SUMMARY AND CONCLUSIONS

El condensador del enlace DC situado entre ambos convertidores usualmente es usado con los propósitos de [31]:

 compensar la diferencia entre la potencia requerida por el inversor (cuyo valor medio es constante en régimen estable de operación) y la potencia de salida del rectificador.

 reducir la propagación de armónicos de corriente hacia la red.

 proteger al inversor de los picos transitorios del voltaje de la red.

Este condensador provee una ruta de baja impedancia para las corrientes onduladas asociadas al inversor, las que son consecuencia de la inductancia situada en la carga, del voltaje del bus y de la frecuencia de PWM del inversor; desafortunadamente el grado de ondulación de las corrientes constituye el factor primario en el dimensionamiento del condensador; el mismo también juega su papel en la reducción de la inductancia de dispersión del inversor de potencia, pues esta conduce a la ineficiencia, debido a los picos de voltaje que produce cuando los dispositivos de potencia son conmutados de un estado a otro con un alto valor de di/dt. Si la inductancia de dispersión toma un valor demasiado grande, el tiempo de conmutación de los interruptores debe ser aumentado para mantener los picos de voltaje sin dañar los dispositivos, provocando con esto un aumento en las pérdidas por conmutación que se manifiestan en la disipación adicional de calor en los mismos. [32]

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El enlace está formado realmente por un conjunto de condensadores que permiten además, almacenar energía para estabilizar la tensión en esta región. El canal donde se instalan los condensadores debe diseñarse para una tensión nominal de funcionamiento dada, teniendo en cuenta que debe estar preparado para soportar tensiones al menos un 50% superior a estas. A su vez, debido a que los condensadores son periódicamente cargados y descargados, deben soportar picos de intensidad sustancialmente mayores que su valor cuadrático medio, por esta razón deben estar preparados para altos requisitos térmicos y bajas inductancias. [33]

Todo condensador posee una frecuencia de resonancia fr que separa la zona capacitiva, zona de funcionamiento donde siempre deben funcionar, de la zona inductiva a evitar y cuya expresión es la siguiente [34]:

𝑓_𝑟 = 1

2𝜋√𝐿𝑐𝐶 (2.13)

Donde C es la capacitancia y Lc la autoinductancia del condensador.

Para frecuencias por debajo de la de resonancia, la distribución de la intensidad depende de la capacitancia y por tanto la densidad de corriente se distribuirá homogéneamente en el interior del condensador; por este motivo los condensadores DC-Link son los más críticos, porque normalmente trabajan a altas frecuencias de conmutación. Por esta razón, la inductancia de los condensadores para este tipo de aplicaciones se minimiza, moviendo la frecuencia de resonancia lejos del punto de operación. [34]

A continuación se definen las especificaciones técnicas básicas que se emplean para seleccionar un condensador de potencia y que se deben tener en cuenta para hacer frente a la implementación final de un convertidor de potencia. [34]  Capacitancia nominal.  Tensión nominal DC.  Rizado de la tensión.  Tensión de aislamiento.  Auto-inductancia.

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 Resistencia de aislamiento y constante de tiempo de auto-descarga. En la figura 2.9 se pueden observar los distintos tipos de condensadores y las regiones de aplicación según los rangos de tensión y capacidad. Para la electrónica de potencia los rangos se encuentran aproximadamente por encima de 100V y 500nF, donde sólo los condensadores electrolíticos de aluminio (en menor medida) y los de potencia son capaces de dar servicio a las aplicaciones dentro de estas características.

Figura 2.9 Rangos de capacitancia y tensión para tipos de condensadores. Esta gráfica nos demuestra el grado de especialización tan alto que deben tener los condensadores de potencia para estos requerimientos, donde la única tecnología que puede competir modestamente, sobre todo en precio, son los electrolíticos de aluminio.

Para el filtrado de la tensión rectificada se utilizan condensadores electrolíticos que presentan capacidades elevadas aptas para reducir al máximo el rizado de salida. Estos deben ser de baja resistencia interna para evitar sobrecalentamientos, y aptos para la tensión de aplicación. El valor del condensador de filtrado DC fue seleccionado a partir de la simulación y se fijó en 2000μF y 850V de tensión nominal.

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2.6.1 Problemas asociados a la reducción del capacitor del enlace

La reducción del valor del capacitor del enlace es regida por la necesidad de conservar el rizado debido a la frecuencia de conmutación en niveles aceptables. Por esta razón el condensador factible más pequeño, escogido con base en el rizado de la onda de voltaje, producto de la frecuencia de conmutación es muy pequeño para amortiguar (dentro de los límites de voltaje) incluso la energía (electromagnética) almacenada en el flujo principal del accionamiento conectado. Esto coloca altas demandas en el controlador, el cual debe ser absolutamente confiable. Si el controlador falla, la energía almacenada puede incrementar el voltaje del enlace DC más allá de los niveles permisibles (lo suficiente como para averiar el rectificador y/o el inversor); esto también puede resultar en el disparo del interruptor protector. [35]

Para evitar sobrevoltaje en el enlace DC, resultando en el fallo del controlador, el convertidor debe tener un dispositivo de limitación de voltaje. Esto puede consistir en un troceador reductor tradicional, sin embargo la potencia promedio necesitada es más pequeña que para un convertidor convencional, aunque la potencia nominal pico probablemente será mayor. El troceador debe ser independiente del controlador del convertidor para ser operacional en caso de que el controlador falle. Preferentemente, el troceador debería funcionar directamente del voltaje del enlace DC. [35]