Modelado y análisis de circuitos lineales con diodos e interruptores ideales en el marco de referencia complementario

Abstract

In this thesis the Complementary Framework (CF) is used to represent Power Electronics Converters (PEC) AC/DC and DC/DC. In this scheme the models for power converters are represented by a set of differential algebraic equations subject to complementarity constraints. Two variables greater than zero are complementary if the product of them is always zero. This fact is exploited in the CF to modelling the diode and switch ideally. In the developing of the thesis several models for systems with diodes are presented with emphasis in the characteristics and difficulties of modelling. It also shows how inside of the complementary formalism the circuits with a large number of diodes can be represented in a simple and systematic way. One of the advantages of this technique is the possibility to represent complete models that are valid for the operating modes that present the power converters under an unified mathematical representation. To verify the previous premise the complementary models for the Full Wave Rectifier (FWR) and the Three-Phase Rectifier (TFR) are simulated with different scenarios of operation. In particular for the TFR are investigated the causes of the operating modes considering: the injection of harmonics in power sources, the variation of capacitive filter to different load conditions. In the case of FWR several operating modes are analyzed as a function of the capacitive filter variation and different load conditions. The PEC CD/CD as the buck converter and resonant converter DC/DC which are analyzed are systems consisting of diodes and switches. In the CF the switches are manipulated and processed in known functions or represented as complementarity constraints.

En la presente tesis se hace uso del Marco de Referencia Complementario (MRC) para representar convertidores de Electrónica de Potencia (EP) de CA/CD y de CD/CD. En este esquema los modelos para los convertidores de potencia son representados por un conjunto de ecuaciones algebro-diferenciales sujetas a restricciones complementarias. Dos variables cualesquiera mayores de cero son complementarias si el producto de ellas es siempre cero. Este hecho se aprovecha en el MRC para modelar el diodo y el interruptor electrónico idealmente. En el desarrollo de la tesis se presentan varios modelos para sistemas con diodos haciendo hincapié en las particularidades y dificultades del modelado. Asimismo se muestra como utilizando el formalismo complementario pueden ser representados circuitos eléctricos con una gran cantidad de diodos en una forma sencilla y sistemática. Una de las ventajas que ofrece esta técnica consiste en que es posible representar modelos completos que son válidos para los modos de operación que experimentan los convertidores de potencia, desde una representación matemática única. Para comprobar el juicio anterior los modelos complementarios correspondientes al Rectificador de Onda Completa (ROC) y al Rectificador Trifásico (RT) son simulados en diferentes escenarios de operación. En particular para el RT son investigadas las causas de los modos de operación en función de: la inyección de armónicos en las fuentes de alimentación, la variación del filtro capacitivo y en diferentes condiciones de carga. En el caso del ROC los modos de operación se analizan en función de la variación del filtro capacitivo y en diferentes condiciones de carga. Los convertidores de EP de CD/CD como el Convertidor Reductor y el Convertidor Resonante de CD/CD que se analizan son sistemas que constan de diodos e interruptores.