Modulación TPWM-DM para inversores de potencia

Abstract

La técnica de modulación TPWM-DM (Trapezoidal Pulse Width Modulation with Direct Modulation) desarrollada en esta tesis, utiliza el método de modulación directa sobre una señal trapezoidal para obtener una señal modulada PWM a la salida de un inversor de potencia. Con ello se obtiene una señal, con unas características muy interesantes, que supera en calidad a otras técnicas de modulación. La modulación directa se diferencia de otros métodos de modulación utilizados habitualmente, en que no utiliza señales portadora ni moduladora. La señal modulada se obtiene por medio de cálculo algebraico. La señal trapezoidal tiene tres características particularmente importantes para poder aplicarle la modulación directa: (1) la amplitud de la frecuencia fundamental es grande; (2) contiene pocos armónicos no deseados; y (3) se describe por medio de ecuaciones lineales. Las dos primeras características hacen que la calidad de la señal sea alta, mientras que la tercera hace que su implementación se pueda realizar con microcontroladores de bajas prestaciones computacionales y, por lo tanto, de bajo coste ya que, como se demuestra en el Capítulo 3, ni siquiera es necesaria la implantación de las ecuaciones de modulación en el modulador, puesto que todos las patrones de conmutación de la modulación se pueden obtener a partir de un único vector-semilla. La calidad de la señal obtenida con esta técnica se mide utilizando siete indicadores de calidad de la señal; THD, WTHD, DF, A1 pu, LOH, PF50160 y f1, todos ellos definidos en el Anexo A1. El indicador PF50160, creado en esta tesis, aporta información sobre si la señal tiene o no el perfil de frecuencias establecido en la norma EN 50160. Antes de ser implementada, la modulación es simulada (Capítulo 4 y Anexo A2). De esta simulación se obtienen las primeras conclusiones sobre la viabilidad de la técnica. La implementación de esta técnica (Capítulo 5 y Anexo A3) se realiza utilizando microcontroladores comerciales de muy bajo coste que tienen un entorno de programación gratuito suministrado por el propio fabricante de los dispositivos. Las medidas realizadas sobre los prototipos ratifican las medidas realizadas en la simulación (Capítulo 6 y Anexo A4), lo que permite utiliza estos resultados como reales. De la comparación de los resultados obtenidos con esta técnica respecto a los obtenidos con otras técnicas de modulación (realizada en el Capítulo 6), se obtiene que con la técnica desarrollada en esta tesis se consiguen mejores valores de los indicadores de calidad. La señal modulada tiene una frecuencia fundamental de mayor amplitud y un perfil de frecuencias (espectro) mejor que con otras técnicas de modulación PWM. Esto repercute en que el rendimiento del sistema inversor se incrementa y los costes del mismo se reducen, llegando a ser posible la eliminación de los filtros de salida del inversor.