En el presente trabajo se estudia la aplicación de la rectificación controlada en los convertidores DC-DC de varios interruptores de tanque resonante serie. Los convertidores estudiados son el PRC, el SRC y el SPRC. En estas estructuras se va a analizar las posibilidades de regulación que ofrecen dichos convertidores, con la finalidad de obtener la máxima robustez ante variaciones de la carga y de la tensión de entrada.Tras el primer capítulo de introducción a la temática de la tesis, en el capítulo segundo se deducen unos nuevos convertidores derivados de los clásicos. Se obtienen los modelos matemáticos de los convertidores resultantes de la sustitución de las etapas rectificadoras y se sintetizan las nuevas estructuras rectificadoras. Los nuevos convertidores van a denominarse PRC-CR, SRC-CR y SPRC-CR, en clara alusión a su nueva etapa de rectificación controlada (Controlled Rectification).En el tercer capítulo se introducen los controladores desarrollados para los nuevos convertidores. El control del convertidor se va a realizar actuando en el bloque rectificador mediante dos tipos básicos de actuación. El primero con realimentación de variable de estado del tanque resonante, mediante un controlador no lineal One-Cycle.El segundo con realimentación de variable de estado de salida, mediante un regulador lineal PI.En el cuarto capítulo se analiza la estructura del convertidor PRC-CR mediante dos métodos de análisis. El primer método propuesto es el de aproximación al primer armónico, y de su análisis se deducirán interesantes conclusiones. En primer lugar puntos de trabajo óptimos para posibilitar la regulación en el convertidor dadas las condiciones de carga del mismo. Se obtendrá la dependencia de la variable propia de salida de cada convertidor respecto a la relación de conducción del bloque rectificador y se propondrán criterios de diseño del convertidor. La metodología planteada se verifica mediante la simulación del convertidor. El segundo método de análisis se basa en la solución del modelo matemático en espacio de estado del convertidor. Bajo este análisis se obtendrá nuevamente la relación de la tensión de salida respecto a la relación de conducción de la etapa rectificadora y los parámetros del convertidor. Finalmente se comparan los resultados obtenidos por ambos métodos de análisis.En el quinto y sexto capítulo se analizan los convertidores SRC-CR y SPRC-CR, respectivamente, de igual forma a la propuesta en el capítulo cuarto del PRC-CR. En el séptimo capítulo se presentan los resultados experimentales obtenidos de los prototipos de los convertidores desarrollados.Finalmente en el capítulo octavo se presentan las conclusiones obtenidas de la tesis doctoral. Se evalúan los beneficios y limitaciones observadas en las estructuras desarrolladas. Se propone el planteamiento de posibles mejoras en función de las no idealidades del convertidor y del controlador propuesto, abriendo futuras líneas de investigación que servirán de complemento al presente trabajo.

Las enfermedades de degeneración macular y retinosis pigmentaria afectan directamente a la retina, provocando la pérdida de células fotoreceptoras, denominadas bastones y conos, encargadas de la transformación de señales luminosas provenientes del entorno en señales eléctricas que son interpretadas en el cerebro como imágenes. Estas enfermedades son de interés porque provocan la pérdida de células cuyo funcionamiento se puede reemplazar por dispositivos electrónicos, ya que utilizan cargas eléctricas como portadoras de información. El presente trabajo de tesis se centra en el diseño de un controlador de corriente como circuito integrado en un neuroestimulador que forma parte de un sistema de mayor complejidad, denominado prótesis epiretinal. Las entradas del circuito a diseñar son señales digitales, que determinarán la forma de onda de corriente a generar, y corrientes de referencia para establecer la resolución del controlador de corriente. El diseño se basa en una topología de espejos de corriente SCCT (Self Cascode Composite Transistor ) como estructura base de Conversores Digital-Analógico colocados directamente a la salida del controlador de corriente, distribuidos en ramas LSB, 2LSB, 4LSB y 8 LSB, con la posibilidad de compartir un circuito de polarización entre los canales locales. Se ha utilizado transistores de 5 V de la tecnología AMS (Austria Micro Systems) 0.35 µm. La carga utilizada para simular el circuito es un modelo de electrodo de impedancia de 30 kΩ en serie con 100 nF. El circuito fue probado utilizando el simulador SPECTRE en el software de diseño de circuitos integrados CADENCE. El presente trabajo permitió generar una forma de onda bifásica de corriente máxima de 55 µA, con un rango de voltaje a la salida de 2.2 V. La disipación de potencia del circuito se encuentra entre 10.2 µW y 72.2 µW, dependiendo de la etapa de forma de onda en que se encuentre. El área ocupada por la disposición física del circuito es de 0.006408 mm2. / Tesis

El suministro de potencia para cargas que exigen altas corrientes, bajos voltajes y grandes y rápidos cambios en la corriente absorbida, además de una estrecha tolerancia en el voltaje de alimentación, representa un gran desafío al diseño de los convertidores para módulos reguladores de baja tensión. En esta tesis, se analizan distintas topologías de convertidores y controles susceptibles de ser aplicados en este tipo de sistemas de alimentación. Se propone una nueva topología de convertidor, la cual presenta frente a otras topologías utilizadas un mejor comportamiento ante los transitorios de la corriente de carga, además de poder trabajar con altas reducciones de voltaje. Del análisis realizado, se obtienen ecuaciones de diseño de este convertidor y de su control; siendo estas ecuaciones corroboradas mediante simulación PSIM, para un diseño sistemático del mismo. / Power supply for microprocessor boards is a great challenge, nowadays, in the field of power converters design for VRM. Microprocessors are exigent loads which require high current and low voltage, and also must react very fast to changes in consumption besides a voltage narrow tolerance range. This thesis analyzes several converters topologies and their controllers which satisfy the VRM requirements. The thesis proposes a new converter topology which has the fastest, among the analyzed topologies, behavior in front of abrupt consumption demand besides a high voltage reduction-ratio. We derive the design expressions for the DC-DC converter and the controller parameters according to the VRM specifications. The analysis has been corroborated by means of PSIM simulator. Simulation waveforms show a perfect agreement with previous analytical derivation.

In the last years, the increase in the need of higher accuracy in science, research and technology in precision engineering created an obligation to produce a new torque standard machine for precise measurement of torque. This thesis deals with the design and implementation of a Counter Torque Device which will be used in a new Torque Standard Machine based on moving mass developed in the faculty of precision engineering at the TU Ilmenau. This new Torque Standard Machine must have a measuring range from 1 mNm to 1 Nm and a lower relative uncertainty Ur :S 1x1O-5 (k = 2). In order to achieve this aim, the fundamentals and the state of the art are shown at the beginning of the thesis. After the specific requirements are compiled in a requirements list, then based on physical and technical principles different possible solutions are developed and evaluated, from this evaluation optimal solution is founded, implemented and tested. / Tesis

El Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) es un centro de investigaci on ubicado a 25 km al este de la ciudad de Lima. Durante m as de 55 a~nos ha proporcionado informaci on cient ca en base a radar que han sido relevantes para el desarrollo de la f sica ionosf erica, f sica del plasma y din amica atmosf erica. El ROJ se esfuerza en expandir sus capacidades t ecnicas y cient cas. En esas circunstancias el ROJ busca implementar un radar per lador de vientos que opera a 445 MHz con el n de proporcionar a la comunidad cient ca un instrumento de investigaci on troposf erica. Este radar entregar a informaci on valiosa sobre velocidad de vientos y sobre precipitaciones que podr an atenuar el impacto de los fen omenos atmosf ericos en la poblaci on peruana. Para lograrlo, el ROJ plantea aprovechar al m aximo los conocimientos y tecnolog as adquiridos en radares y de esa forma generar, de manera local, la tecnolog a y recursos humanos para el desarrollo de este proyecto. En base a esa necesidad, la presente tesis busca el an alisis y dise~no de los m odulos generaci on de se~nal, conversi on de frecuencia tanto para transmisi on como para recepci on, ampli caci on y ltrado y reloj para un radar que opera 445 MHz y que permita aprovechar los equipos, conocimientos y tecnolog as actuales del ROJ. Se determin o que la frecuencia UHF de 445 MHz es adecuada para detectar tanto vientos como precipitaciones. Las ecuaciones de radar permiten obtener la sensibilidad m nima de recepci on, asumiendo un transmisor con una potencia de 5 kW. Se utiliza una se~nal RF modulada por c odigo binario en 25 MHz, por lo que fue necesario trasladar esa se~nal a 445 MHz. Recogidas las especi caciones se dise~n o etapas de conversi on de frecuencia basados en mezcladores y ltros tanto para la etapa de up-converter (25 MHz a 445 MHz) como para la de down-converter (de 445 a 25 MHz). La frecuencia de batimiento es de 420 MHz y esta se~nal est a sincronizada con los otros relojes del sistema. Finalmente, se hicieron pruebas de laboratorio para determinar la calidad de los ltros, y se realiz o una prueba de se~nal completa desde la modulaci on BPKS de 25 MHz, su conversi on a 445 MHz, atenuaci on, ampli caci on y conversi on nuevamente a 25 MHz. Con esas pruebas se demostr o la factibilidad del dise~no, as como la necesidad de especial cuidado tanto en los niveles de se~nal de mezcla como en el dise~no en ultra alta frecuencia. / Tesis

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Matemáticas Aplicadas. Ingeniero Civil Matemático / El convertidor teniente es un horno usado en el proceso de purificación del cobre, cuyo funcionamiento se basa en la inyección de aire enriquecido con oxígeno (a través de toberas) en un baño de material fundido, produciendo reacciones indispensables para su depuración y generando energía, la que es aprovechada para mantener los niveles de temperatura adecuados al interior del convertidor. Debido a la inyección de aire se produce un fenómeno de acoplamiento entre el chorro de burbujas y la oscilación presente en la superficie del baño, produciendo un fenómeno de resonancia el cual genera ondas de gran amplitud en la superficie, las que producen desgaste sobre las paredes internas del convertidor. Este desgaste acorta los tiempos de producción, ya que es necesario recubrir con nuevos ladrillos el interior del convertidor.\\ En esta tesis se proponen dos estrategias de control para prevenir y minimizar el oleaje en la superficie. En primer lugar se desarrolla un control retroalimentado con comportamiento robusto. Esta robustez permite el control usando modelos inciertos del sistema original, sin perder rendimiento ni estabilidad.\\ En segundo lugar se propone un control pasivo por medio de un segundo chorro de aire (una segunda tobera) el cual disminuye los modos de oscilación de gran amplitud, disminuyendo la energía de las oscilaciones sobre la superficie. Para ello se modela la interacción que hay entre la excitación de las ondas superficiales y la presencia de inyección de chorros de aire en el baño. Modelando un segundo chorro de burbujas es posible replicar datos experimentales en los que se logra estabilizar el oleaje por medio de una segunda tobera. / Este trabajo ha sido financiado por Codelco a través de la beca PiensaCobre

DE LA TESISEsta Tesis se centra en el estudio de las perturbaciones conducidas generadas por un ondulador de tensión en configuración de puente y alimentado de red a través de un rectificador no controlado. El objetivo de esta Tesis es poder identificar el origen de las perturbaciones y poder cuantificar de una forma relativamente rápida y sencilla el efecto de diversos factores (topología, lay-out, técnicas de modulación y tipo de componentes) sobre la propagación de las mismas. Para ello se ha desarrollado una metodología de estudio que es perfectamente válida y aplicable sin grandes dificultades a otro tipo de topologías, utilicen o no la conmutación dura. El método de estudio se basa en la estructura fuente-medio de propagación-perturbación y en el planteamiento de circuitos equivalentes de parámetros concentrados, cuyas ecuaciones son resueltas en el dominio frecuencial. En esta metodología, que permite discriminar la contribución de los dos modos de propagación (modo común, MC, y modo diferencial, MD) al nivel global de perturbación, se ha primado la sencillez y robustez de simulación del modelo frente a la exactitud. El método propuesto ofrece buenos resultados hasta una frecuencia de 5MHz aproximadamente.En el Capítulo 1 se introduce el problema planteado por las perturbaciones electromagnéticas generadas por los convertidores conmutados, se describe y caracteriza todo el instrumental (analizador de espectros, red artificial, pinza amperimetrica de alta frecuencia), la planta experimental así como la herramienta matemática utilizada. En el Capítulo 2 se aborda el tema de la caracterización del medio de propagación de las perturbaciones. En primer lugar se describe el método de medida de impedancias utilizado, que es una de las aportaciones de la Tesis, para después presentar los resultados obtenidos a la hora de caracterizar las impedancias significativas del sistema. A partir de estas medidas se obtienen circuitos equivalentes de parámetros concentrados que caracterizan el medio de propagación. En el Capítulo 3 se estudian las perturbaciones que generan individualmente el rectificador de entrada y el ondulador. El estudio se lleva a cabo sobre una configuración monofásica para una mayor simplicidad del mismo. En este Capítulo se caracteriza la fuente de perturbación en el caso de ambos convertidores y, junto con la caracterización del camino de propagación obtenida en el Capítulo 2, se calculan las perturbaciones generadas. Gracias a los modelos obtenidos es posible calcular el efecto de diversos parámetros sobre las perturbaciones y la contribución de ambos modos de propagación (modo común y diferencial) al nivel final de perturbación. En el Capítulo 4 se combinan los resultados obtenidos en el Capítulo 3 para obtener la perturbación que se propaga hacia la red en la asociación en cascada de ambos convertidores. Tanto en el Capítulo 3 como en el Capítulo 4 la validación del modelo se lleva a cabo por comparación de los resultados experimentales con los obtenidos por simulación.Una vez cumplidos los objetivos de la Tesis, el Capítulo 5 ilustra la validez de la metodología desarrollada en el Capítulo 3. En el Capítulo 5 se aplica esta metodología al estudio de las perturbaciones en MC generadas por el ondulador y que se propagan hacia la carga. Este Capítulo es una extensión al caso trifásico y un ejemplo de aplicación de gran interés industrial. En este Capítulo aparece una de las aportaciones de la Tesis: una técnica de modulación orientada a la reducción del MC generado por el ondulador. Para demostrar la validez del modelo se comparan las medidas de corriente en MC en el lado carga con los valores obtenidos a partir del modelo.Las conclusiones de la Tesis aparecen en el Capítulo 6. También se describen los trabajos futuros que se sugieren a partir de los resultados de la Tesis. / OF THE THESISThe subject of this Thesis is to study conducted disturbances produced by a voltage source inverter supplied from the mains through a rectifier. The main goal is to identify the origin of conducted disturbances and also quantify in a quick and easy way the influence of different factors (topology and lay-out of the converter, switching patterns, components) on EMI . In order to achieve this goal, a systematic analysis approach has been developed. This new methodology can be easily applied to any converter topology, whatever the kind of switching (soft or hard) is used. The analysis is based on the source of noise-propagation path-disturbance approach and consists in the setting out of two equivalent circuits of lumped parameters, one for each mode of propagation. This separate treatment of both modes of propagation allows the calculation of their contribution to the global level of disturbance. Equations drawn from these equivalent circuits are solved in the frequency domain. This approach avoids all the problems of time-domain simulations and provides robust and quick simulations rather than very accurate results. The simulation results of this methodology show a good agreement with experimental measures up to 5MHz.Chapter 1 describes problems caused by electromagnetic disturbances generated by switched power converters. The state of the art about this matter is presented. All instruments used to carry out measures (spectrum analyser, LISN, HF current clamp) are described and modelled. The experimental set-up is thoroughly described. Also some considerations about mathematical tools used are presented.Chapter 2 is devoted to study the propagation path of disturbances. First of all, the impedance measuring method is described, which is one of the contributions of the Thesis. After that, main impedances of the system are identified and measured. From these results, equivalent circuits of lumped parameters that model the main impedances of the propagation path are derived.In Chapter 3, disturbances generated in a single phase arrangement by the rectifier and the inverter working separately are studied. Source of noise in both cases are identified and modelled. Finally, disturbances are calculated taking into account results of Chapter 2.Results obtained in Chapter 3 are combined in Chapter 4 in order to obtain the disturbance reaching the mains when both converters (rectifier and inverter) are connected in cascade. Experimental validation of the model are presented in Chapters 3 and 4, by comparing results of measures with those provided by simulation.Once main goals of the Thesis are achieved, Chapter 5 shows the validity of the methodology developed in Chapter 3 when it is used to calculate the CM currents in the load side of a three-phase inverter. In this Chapter another contribution of the Thesis is presented: a new modulation technique for three-phase inverters specially intended to reduce CM currents in the load side. Comparison between simulation results and measurements show a good agreement.The conclusions of the Thesis are summarised in Chapter 6. The future works suggested by the results of the Thesis are also presented.

En este trabajo se presentó el análisis, diseño, e implementación analógica de estrategias de control robusto utilizando desigualdades matriciales lineales (LMI) en el mejoramiento de la dinámica de los convertidores conmutados de CC/CC. Inicialmente, se exponen aspectos básicos del control robusto LMI y el procedimiento general de la síntesis, que consiste en encontrar las ganancias de realimentación que maximice el rechazo a perturbaciones satisfaciendo especificaciones transitorias y limitación sobre el esfuerzo de control. Luego, se propone el diseño de dos controladores robustos LMIs para convertidores con dos etapas en cascada. El primer controlador robusto consiste de una ley monovariable, mientras que el segundo de una ley multivariable. Finalmente, se presenta un enfoque de diseño de controladores difusos LMIs para convertidores básicos de CC/CC bilineales, garantizando la estabilidad y unas determinadas prestaciones en un rango de operación mucho más amplio alrededor del punto de equilibrio. / This thesis describes the theoretical background necessary to design and implement of analog robust control strategies based on Linear Matrix Inequalities (LMI). The control strategies proposed has been used in basic and cascaded of dc-dc converters topologies. The robust control methods can simplify and systematize the choice of feedback gains, taking into account the converters nonlinearities and uncertainties. These control methods ensure some prescribed restrictions on the pole placement and the control effort are met, and optimize the load disturbance rejection. The first method consists of two different robust controllers for dc-dc converters with two stages in cascade. The first robust controller is monovariable, this means, the duty-cycle is the same for the two switches, while the second robust controller is multivariable robust controller, this means, with independent duty cycles in each switch. Finally, the second method is a synthesis of fuzzy control based on LM I that has been adapted to bilinears basic dc-dc converters. Concretely, this technique is a linear-piecewise continuous control which optimizes the load disturbance rejection under pole placement constraints and duty-cycle limitation.

El presente trabajo se enmarca dentro de las actividades del proyecto FONDECYT N° 1085289, titulado: “Generación a velocidad variable utilizando conversores matriciales de cuatro piernas”. El objetivo general consiste en implementar un prototipo experimental capaz de emular un sistema diesel de generación a velocidad variable, y de alimentar cargas balanceadas y desbalanceadas, con tensiones de amplitud y frecuencia constantes. Para ello, se hace necesaria la programación de un algoritmo que incluya la rutina de un motor diesel operando a velocidad óptima. La emulación se realiza utilizando un motor de inducción jaula de ardilla, cuya velocidad es controlada utilizando un variador de frecuencia. La referencia de velocidad se regula de forma que el sistema sigue la dinámica asociada a un motor de combustión de consumo mínimo, cuya velocidad está ligada al nivel de potencia que requiera suministrar. Por otra parte, la generación variable hace necesaria la incorporación de una unidad conversora, de manera que la carga sea alimentada con niveles de tensión estables. Para ello, se utiliza un conversor matricial de cuatro piernas, aprovechando sus ventajas de tamaño, peso y confiabilidad. La portabilidad del sistema propuesto aumenta al considerar un generador de imanes permanentes acoplado a la emulación del motor diesel. El generador de imanes permanentes posee alta eficiencia y alta densidad de potencia, por lo que permite inyectar mayores niveles de potencia para una misma envergadura, en comparación a generadores convencionales. El sistema de conversión de voltajes hace uso de un algoritmo que incluye la modulación de las señales de entrada, para lo cual se implementa una rutina de modulación por vectores espaciales (SVM, por sus siglas en inglés). Al mismo tiempo, se utiliza un controlador resonante sintonizado en 50 [Hz], con el fin de establecer un valor específico (y programable) del voltaje fase-neutro en carga, y poder mantener una buena regulación de los niveles de tensión en carga, ante variadas perturbaciones. Las pruebas realizadas permitieron verificar la respuesta de los sistemas de control ante cargas de índole resistiva, capacitiva, inductiva y no lineal, al aplicar impactos balanceados y desbalanceados. En forma general, la respuesta del sistema resultó satisfactoria, pudiendo seguir las referencias de velocidad y mostrando una buena regulación de tensiones. Los casos de desconexión total de carga y de impacto monofásico no lineal fueron aquellos que presentaron resultados menos prometedores. En efecto, el caso de desconexión presentó problemas relativos al tiempo de estabilización de tensiones (200 [ms] de tiempo de estabilización), mientras que durante el impacto no lineal, hubo intrusión de componentes armónicas significativas, tanto en el estator de la máquina de imanes permanentes como en los voltajes fase-neutro de la carga (distorsión armónica total ~7,5%). Sin embargo, en todos los casos, el sistema fue capaz de mantenerse en funcionamiento, lo que se asegura su confiabilidad ante una gran variedad de topologías. Como resultado, se obtuvo un sistema experimental que permite emular un motor diesel con inercia, retardos, coeficiente de fricción y número de cilindros programable. Este sistema es capaz de alimentar cargas de diversa naturaleza y topología, de manera que mantiene estables las tensiones suministradas y adapta su velocidad de generación, a fin de optimizar el uso de combustible. Se puede concluir que la implementación resultó exitosa, ya que se logra establecer una metodología que cumple con los criterios de optimización del motor diesel y de estabilidad en carga. El sistema es útil para el estudio de motores diesel de características variadas, e incluso es adecuado para todo requerimiento en que la amplitud y/o frecuencia de generación presenten variaciones.

Ingeniero Civil Electricista / La penetración de las fuentes de energía renovable, que generalmente se caracterizan por operar de manera intermitente, con velocidad y frecuencia variable, hace necesario el uso de conversores para conectar estas fuentes a la red eléctrica, que opera con tensiones y frecuencias constantes. La tecnología de conversores no ha dejado de evolucionar, nuevas topologías de conversores están ingresando a la industria, el objetivo de esta memoria es presentar las topologías multiniveles y profundizar en la topología del conversor de tres niveles de neutro enclavado por diodos (NPC). Las ventajas principales de estos dispositivos respecto a los conversores convencionales de dos niveles son: Mejor calidad de corriente que se refleja en menor THD y la posibilidad de reducir la frecuencia de switching y con ello aumentar la eficiencia en la conversión de energía. Estos inversores tienen aplicaciones en muchos ámbitos de la industria eléctrica, como en los sistemas de conversión eólicos, sistemas fotovoltaicos, mejora de la calidad del producto energía eléctrica, motores de velocidad variables, entre otras. El objetivo específico de este trabajo es operar un inversor de tres piernas usando la modulación SVM de vectores virtuales, a baja frecuencia de switching. El desarrollo del trabajo llevó a que lograr esto era bastante complejo, debido a desbalances inesperados de la tensión de los condensadores del DC-LINK lo que requirió modificar la modulación de vectores virtuales e implementar una estrategia de lazo cerrado para estabilizar la tensión de los condensadores, pero conservando el núcleo de la modulación de vectores virtuales. La lógica utilizada fue no suponer a priori que la modulación de vectores virtuales por si sola logra estabilizar la tensión, sino buscar un espacio de trabajo donde se pudiera sintetizar correctamente la tensión de salida y además lograr estabilizar la tensión de los condensadores del DC-LINK, para ello fue necesario definir las funciones de desviación de tensión y encontrar de manera veloz las soluciones de estas ecuaciones, utilizando técnicas de optimización lineal. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios ya que se pudo sintetizar correctamente la tensión y además estabilizar la tensión de los condensadores operando a baja frecuencia de switching. El costo de esto fue que la complejidad computacional aumento ostensiblemente, pero un análisis matemático e informático más profundo podría simplificar la solución conservando sus cualidades.