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.

Propuesta de diseño, construcción y pruebas de una fuente de poder múltiple aplicada a un láser Nd: YAG. Para el diseño y construcción de esta fuente de poder, se utilizan técnicas de convertidores conmutados, los cuales trabajan en alta frecuencia para lograr mayor eficiencia del convertidor obteniendo reducción de espacio respecto a las fuentes de poder tradicionales. Desde hace muchos años, la tecnología en el campo de la electricidad y electrónica ha ido avanzando constantemente con una clara tendencia a hacer equipos cada vez más pequeños, eficientes y portátiles. Asimismo, las fuentes de poder y convertidores no son ajenos a esta tendencia. Las fuentes de poder generalmente forman parte de un equipo integral mayor, y su objetivo es proporcionar los niveles de tensión y corriente adecuado para una óptima operación del equipo final. Y es por esta razón que las fuentes de poder también buscan ser cada vez más pequeñas o portátiles. Aunque las tecnologías resonante y quasi-resonante están muy desarrolladas en otros países, en el Perú aún no se dispone de este conocimiento. Nuestra industria está limitada a la fabricación de fuentes de poder usando tecnología lineal, lo que nos vuelve dependientes de las importaciones y de la tecnología de otros países. Una de las razones de esta deficiencia es la falta de información sobre el diseño y fabricación de fuentes con tecnología conmutada, así como la falta de trabajos previos que sirvan de base para nuevos fabricantes. Asimismo, por otro lado se tiene la tecnología láser, cuya aplicación y desarrollo son definitivamente la tendencia actual de la óptica aplicada. En especial, los láseres de Neodimio: Itrio-Aluminio-Granate (Nd: YAG) son uno de los más usados tanto en la industria como en la investigación. La razón de su amplio uso es su flexibilidad y eficiencia óptica. Con las condiciones de energía adecuada, este tipo de láser puede cortar o perforar acero, vidrio o emplearse en el área médica. Esta tecnología tampoco está extendida en nuestro país, y el conocimiento técnico de su funcionamiento tampoco está difundido. Por las razones expuestas, se diseñará y construirá una fuente de poder utilizando tecnología conmutada aplicada al láser Nd: YAG. Estos conocimientos servirán para futuros fabricantes o profesionales que necesiten hacer desarrollo en estos campos. / Tesis

The essential idea of this thesis is to present a sufficiently general technique for the synthesis of control laws based on the passivity property. The fundamental ideal is properly exploit the exact tracking error dynamics in the feedback of the passive output. The proposed controllers are able of solving the tracking problem and hence the relative stabilization at constant values (regulation). The technique is approached from both, theoretical and practical point of view perspective so that the results are complementary. This approach allows to demonstrate its validity, reliability and applicability in the field of power electronics and the development of power converters. For this purpose there are various chapters on the contributions and results that were achieved with the use of technology and implementation of power converter circuits. The first chapter presents a general representation model for power converters, which is used to introduce the general technique called Exact Tracking Error Dynamics Passive Output Feedback, ETEDPOF. It is demostrate that the synthesized control law makes the system globally asymptotically stable, provided that certain conditions of matching. The particular case of the Boost converter is the studied controller is synthesized and used in the analysis of stability and its physical implementation. When we implementing the theoretical results in the laboratory find a significant difference in behavior of the controlled system with simulation results. This merits a special study of modeling that we presented in the second chapter. In the second chapter the objective is to reduce the resulting error in the implementation of the laboratory prototype using the control law proposed in the first chapter. This introduces an equivalent model for converters, under the premises that should be simple, efficient and aplicable. This is accomplished through the inclusion of losses as heat by the Joule effect, getting a new model called Joule Equivalent Model (JEM). Controller is synthesized with the new model, the converter is implemented and the results analyzed. It is shown that the control law in combination with the equivalent model can reduce the error between simulated and measured results, during either the transisent respond or and the steady state. We obtain sufficiently accurate results without need to introduce robustness. The third chapter attacts the problem of robustness. First the behavior of the converter when it is pertubed with load variations, is studied. It is demostrated that in close loop and in a span of load, the converter is globally stable and bounded. Also shows the behavior, qualitatively, of the trajectories to changes in the load, represented by means of phase diagrams (atlas). Second, it introduces an integrator of error output and stability is studied through an extended system, being able to demonstrate that there is an operating range where the system is locally stable. Finally, using a parametric identification technique, with which it does detect load variations and reconfigure the control law. In the fourth chapter the tracking issue is considered taking. Advantage of the general technique, trajectories are planned that achieve a balance to balance transfers for the Boost converter and made sinusoidal trajectories tracking with Boost-Boost topology with float load. Including synthesis of controllers, stability analysis, simulations and implementations in laboratory prototypes. Lloc / La idea esencial de este trabajo es la presentación de una técnica suficientemente general para la síntesis de leyes de control basada en la propiedad de pasividad. La base fundamental consiste en explotar adecuadamente la dinámica exacta del error de seguimiento en la realimentación de la salida pasiva. Los controladores propuestos son capaces de resolver el problema de seguimiento de trayectorias y, por ende, los relativos a la estabilización a valores constantes (regulación). La técnica es abordada desde el punto de vista teórico y práctico de manera que los resultados se complementen; esto permite demostrar su validez, confiabilidad y aplicabilidad en el campo de la electrónica de potencia y en el desarrollo de convertidores de potencia. Con esta finalidad se presentan diversos capítulos que versan sobre las aportaciones y resultados que fueron logrados con la utilización de la técnica y la implementación de circuitos convertidores de potencia. El primer capítulo plantea un modelo de representación general para los convertidores de potencia, el cual es utilizado para introducir la técnica general denominada Realimentación de la Salida Pasiva de la Dinámica Exacta del Error de Seguimiento, denominada ETEDPOF por sus siglas en ingles. Se demuestra que la ley de control sintetizada hace al sistema asintóticamente globalmente estable, siempre que se cumpla cierta condición de acoplamiento. Se estudia el caso particular del convertidor Boost; para ello se sintetiza el controlador y se realiza el análisis de estabilidad y su implementación física. En el momento de implementar los resultados teóricos en el laboratorio se encuentra una diferencia significativa del comportamiento del sistema controlado con los resultados de simulación. Esto amerita un estudio especial de modelado que se presenta en el segundo capítulo. En el segundo capítulo el objetivo es lograr una manera de reducir el error resultante en la implementación del prototipo de laboratorio del convertidor bajo la ley de control propuesta en el primer capítulo. Para ello se introduce un modelo equivalente para convertidores, bajo las premisas de que debe ser sencillo, eficiente y aplicable. Esto se consigue a través de la inclusión de las pérdidas en forma de calor por el efecto Joule, obteniendo un nuevo modelo que denominamos Modelo Equivalente Joule (MEJ). Se sintetiza el controlador con el nuevo modelo, se implementa el convertidor y se analizan los resultados. Se demuestra que la ley de control en combinación con el modelo equivalente permiten reducir el error entre los resultados simulados y los medidos, tanto en el transitorio producido en los estados de sistema como en el valor estacionario. Se logra así, sin necesidad de introducir conceptos de robustez, resultados suficientemente precisos. El tercer capítulo aborda el problema de robustez. En primer lugar se estudia el comportamiento del convertidor ante el supuesto de variaciones de la carga y se logra demostrar que el convertidor, en lazo cerrado, dentro de un rango de la carga, es globalmente estable y acotado en todo el rango de variaciones de la carga. Además se muestran los comportamientos, en forma cualitativa, de las trayectorias ante las variaciones de la carga; representándolas por medio de diagramas de fases (atlas). En segundo lugar se introduce un integrador del error de la salida y se estudia la estabilidad a través de un sistema extendido; pudiéndose demostrar que existe un rango de operación donde el sistema es localmente estable. Finalmente, se utiliza una técnica de identificación paramétrica, con la que se hace detección de cambios de la carga del sistema y se reconfigura la ley de control. En el cuarto capítulo se resuelve el problema de seguimiento. Aprovechando que la técnica general fue estructurada con esta finalidad, se planifican trayectorias que logran transferencias de equilibrio a equilibrio para el convertidor Boost y se realiza seguimiento de trayectorias senoidales con un convertidor de topología Boost-Boost con la carga flotante. Incluyendo síntesis de los controladores, análisis de estabilidad, simulaciones e implementaciones en los prototipos de laboratorio. Lloc i