Sistema de adquisición y adecuación de señales eléctricas para el control y monitorización del módulo SEMITEACH-IGBT de SEMIKRON.

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Breve reseña de la propuesta:

Actualmente, el grupo de investigación GISEL de La Universidad Industrial de Santander se encuentra trabajando en la implementación de un inversor de potencia, para lo cual se hace necesario el diseño y montaje de los circuitos encargados de las etapas de adquisición y adecuación de las señales eléctricas necesarias para el control y monitorización del módulo SEMITEACH-IGBT de SEMIKRON que se utilizará en este proyecto.

El propósito de este proyecto es, construir los circuitos de adquisición de las señales de tensión y corriente, que serán utilizadas como entradas para las tarjetas de control Texas Instruments TMS320F2812 de punto fijo y la tarjeta DSPACE 1104; así como también el circuito de adecuación de las señales de conmutación para controlar el módulo SEMITEACH-IGBT de SEMIKRON.

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- INTRODUCCIÓN

La energía desde hace mucho tiempo ha sido un factor impulsor del desarrollo de la sociedad, pero no siempre su uso ha sido en forma racional y eficiente, un ejemplo notable se ve en las fuentes tradicionales de generación de energía, como son los hidrocarburos y la energía nuclear, elementos que contribuyen a la contaminación del medio ambiente.

Por tal motivo, el uso de energías renovables está adquiriendo una importancia cada vez mayor en la sociedad. Además se sabe que las reservas de hidrocarburos se están agotando, parece lógico que las fuentes de energías alternativas, como la solar y la eólica, entre otras se proyecten como la solución energética a la sociedad del mañana. Algunas de las fuentes de energías renovables, como los generadores fotovoltaicos, producen corriente continua y las cargas industriales y residenciales generalmente trabajan a partir de corriente alterna, haciéndose necesaria una etapa intermedia de conversión de corriente continua a alterna, mediante equipos llamados convertidores CC/CA o inversores. Un inversor de potencia es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna. La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente directa a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador.

Sumado a lo anterior, en la actualidad son muchas las utilidades dadas a los inversores dentro de las cuales se destacan, la conversión de corriente continua generada por paneles solares en corriente alterna, controles de par, velocidad y posición de máquinas de CA, fuentes ininterrumpibles de tensión (UPS), filtros activos de potencia, entre otras.

Hoy en día, son numerosos los convertidores de potencia conectados a redes eléctricas, comportándose éstos como cargas no lineales. La implementación de estos convertidores depende de la aplicación, del nivel de potencia y de los dispositivos semiconductores empleados en éstos. [1]

Actualmente el grupo el grupo de investigación GISEL de La Universidad Industrial de Santander se encuentra trabajando en la construcción de un inversor de potencia utilizando el módulo SEMITEACH-IGBT de SEMIKRON, el cual será posteriormente utilizado en diferentes tipos de aplicaciones como las mencionadas anteriormente. Para la implementación de este inversor, se hace necesario el diseño y montaje de los circuitos encargados de las etapas de adquisición y adecuación de las señales eléctricas (tensiones y corrientes) necesarias para el control y monitorización del módulo SEMITEACH-IGBT que se utilizará en este proyecto.

Este trabajo de investigación pretende desarrollar los circuitos de adquisición y adecuación de las tensiones y corrientes, que serán utilizadas como entradas para las tarjetas de control Texas Instruments TMS320F2812 de punto fijo y la tarjeta DSPACE 1104 (utilizadas para el control del inversor); así como también el circuito de adecuación de las señales de conmutación para controlar el módulo SEMITEACH-IGBT, aportando con ésto al desarrollo de estrategias para contribuir a la mejora de las líneas de investigación del grupo GISEL correspondientes al uso racional de la energía (URE) y energías renovables (ER) y al diseño, operación, control y mantenimiento de sistemas de energía eléctrica.

- FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Actualmente existen multitud de aplicaciones para los convertidores DC/AC o inversores, entre ellas puede citarse el control de motores de corriente alterna, donde se hace necesario un rectificador controlado para convertir a continua la señal de alterna, la cual después se vuelve a ondular mediante un inversor, con el fin de regular la potencia entregada al motor. El inversor también se utiliza en aplicaciones que van desde pequeñas UPS (Uninterruptible Power Source), hasta aplicaciones industriales de alta potencia; además se usan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares (que en algunas aplicaciones es almacenada en baterías), en corriente alterna, para luego ser utilizada en el hogar, en la industria, remplazando el servicio de la red pública. Otra de las utilidades es la aplicación en los filtros activos de potencia, dispositivos electrónicos que tienen como función eliminar las componentes armónicas que se encuentran en la red [2].

Partiendo de lo anterior, se hace necesaria la implementación de los inversores de potencia para su utilización en este tipo de aplicaciones. Por tal motivo, en esta tesis de grado se pretende trabajar en los circuitos de adquisición y adecuación de las señales de un prototipo de inversor que será construido en el grupo GISEL de la Universidad Industrial de Santander.

En la Figura 1 se muestra un esquema general del prototipo a implementar por el grupo GISEL. Esta tesis se enfocará en el sistema de adquisición de señales (tensiones y corrientes) para el control del módulo SEMITEACH- IGBT, teniendo en cuenta que estas señales deben ser adquiridas por un DSP y/o por la tarjeta de control DSPACE 1104. A su vez, se trabajará en el circuito de adecuación de las señales de conmutación o de disparo del inversor, ubicado entre el DSP y/o la tarjeta de control DSPACE1104 y el inversor de potencia.

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