Diseño e implementación de un convertidor trifásico en base a tiristores utilizando un DSP

Abstract

In this research work, the design and construction of a prototype of a thyristor controlled converter are presented, which is suitable for industrial applications. The power converter, based on a six pulse three-phase configuration, is built using three commercial thyristor modules and three phase angle trigger modules. The control system and digital signal processing associated to the power converter are implemented in a Digital Signal Controller (DSC) F28335, which is a recent device appropriated for monitoring and controlling the state of the converter. The voltage zero crossing required by the DSC synchronization process relies on a digital filter scheme, which is based on a notch filter. This filter allows obtaining the line voltage zero crossings by determining the voltage fundamental frequency component without introducing time delays. A Proportional Integral digital controller (PI) is designed for closed-loop operation improves significantly the stability, dynamic behavior and response of the converter to external disturbances. The mathematical model of the converter in the discrete time domain is defined with the Z transform and a Zero Order Holder (ZOH) representation. The proposed control system is implemented in Simulink. An open loop control method, equivalent to the equidistant firing method is implemented in this work, which is simulated using PSCAD/EMTDC and implemented in the prototype converter. This control strategy is used to operate the converter in open-loop with unbalanced voltages and harmonics.

En este trabajo de tesis se presenta el diseño y construcción de un prototipo de un convertidor controlado por tiristores, el cual es adecuado para utilizarse en aplicaciones industriales. La topología del convertidor desarrollado se basa en un arreglo trifásico de seis pulsos, el cual se construye con tres módulos de tiristores y tres disparadores de ángulo de fase comerciales, lo cual constituye la parte de potencia del convertidor. Las tareas asociadas al control y procesamiento digital de señales en el convertidor de potencia se realizan en un controlador digital de señales (DSC) F28335, el cual es un dispositivo de última generación adecuado para monitorear y controlar el estado del convertidor. La sincronización del procesador digital de señales con los cruces por cero de los voltajes de línea que alimentan al convertidor se desarrolla en este trabajo con un esquema de filtrado digital basado en un filtro tipo muesca. Este filtrado permite obtener los cruces por cero de los voltajes de línea mediante la determinación de la componente fundamental de estos voltajes sin introducir retardos de tiempo. Para propósitos de operación en lazo cerrado se diseña matemáticamente un controlador digital PI cuyas ganancias mejoran significativamente la estabilidad, comportamiento dinámico y respuesta del convertidor a perturbaciones externas. El modelo matemático del convertidor requerido para diseñar el sistema de control se realiza en el dominio del tiempo discreto con la transformada Z y una representación como retenedor de orden cero. Por su parte, las simulaciones del sistema de control implementado se realizan en el paquete computacional Simulink. Se presenta un método de control en lazo abierto equivalente al método de disparos equidistantes, el cual se desarrolla por simulación en PSCAD/EMTDC y se implementa en el prototipo del convertidor.