Simulación a Escala Industrial de Nuevo Rectificador CA/CC Aplicado a Sistemas Ferroviarios Subterráneos

Abstract

Cuando se tiene una carga no lineal, como lo es un rectificador CA/CC, la corriente resultante es alterna pero no sinusoidal, apareciendo corrientes y tensiones armónicas en el sistema eléctrico que crea diversos problemas a lo largo de la red tales como: el aumento de pérdidas de potencia activa, sobretensiones en los condensadores, errores de medición, mal funcionamiento de protecciones, daño en los aislamientos, deterioro de dialéctricos, disminucón de la vida útil de los equipos, entre otros.

En esta memoria se propone una nueva técnica de rectificación que sea capaz de evitar la inyección de corrientes armónicas a la red y sus respectivos problemas asociados. Esta propuesta, basada en la técnica elaborada por el Prof. villablanca, consiste en modular la corriente CC a la salida de un rectificador multipulsos, de modo que esta refleje en el lado CA una corriente perfectamente sinusoidal. Para ello la corriente CC debe seguir una referencia dada por semisinusoides de frecuencia determinada por la cantidad de pulsos del rectificador. Para modular la corriente, se propone utilizar un interruptor en paralelo a la salida del rectificador, método que experimentalmente arrojó mejores resultados que la versión en serie propuesta anteriormente por el Prof. villablanca.

Para entender el comportamiento de esta nueva configuración, en esta memoria se simula el rectificador propuesto en una de las aplicaciones que mayor demanda de potencia existe en el mercado; un recitificador aplicado a la red de tracción de sistemas ferroviarios subterráneos.

Los resultados de las simulaciones muestran que con una frecuencia de conmutación de 5 kHz y circulando corriente nominal se obtiene un rendimiento de 94,6%, con un THD de corriente de 4,6% y una temperatura de operación de 110.3 °C en las junturas de los cuatro IGBT utilizados. De la potencia utilizada perdida por los interruptores, un 32,3% corresponde a pérdidas por conducción de los dispositivos, mientras que el 67,6% corresponde a pérdidas por conmutación. A su vez el rectificador logra superar las exigencias que demanda una subestación de rectificación de gran tracción clase F.

Se concluye que el rectificador, en condiciones estacionarias, es capaz de soportar las exigencias necesarias en términos de potencia y temperatura, cumpliendo el objetivo de reducir el contenido armónico asociado. Sin embargo, ante variaciones importantes importantes de corriente, el comportamiento no es el más óptimo, debido a la imposibilidad del control de modificar la frecuencia de conmutación y así adaptarse a las condiciones de operación.

Como trabajo futuro se propone ahondar en la lógica de control del rectificador propuesto; si bien la banda de histeresis presenta un buen avance y una aceptable estrategia de control, si se mide la temperatura del dispositivo y el THD de la corriente de entrada, se podría controlar, además de la magnitud de la corriente de salida, la frecuencia de conmutación y el ancho de la banda de histéresis, de forma de optimizar una función objetivo que contemple los valores de THD y pérdidas del rectificador, mejorando su desempeño y rendimiento dependiendo de las necesidades inmediatas de operación.