Disseny i construcció d’un prototipus d’ondulador trifàsic de 1,5 kW amb correcció del factor de potència

Abstract

En els darrers anys l’evolució de l’electrònica de potència i de control ha permès que la indústria adquireixi un grau d’automatització molt important. La tendència actual és que el motor elèctric, l’element principal del procés productiu, tingui associat un convertidor de freqüència. Actualment, l’etapa d’entrada de la majoria de convertidors de freqüència de baixa i mitja potència és un rectificador passiu. Degut a aquest el factor de potència del convertidor és baix i s’injecten harmònics de corrent a la xarxa que han d’esser atenuats mitjançant filtres externs al convertidor per a complir les normatives de compatibilitat electromagnètica. El present projecte consisteix en el disseny i construcció d’un convertidor de freqüència de baix cost de fins a 1,5 kW amb corrector del factor de potència (PFC). L’objectiu del PFC és rectificar la tensió de la xarxa amb un factor de potència òptim (molt pròxim a la unitat). De forma que la xarxa veu l’accionament pràcticament com una càrrega lineal evitant els inconvenients del rectificador passiu, malgrat que s’incrementa la complexitat i el cost del convertidor. En una primera part del projecte s’ha estudiat l’estructura del convertidor a dissenyar per a després fer l’anàlisi d’alternatives i el disseny de cada part del convertidor de forma independent. El funcionament del prototipus s’ha comprovat aplicant-ho al control de velocitat d’un motor d’inducció. Pel que fa al prototipus construït, l’ondulador s’ha implementat mitjançant un IPM ( intelligent power module) que són mòduls que integren en el mateix encapsulat els transistors, els drivers i les proteccions dels semiconductors. Aquest mòduls simplifiquen el disseny de l’ondulador i són adequats per a aplicacions de baix cost. També s’ha dissenyat i muntat una font commutada per a alimentar el control a partir de la tensió del bus de continua del convertidor. Aquesta font suprimeix la necessitat d’utilitzar fonts externes addicionals i augmenta la robustesa del convertidor. En quant al funcionament del PFC, s’ha obtingut un factor de potència de l’ordre de 0,95 amb una distorsió harmònica total (DAT) del corrent del 20%. També s’ha comprovat que es compleix la normativa en quant a la injecció d’harmònics de corrent a la xarxa sense necessitat d’afegir filtres externs. Finalment, s’ha realitzat un anàlisi econòmic i medi ambiental del prototipus construït.