Análisis de un interruptor de estado sólido con estructura supercascode para media tensión

Acebes Gómez, Ana (2020). Análisis de un interruptor de estado sólido con estructura supercascode para media tensión. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis de un interruptor de estado sólido con estructura supercascode para media tensión
Author/s:
  • Acebes Gómez, Ana
Contributor/s:
  • Vasic, Miroslav
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: September 2020
Subjects:
Freetext Keywords: JFET, MOSFET, cascode, SiC, interruptor
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Las redes de corriente continua han aumentado en número en los últimos años debido al aumento en el uso de energías renovables. También ha subido el uso de convertidores alterna-continua en fábricas en las que se utilizan máquinas eléctricas, como paso intermedio para controlarlas. El aumento del uso de Internet y centros de datos, que sigue creciendo a grandes velocidades, también ha aumentado la demanda de energía en forma de corriente continua. Crear redes de continua permite reducir las pérdidas de energía que se producen necesariamente en la etapa de conversión. El objetivo de este trabajo es el diseño de un interruptor de estado sólido de media tensión. Los interruptores de este tipo permiten que la apertura del interruptor se realice en órdenes de tiempo lo suficientemente rápidos como para proteger los equipos o maquinaria sensible, cosa imposible con los contactos metálicos que forman un interruptor mecánico. La tecnología en este ámbito requiere materiales y construcción distinta que en un interruptor de una red de corriente alterna debido a que no hay un punto en el que la corriente sea nula. Una vez diseñado el interruptor que se utiliza en un convertidor de tipo buck para comprobar su funcionamiento. Para alcanzar este objetivo se han designado varios pasos intermedios necesarios. En primer lugar, se ha hecho un estudio de los tipos de interruptores de media tensión, centrándonos en los de estado sólido, que eran del tipo que se iba a diseñar. Se han analizado las ventajas y desventajas que presenta cada uno, además de las condiciones típicas en las que se utilizan. De entre ellos se ha elegido el tipo cascode, consistente en controlar la apertura y cierre de un transistor de tipo JFET mediante uno tipo MOSFET. A continuación, se hace un análisis a fondo de los posibles problemas y puntos débiles de la estructura de tipo cascode y su expansión hasta ser un supercascode. Se hace hincapié en las zonas en las que se pueden superar las máximas tensiones permitidas y se analizan las posibles soluciones en cada fase. Para resolver estos problemas se debe añadir una rama al circuito, llamada circuito snubber, que regula la distribución de tensiones de los componentes del circuito. Con la información recopilada se calculan los parámetros del circuito snubber y se simulan circuitos previamente. En estas simulaciones se comprueba que el circuito se comporta de acuerdo a las predicciones y modelos esperados. También se presentan modelos matemáticos de comportamiento estático y dinámico del snubber en base a los valores de las capacidades parásitas de los dispositivos semiconductores. Antes de crear un prototipo funcional se deben hacer simulaciones para observar su posible comportamiento en situaciones reales y tratar de prevenir posibles roturas del prototipo y corregirlas de acuerdo a los métodos discutidos en el análisis. Las simulaciones se hacen en tres fases para comprobar el correcto funcionamiento del prototipo a medida que se aumenta el número de componentes. En la última simulación se prueba el supercascode en un circuito buck. Una vez se han resuelto los problemas en la simulación se proponen los componentes y métodos para la implementación del prototipo hardware.

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Item ID: 66775
DC Identifier: https://oa.upm.es/66775/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66775
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 16 Apr 2021 16:58
Last Modified: 14 Jun 2021 22:30
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