Diseño de un convertidor AC-DC bidireccional de una sola etapa y con aislamiento galvánico para aprovechamiento de las componentes de alta frecuencia en la tensión AC del VSI trifásico

Abstract

En este trabajo de tesis se presenta el diseño de un convertidor trifásico bidireccional AC-DC con aislamiento galvánico de alta frecuencia. En esta propuesta, las componentes de alta frecuencia generadas por la conversión AC-DC para interacción con la red, son aprovechadas para transferir energía a la carga con aislamiento galvánico, resultando en una configuración de una sola etapa. Para ello, se parte de la configuración de dos etapas, que consiste en un inversor tipo fuente de tensión (VSI) en cascada con un convertidor de doble puente activo (DAB), buscando mantener las ventajas que esta presenta: corriente de red sinusoidal y control de la potencia de salida mediante el ángulo de desfasaje. El estudio del VSI permite obtener las expresiones matemáticas que describen la tensión AC generada; mediante la utilización de una impedancia intermedia del tipo LC (tal como en el caso del DAB serie resonante) es posible atenuar las componentes indeseadas para transferir energía únicamente mediante la componente fundamental a la frecuencia de conmutación, cuya fase es conocida, lo que permite controlar el flujo de potencia mediante el ángulo de desfasaje con un puente activo de salida. Así, las piernas de VSI se utilizan simultáneamente para interacción con la red eléctrica y como puente activo de entrada en una configuración análoga al DAB serie resonante. La propuesta detalla el principio de operación, el procedimiento de dimensionamiento de componentes y la estrategia de control. Se presenta un ejemplo de diseño para un sistema de 24kW que es luego simulado computacionalmente en PSIM® para verificar la validez de la propuesta, comparando los resultados con los obtenidos mediante la configuración de dos etapas.