Eduki publikatzailea

Potentzia-bihurgailu berria, ibilgailu elektrikoen trakzio-trenean modu komuneko tentsioaren arazoak ondoriozko murrizteko

Doktoregaia:
Endika Robles Pérez
Urtea:
2022
Zuzendaria(k):
Jon Andreu eta Edorta Ibarra
Deskribapena:

Modu komuneko tentsioa (CMV, Common Mode Voltage) da gaur egun ikertzen ari diren propultsio-sistemek aurre egin behar duten problemetako bat. PWM bidezko modulazio-estrategien bidez kontrolatutako motor elektrikoetan arazo larriak sortzen ditu tentsio horrek. Hain zuzen ere, gailu erdieroaleen konmutaziopatroiek tentsio ez-orekatuak sortzen dituzte, maiztasun altuetan oszilatzen dutenak eta propultsio-sistemarako kaltegarria den CMV uhinak sortzen dituztenak. Tentsio horrekin erlazionatutako arazo nagusiak hurrengoak dira: errodamenduetan zehar zirkulatzen duten korronte parasitoak, estatorreko harilkatuaren isolamenduaren hondatzea eta interferentzia elektromagnetikoak. Arazo horiek guztiek motorraren funtzionamendu ez-egokia sor dezakete, edota propultsiosistemaren hutsegite totala. Bestalde, baiezta daiteke soluzio egokirik aurkitu ezean arazo horiek gero eta arruntagoak bilakatuko direla hurrengo urteetan. Gaur egun, ibilgailu elektrikoen fabrikatzaileek tentsio altuetan (800 V-etara arte) lan egiten duten bateriak ezartzen hasi dira. Horrez gain, potentzia-dentsitatea, eraginkortasuna eta erantzun dinamikoa bezalako ezaugarriak hobetu behar direnez, beharrezkoa da makina elektrikoen biraketa-abiadura handitzea. Ondorioz, maiztasun altuagoetan lan egiten duten potentzia-bihurgailuak erabili behar dira. Hori dela eta, banda zabalera handiko gailu erdieroaleen erabilera hedatzen ari da fabrikatzaileen artean, kommutazio-maiztasun altuetan lan egin ahal izateko. Aldaketa horiek guztiek arazoak sortzen dituzte, CMV tentsioaren uhin-formak gaizkiagotzen dituztelako, hain problematikoa den tentsio honen ondorio kaltegarriak okerragotuz. Aurreko guztia kontuan hartuta, potentzia-bihurgailu berri bat proposatu eta aztertzen da doktore-tesi honetan. Alde batetik, CMVa murriztea du helburu bihurgailu horrek. Bestalde, propultsio-sistemaren bestelako prestazioak ez kaltetzea du helburu. Hain zuzen ere, fabrikatzaileek hiru fase eta bi mailako inbertsoreak (VSI, Voltage Source Inverter) erabiltzearen alde jarraitzen dutenez, inbertsore horren aldaera bat proposatu da tesi honetan, ZVR-D2 izena eman zaiona. Bi diodo-zubi errektifikadore ditu bihurgailuak, eta horien funtzioa da bihurgailua motorretik desakoplatzea modulazio-teknikak bektore nuluak ezartzen dituenean. Aldi berean, finkatze-diodoak (clamping) erabiltzen dira makina elektrikoan nahi den CMV balioa ezartzeko, tentsio parasitoa murriztuz. Hurrengo ikuspegia jarraitu da tesia egiterakoan. Lehendabizi, artearen egoeraren azterketa sakona gauzatu da, bai CMVak sortzen dituen arazoei dagokienez eta baita soluzioei dagokienez ere. Gainera, tentsio hori murrizteko baliagarriak diren potentzia-bihurgailuen topologiak eta modulazio-teknikak ere aztertu dira. Bigarrenik eta proposatutako ZRV-D2 bihurgailuaren errendimendua ebaluatzeko, hainbat simulazio gauzatu dira. Horrela, posible izan da bihurgailuaren prestazioak aztertzea eta literaturan beste autore batzuk proposatutako soluzioekin konparatzea. Azkenik, automozioko inbertsore baten prototipoa eraiki da eskalan CMVa murriztea ahalbideratzen duen kontzeptu hori balioztatzeko. Lortutako emaitzetatik frogatu da oso funtzionamendu egokia duela proposatutako soluzioak VSI arruntarekin konparatuz gero, CMVa murriztuz eta, aldi berean, bihurgailuaren bestelako prestazioetan oreka bat lortuz. CMVa murrizteak bestelako parametro batzuk pixka bat kaskartzen dituela frogatu da, hala nola eraginkortasuna edota motorraren korrontearen distortsio harmonikoa. Hala ere, frogatu da aukeratutako modulazio-teknikaren arabera posible dela prestazio horiek doi daitezkeela, eta baita ere, egoeraren arabera, VSI arrunta bezala funtzionatzea, horrela nahi izanez gero. Izan ere, VSItik soluzio berrirako migrazioa sinplea da eta onurak ekar ditzake, bere askatasun-mailak erabil daitezkeelako fidagarritasun-arazo nabarmenei soluzioa emateko.