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Análisis De Fallas Por Sobretensiones Transitorias En Circuitos Rectificadores Controlados Por Tiristores En Aplicaciones De Media Tensión Y Muy Alta Potencia

Published in: Prospective and trends in technology and skills for sustainable social development. Leveraging emerging technologies to construct the future: Proceedings of the 19th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education and Technology
Date of Conference: July 19-23, 2021
Location of Conference: Virtual
Authors: Armando Llamas Terres (Tecnológico de Monterrey, MX)
Osvaldo Miguel Micheloud (Tecnológico de Monterrey, MX)
Full Paper: #403

Abstract:

El presente trabajo introduce el análisis de los fenómenos transitorios que se presentan al momento de energizar o desenergizar un sistema rectificador de alta potencia que alimenta una carga, mayormente resistiva, cuya potencia se regula por medio del control de seis grandes tiristores, y cuenta además con una gran inductancia de filtro conectada en serie con la carga para asegurar un bajo rizado de corriente. Este estudio fue originado para identificar una serie de fallas catastróficas, de alto costo en componentes electrónicos, que comenzaron a producirse de forma errática en un horno de arco eléctrico justo luego que se cambiara uno de los tres transformadores de potencia originales por otro de casi iguales características eléctricas y mayor eficiencia energética. Para entender los fenómenos transitorios en juego en el proceso de encendido y apagado, el estudio presenta primero algunos conceptos teóricos sobre transformadores de potencia que cobran relevancia sólo cuando se usan en combinación con circuitos electrónicos. Luego se presenta una serie de circuitos que tienen por función amortiguar los cambios bruscos de tensión que podrían disparar erráticamente los tiristores por dv/dt y eventualmente destruirlos. Por último, se presenta un circuito que canaliza la energía almacenada en la inductancia de filtro cuando el operador decide redu-cir o cortar la energía de la carga. Como el proceso de reemplazo del transformador de potencia no implicó cambio de estos circuitos electrónicos, fue necesario realizar una campaña de medición de transitorios, bajo condiciones habituales de trabajo del rectificador de alta tensión, para identificar los fenómenos transitorios y buscar la causa, o causas, de esas fallas catastró-ficas que sólo se producían de forma errática en un proceso que opera las 24 horas y los 7 días de la semana. Afortunadamen-te una larga campaña de medición permitió capturar varios momentos en los que se producían esas fallas e identificar, luego de meses de trabajo, que se estaba en presencia de dos fenómenos transitorios distintos que terminaban en fallas catastróficas muy parecidas. La identificación de las causas raíces de las fallas permitió proponer soluciones que robustecieron el sistema y eliminaron por completo las fallas erráticas y la prueba de ello es que el equipo está funcionando actualmente sin novedad. Finalmente la contribución de este trabajo para la comunidad académica y para el ejercicio profesional de los ingenieros es poner en negro sobre blanco los fenómenos transitorios en sistemas electrónicos de rectificación de potencia y describir algu-nas técnicas de mitigación de sobrepicos de tensión que pueden ser muy útiles a la hora de diseñar nuevos productos o tener que reparar fallas en sistemas existentes como fue el caso que dio origen a este trabajo.