Diseño de un control basado en FPGA para un inversor en puente trifásico

摘要

Desde siempre el ser humano ha necesitado de las técnicas de transformación de energía y sus aplicaciones a la industria y la vida cotidiana, desde la transformación de la energía de un río en energía mecánica hasta las aplicaciones más modernas. En lo que a electricidad se refiere, los procesos de conversión de energía han resultado ser un factor clave desde el descubrimiento de ésta. Con el nacimiento de las primeras centrales eléctricas se evidenció que era necesario poder modular los voltajes que llegaban a cada domicilio. Este problema se resolvió gracias al transformador eléctrico, que permite aún hoy en día la modulación de voltajes, sin más que cambiar el número de espiras de los devanados del transformador. Este tipo de transformación no cubre la gran mayoría de las necesidades actuales, empezando por el hecho de que no se puede modular la tensión en frecuencia. En las últimas décadas se han hecho notables progresos en el campo de la transformación de energía eléctrica gracias al nacimiento de la electrónica de potencia, basada en la conmutación de dispositivos semiconductores de potencia. El desarrollo de la tecnología de los semiconductores ha permitido que se aumenten las capacidades de manejo de energía y la velocidad de conmutación de los interruptores de potencia. El control de los convertidores conmutados comenzó por realizarse mediante técnicas analógicas. Sin embargo, dadas las numerosas desventajas de dichas técnicas, la tendencia actual es la de controlar los convertidores de forma digital, que mejoran en prácticamente todos los aspectos a sus predecesores. Un ejemplo de este tipo de controladores son las novedosas FPGAs (Field Programable Gate Array). Se trata de un dispositivo semiconductor que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad puede ser configurada ‘in situ’ mediante un lenguaje de descripción especializado. La lógica programable puede reproducir desde funciones tan sencillas como las llevadas a cabo por una puerta lógica o un sistema combinacional hasta complejos sistemas en un chip. La gran ventaja de las FPGAs frente a otros sistemas de control reside en la capacidad de reconfiguración que éstas poseen. Así pues, con el mismo hardware físico, se obtiene un hardware con comportamientos diferentes. Este Trabajo Fin de Grado se ha realizado en la empresa SP Control Technologies, cuya fundación data de 2015 en el Centro de Electrónica Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid, y cuyo propósito es el de hacer del control digital una tarea más simple. Para ello disponen de la tarjeta SP Card, que contiene una FPGA Zynq de la empresa Diligent. Además cuenta con dos núcleos microprocesadores, que permiten realizar las operaciones a más alto nivel, difícilmente realizables en lenguaje VHDL. Para usar dicho dispositivo cuentan con la herramienta informática SP Tool, que contiene una gran variedad de controles estándar para diferentes tipos de motores o sistemas.udAsí pues, el trabajo tiene por objetivo final el desarrollar el control en hardware de un motor de inducción trifásico, con su posterior integración en la herramienta SP Tool como objetivo principal.