Isolated converter for power factor improvement in a brushless DC motor driver

Convertidor aislado para mejorar el factor de potencia en un controlador de un motor CD sin escobillas

Las principales ventajas de un motor de CD sin escobillas son su alta efi ciencia, poco mantenimiento, larga vida útil, bajo ruido, simplicidad en el control, bajo peso y una construcción compacta. Sin embargo, el controlador tradicional tiene problemas de calidad de la energía relacionados con la inyección de corrientes armónicas y pobre factor de potencia. Este artículo presenta una alternativa para mejorar este aspecto y reducir el contenido armónico mediante un convertidor aislado que alimenta un inversor de voltaje CD-CA de un controlador tradicional para un BLDCM; el convertidor propuesto opera en modo de conducción discontinuo.

El diseño y rendimiento del controlador se validan experimentalmente en un prototipo, a fin de cumplir con el estándar internacional IEC 61000-3-2.

Introducción

En los últimos años, el uso de motores de corriente continua sin escobillas en aplicaciones automotrices, médicas, robóticas, aeroespaciales y de automatización ha ido en aumento, debido a las mejoras en el rendimiento, tales como la eficiencia, la relación par-velocidad, la respuesta dinámica y los rangos de velocidad (Gieras, 2002; Krause, Wasynczuk, & Sudhoff, 2002).

Las formas de onda de conmutación electrónicas necesarias para alimentar los devanados del BLDCM de un excitador tradicional requieren el uso de una conversión de energía de CA a CC y de CC a CA para generar la secuencia correcta (Xia, 2012), incluyendo la posición del rotor mediante técnicas con o sin sensores (Bist & Singh, 2014c; Gamazo-Real, Vázquez-Sánchez, & Gómez-Gil, 2010; Kim, Lee, & Ehsani, 2005). Desde el punto de vista de la calidad de la energía, el convertidor tradicional AC-DC-AC que se muestra en la figura 1 genera un alto contenido de armónicos debido a la forma en que el conductor demanda la corriente de la fuente de alimentación, lo que resulta en un factor de potencia pobre (Singh & Singh, S., 2010).

Teniendo en cuenta este problema, el proceso de conversión de energía se modifica introduciendo una etapa intermedia de conversión DC-DC, normalmente un convertidor basado en boost (Pereira, Da Silva, Silva, & Tofoli, 2015), que mejora el factor de potencia y reduce el contenido de armónicos, como se muestra en la Figura 2.  Cuando el control de la velocidad se realiza directamente en la etapa de conversión CC-CA en un convertidor tradicional, se generan pérdidas de conmutación debido a los esfuerzos de los interruptores semiconductores (Yen-Shin, Fu-San, & Yung-Hsin, 2004).