Técnicas de filtrado de IEM en convertidores electrónicos de potencia

EMI filter techniques in power electronic converters

En este artículo se presentan los resultados de la aplicación de algunas técnicas de reducción de EMI en convertidores electrónicos de potencia. Las técnicas aplicadas incluyen el apantallamiento de señales de control y de potencia, la separación de las referencias del sistema de potencia de las señales y medidas, la implementación de filtros análogos y la configuración de un adecuado sistema de disparo, de tal forma que se disminuyan al máximo las emisiones tipo IEM. En este artículo se presentan los resultados obtenidos antes y después de aplicar las técnicas de reducción de interferencias. Además los resultados son verificados usando dos técnicas de control en tiempo real RCP (Rapid Control Prototyping).

Introducción

Las interferencias electromagnéticas (IEM) han ganado importancia debido al constante incremento de cargas electrónicas, y la situación se ha visto agravada al crecer la densidad de integración  de los circuitos (Josep Balcells et al., 1992).

Usando las ventajas de la electrónica digital y de potencia más trabajos y procesos pueden ahora ser hechos con mayor eficiencia, seguridad y bajo costo. Estudios recientes (Huibin Zhu y Lai, J. S., 1999; Chingchi, Chen, 2003; Paul, C. R. y Hardin, K. B., 1998; Ran, L. y Gokani, S., 1998) han demostrado que los altos dv/dt y di/dt son los responsables de la mayoría de emisiones conducidas. Los convertidores electrónicos trabajan en régimen transitorio, conmutando tensiones y corrientes entre diversas ramas del circuito, dando lugar a generación de armónicos, sobretensiones locales, picos de corriente, altos dv/dt y di/dt que, como consecuencia, generan interferencias IEM que afectan a la propia red de alimentación, a los receptores conectados a ella, a los circuitos alimentados y a los circuitos que reciben las perturbaciones por radiación (Josep Balcells et al., 1992).

Se pueden generar IEM conducidas y radiadas. Muchas conclusiones han sido sacadas y muchas clases de filtros han sido propuestos con el fin de minimizar su efecto, por ejemplo un filtro de modo diferencial ha sido propuesto en (S. J. Kim y S. K. Sul, 1997) y uno de modo común ha sido propuesto por S. Ogasawara y H. Akagi (2001).

Aplicaciones industriales y tecnológicas a nivel mundial requieren que la energía eléctrica sea de buena calidad, pues de lo contrario los equipos sufrirán daños significativos en sus componentes internos, pérdidas de información y errores en los datos. Se estima que  el 90% de la energía eléctrica se procesa a través de convertidores de potencia (Angulo, F., 2004 y 2006). Los sistemas electrónicos sensibles a las IEM consumen aproximadamente el 1% de toda la energía producida, y el 99% restante es gastado principalmente en alumbrado, motores eléctricos y calefacción (Francesc Daura, 1987; IEEE, 1982). En estos procesos es donde se produce la gran mayoría de IEM que afectan a los equipos y al medio que los rodea.