Filtros activos de potencia para la compensación instantánea de armónicos y energía reactiva.

Since the last quarter of the last century, and due to the spectacular increment of the connection of electronic loads to the electric system, it has been extraordinarily increased the existence of non-sinusoidal currents with high content of harmonics. This fact, in comparison to our environment, is named "electric pollution".The presence of these electronic loads is given in all power levels, from hundreds of VA until some MVA and, although the problem is increased with the installed power, it is not negligible the effect achieved by the accumulation of many loads of small power. Due to this fact specific power quality standards have been imposed.The conventional filter techniques, based on passive filters installation tuned at the supposed harmonics in the plant, became inadequate due to the variability in the value and content of the same ones throughout the time. The present PhD thesis is dedicated to the study of the current techniques for the elimination of those harmonics, and also the conventional reactive energy, by means of Active Power Filters based on the use of static power converters and specific control algorithms.After exposing the mains theories on the instantaneous power in the electric systems, and their application to the compensation techniques of harmonic and reactive energy by means of Active Power Filters, improvements are contributed in the application of those theories consistent in the simplification of the same ones based on the exclusive consideration of the active instantaneous power, as a really physical concept and easily measurable.In particular it is considered of special interest, for their simplicity and excellent results, the so called Simplified General Theory of the Instantaneous Power. This theory is applicable to one-phase as well as three-phase systems with or without neutral conductor.Analogical and digital prototypes of control have been built, based on the exposed theories, with experimental results that confirm the validity of the same ones.An industrial prototype of a Active Power Filter of 40kVA of compensation power has also been built, whose control is based in Simplified General Theory of the Instantaneous Power, and experimental results in laboratory demonstrate the excellent behaviour even with electronics loads whose Total Harmonic Distortion of current (THDi) exceeds 70%. This THDi is reduced below values of 5%.Desde el último cuarto del pasado siglo, y debido al espectacular incremento de la conexión de cargas electrónicas al sistema eléctrico, se ha incrementado extraordinariamente la existencia de corrientes no senoidales con alto contenido de armónicos, apareciendo lo que, por similitud con el entorno medioambiental, se denomina "polución eléctrica."La presencia de estas cargas electrónicas se da en todos los niveles de potencia, desde centenas de VA hasta algunos MVA y, aunque el problema se agrava con la potencia instalada, no es por ello despreciable el efecto provocado por la acumulación de muchas cargas de pequeña potencia, hasta tal punto que el contenido de armónicos ha debido ser regulado por normas específicas.Las técnicas convencionales de filtrado, basadas en la instalación de filtros pasivos sintonizados con los armónicos supuestamente presentes, resultan inadecuadas debido a la variabilidad en el valor y contenido de los mismos a lo largo del tiempo.El presente trabajo de tesis está dedicado al estudio de las técnicas actuales para la eliminación de esos armónicos, y también de la energía reactiva convencional, mediante técnicas de Filtrado Activo de Potencia (FAP), basadas en la utilización de Convertidores Estáticos de Potencia y algoritmos de control específicos.Después de exponer las principales teorías sobre la potencia instantánea en los sistemas eléctricos, y su aplicación a las técnicas de compensación de armónicos y energía reactivamediante FAP, se aportan mejoras en la aplicación de esas teorías, consistentes en la simplificación de las mismas basadas en la consideración exclusiva de la potencia activa instantánea, como concepto de indudable sentido físico y fácilmente medible.En particular se considera de especial interés, por su simplicidad y excelentes resultados, la denominada Teoría General de la Potencia Instantánea Simplificada (TGPIS), de aplicación tanto a sistemas monofásicos como a trifásicos, con o sin neutro.Se han construido prototipos de control analógico y digital, basados en las teorías expuestas, con resultados experimentales que confirman la validez de las mismas.También se ha construido un prototipo industrial de un FAP de 40kVA de potencia de compensación, cuyo control está basado en la TGPIS, sobre el que se han realizado ensayos de laboratorio a potencias del orden de 15kVA, con resultados que demuestran su excelente comportamiento, incluso ante cargas cuya Distorsión Armónica Total de corriente (THD) excede el 70%, que queda reducida a valores inferiores al 5%

Burden resistor selection in current transformers for low power applications

In order to sense AC current with electric isolation in high frequency switching power converters the most simple and low cost solution is to consider a current transformer with a burden resistor. But burden resistor selection is not a simple task because involves a lot of considerations that affect the output voltage and its signal-to-noise ratio and the bandwidth of the measure. In this paper, considering the basic equations of the transformer and applying the Laplace Transformation is obtained a simple model of the current transformer interesting to select burden resistor and even to design the current transformer in case of high frequency applicationsPostprint (published version

Current sharing control strategy for IGBTs connected in parallel

This work focuses on current sharing between punch-through insulated gate bipolar transistors (IGBTs) connected in parallel and evaluates the mechanisms that allow overall current balancing. Two different control strategies are presented. These strategies are based on the modification of transistor gate-emitter control voltage VGE by using an active gate driver circuit. The first strategy relies on the calculation of the average value of the current flowing through all parallel-connected IGBTs. The second strategy is proposed by the authors on the basis of a current cross reference control scheme. Finally, the simulation and experimental results of the application of the two current sharing control algorithms are presented.Peer ReviewedPostprint (published version

Low Consumption Flux-Gate Transducer

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LCLC resonant converter as maximum power point tracker in PV systems

This paper presents the analysis and implementation of an LCLC resonant converter working as maximum power point tracker (MPPT) in a PV system. This converter must guarantee a constant DC output voltage and must vary its effective input resistance in order to extract the maximum power of the PV generator. Preliminary analysis concludes that not all resonant load topologies can achieve the design conditions for a MPPT. Only the LCLC and LLC converter are suitable for this purpose.Peer ReviewedPostprint (published version

Electrical PV array reconfiguration strategy for energy extraction improvement in grid-connected PV systems

This paper applies a dynamical electrical array reconfiguration (EAR) strategy on the photovoltaic (PV) generator of a grid-connected PV system based on a plant-oriented configuration, in order to improve its energy production when the operating conditions of the solar panels are different. The EAR strategy is carried out by inserting a controllable switching matrix between the PV generator and the central inverter, which allows the electrical reconnection of the available PV modules. As a result, the PV system exhibits a self-capacity for real-time adaptation to the PV generator external operating conditions and improves the energy extraction of the system. Experimental results are provided to validate the proposed approach.Postprint (published version

Estrategia de control para el equilibrado de corriente en transistores IGBT conectados en paralelo

En este artículo se realiza un breve estudio sobre las características que influyen en el reparto de corriente entre semiconductores conectados en paralelo. El estudio se centra en el reparto de corriente en transistores IGBT conectados en paralelo y los mecanismos que permiten compensar dicho reparto. Para ello se proponen dos estrategias de control para el equilibrado de corriente que están basadas en un caso en el cálculo del valor medio de la corriente y en el otro, en la asociación de parejas de transistores. Finalmente se presentan resultados experimentales basados en las estrategias de control propuestas.Postprint (published version

Mejoras en el consumo de energía de los transductores de corriente basados en el efecto flux-gate

En este trabajo se presenta una mejora en el diseño de los transductores de corriente flux-gate, con vistas a la reducción del consumo eléctrico de la electrónica de control. Esta mejora consiste en la substitución del amplificador lineal de compensación de flujo, que proporciona la salida de corriente de medida proporcional a la corriente principal, por un amplificador clase H, con lo cual se consigue reducir apreciablemente el consumo de energía de la electrónica sin afectar a las prestaciones del transducto r en cuanto a precisión, linealidad, etc.Postprint (published version

The Machreck Energy Development - Solar project MED-Solar

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Disseny d'un canvi de marxes electrònic per a una bicicleta

En aquest projecte s’ha dissenyat un prototip d’un canvi de marxes electrònic per a una bicicleta. Mantenint la mecànica dels engranatges i desviadors, el sistema consta de dos servomotors, un per als plats i l’altre, per als pinyons, incorporats als seus cables per a canviar-ne la posició i així variar de marxa/plat respectivament. Per visualitzar la posició dels servomotors, es disposa de dos displays de 7 segments: un per als plats, d’un dígit, i un per als pinyons, de 4. Aquest, a més, incorpora un menú que a partir d’un selector es podran mostrar diferents funcions: mostra del pinyó actual, configuració, velocitat i cadència. La configuració serà per saber quants plats/pinyons té la bicicleta, la velocitat serà calculada a partir d’un sensor electroimant, i amb la pròpia velocitat se’n pot deduir la cadència, que és el temps que es tarda a fer una pedalada