo que se obtiene una muy alta eficiencia. El circuito del SAI se muestra en la Fig. 1.23.
VO VC VB VO VO VC VB
Figura 1.23 SAI de doble conversión reportado en [38].
La primer etapa es un convertidor cd/cd puente completo, que produce una tensión de salida senoidal rectificada, posteriormente se le conecta un inversor de polaridad para obtener a la salida una tensión senoidal, por lo que la eficiencia es alta. Como este esquema por sí solo no corrige el factor de potencia se le conecta un compensador después del convertidor cd/cd puente completo, con la intención de compensar la corriente demandada por la carga para que el convertidor cd/cd puente completo la vea como una carga resistiva, y de manera natural entonces la corriente demandada a la línea sea con un alto factor de potencia. El compensador dinámico
también es utilizado para cargar la batería; además es utilizado para producir una tensión senoidal rectificada cuando el SAI opera en el modo de energía almacenada.
Este es un esquema muy sencillo y de alta eficiencia por su modo de operación, pero utiliza un bus de baterías muy grande para operar.
1.4.2.5 Esquema con dos etapas
En [39] se presenta un esquema relativamente tradicional, ya que utiliza un transformador de baja frecuencia y un bus de baterías de no tan alta tensión (100V), se introduce el concepto de tensión alterna trapezoidal para cargas no lineales como una opción para ese tipo de cargas. En la Fig. 1.24 se muestra el esquema.
CARGA 9E Cargador de Baterías 9GF 9R 9FK CARGA 9E Cargador de Baterías CARGA CARGA CARGA 9E Cargador de Baterías 9E Cargador de Baterías 9GF 9R 9FK
Figura 1.24 SAI de doble conversión reportado en [39].
La tensión de entrada es rectificada y posteriormente sólo es modulada para obtener una tensión alterna trapezoidal. Esta tensión es elevada con un transformador de baja frecuencia con una relación de 1:1.5, además de introducir aislamiento. Un capacitor de almacenamiento se conecta al bus de línea rectificado para alimentar al cargador de baterías. Cuando ocurre una falla en la línea de alimentación, la batería se conecta al inversor para producir la tensión de salida.
El esquema no demanda una corriente con un alto factor de potencia a la línea de alimentación, pero como sólo está pensado para cargas no lineales del tipo puente rectificador + capacitor, y la tensión de salida es trapezoidal, la corriente finalmente demandada a la línea tiene una bajo contenido armónico que cumple con la norma IEC 555.
Este es el único esquema de SAI que está pensado en sólo pasar la norma, por lo que el número de etapas se reduce, pero sigue siendo voluminoso y pesado debido al uso de un transformador de baja frecuencia.