PROCEDIMIENTO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LOS INDUCTORES DE BALANCE EN EQUIPOS RECTIFICADORES DE ALTA CORRIENTE

ESPINOZA SILVA, JOSÉ LUIS

2019

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En este estudio se determina un procedimiento para dimensionar los reactores de balance, con los cualesse logra homogeneizar las corrientes que circulan por los semiconductores conectados en paralelo, en equipostransformador-rectificador de alta corriente. En este trabajo se desarrolla un modelo electro-térmico de unrectificador doble estrella con reactor de interfase, el cual permite dimensionar el reactor de balance y simularla operación del equipo.La repartición heterogénea de corriente entre los elementos conectados en paralelo, afecta a todos los componentesde un sistema y provoca una operación ineficiente del equipo, por lo que se estudian las diferentesalternativas existentes como solución. En este trabajo se define que la mejor alternativa para minimizar el problemaes incorporar un inductor de balance, el cual debe ser capaz de homogeneizar la caída de tensión de loscomponentes conectados en paralelo. Para lograr dimensionar este inductor se desarrolla un modelo electrotérmicode un rectificador específico, el cual permite analizar la calidad de la solución a través de simulaciones,e indicar el beneficio obtenido. De acuerdo a esto, el modelamiento desarrollado se divide en dos etapas: primerose describen las técnicas de modelación, y luego se determina el modelo de parámetros concentrados delos elementos que componen al rectificador.Con respecto a lo primero, se describe como utilizar la técnica numérica PEEC (Partial Element EquivalentCircuit) para obtener el circuito equivalente de una configuración de barras de un equipo rectificador. Asimismo,se define que el modelamiento térmico de las barras y los tiristores se basa en un modelo térmico estáticocompuesto por resistencias térmicas. Por su parte, se identifican modelos eléctricos existentes para los SCR yel transformador que alimenta al equipo rectificador, basándose en la documentación técnica suministrada porlos fabricantes y considerando aquellos cuya relación complejidad/calidad se baja.Con respecto a la modelación, en forma separada se obtienen los parámetros concentrados que componen losmodelos electro-térmicos de la configuración de barras, los tiristores y el transformador. Luego, el diseño delmodelo se realiza en el programa PLECS, en donde se acoplan todos estos parámetros concentrados obtenidos.Previo al análisis de las simulaciones, fue necesario calibrar e identificar algunos parámetros del modelo queeran desconocidos. Para lograr la validación del modelo, se cuenta con información de tensiones y corrientesmedidas en un rectificador de 30 kADC de carga nominal. En este proceso de calibración, se logra un coeficientede variación del 2.88 %, el cual representa el error que existe entre las corrientes medidas y las corrientesobtenidas de la simulación del modelo.Finalmente, del diseño básico del inductor, se desprende que existen restricciones geométricas de la estructuradel rectificador que limitan el valor de inductancia alcanzable en la práctica a 2 H. Con el procedimientodesarrollado en este trabajo, se determina que al conectar un reactor en serie a cada semiconductor, con unvalor de inductancia de 1.5 H, es posible lograr un factor de reducción del 12.5 %. Este valor del factor dereducción, indica que la corriente máxima que circulará por el rectificador es menor o igual a 1.15 veces lacorriente promedio, incrementando la eficiencia del equipo. Los resultados de la simulación, mostraron que si el equipo opera a distintos niveles de carga, la solución propuesta responde satisfactoriamente y mantiene ladisminución en el nivel de desbalance. Asimismo, la simulación ante condición degradada, indica que con lainclusión del reactor se logra reducir el nivel de desbalance, y se disminuye la temperatura máxima que alcanzacada barra refrigerada.

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