Diseño de un modulador por anchura de pulso sinusoidal basado en FPGA para un convertidor DC-AC monofásico de frecuencia fija - Quintana Lazo, Fernando Abel (2021)
El presente trabajo de investigación titulado “Diseño de un modulador por anchura de pulso sinusoidal basado en FPGA para un convertidor DC-AC monofásico de frecuencia fija”, se desarrolló con la finalidad de evidenciar que un convertidor electrónico DC-AC acoplado a un modulador por anchura de pulso sinusoidal SPWM basado en una FPGA permite obtener una tensión sinusoidal alterna muy similar a la tensión alterna de la red eléctrica a partir de fuentes de voltaje continuo (baterías o pilas). Por lo general, los convertidores DC-AC comúnmente comercializados, generan tensiones alternas de ondas cuadras no sinusoidales que en el análisis espectral se demuestra que tienen una distorsión armónica del 45.23% los no son apropiados para el funcionamiento de equipos electrónicos y eléctricos según el estándar 519-IEEE-2014 (IEEE, 2014). El trabajo de investigación consideró los siguientes objetivos: Explicar el diseño del modulador por anchura de pulso sinusoidal SPWM basado en una FPGA que genera una onda sinusoidal de 60 Hz con un convertidor DC-AC; para tal fin, se consideró los siguientes objetivos específicos: a) Determinar el porcentaje de las amplitudes de las componentes armónicas 3, 5, 7, 9, 11 de la señal sinusoidal generada por el convertidor DC-AC con modulador de anchura de pulso sinusoidal SPWM, b)Determinar la tasa de distorsión armónica THD del convertidor DC-AC monofásico modulada por anchura de pulso sinusoidal SPWM basada en una FPGA, y c) Determinar la diferencia de la tasa de distorsión armónica del convertidor DC-AC sin modulador SPWM y con modulador SPWM basada en una FPGA. Para el logro de los objetivos, se utilizó la técnica de modulación PWM sinusoidal que permite modular una señal sinusoidal de 60 Hz con una portadora triangular de 2 kHz, obteniéndose una distribución de pulsos cuadrados de anchura variable para la comba positiva y negativa sinusoidal. La secuencia de los pulsos cuadrados se ha programado en una FPGA basado en VHDL (Lenguaje de descripción de Hardware) de tal manera que se obtengan señales de modulación SPWM con las cuales se obtiene una onda sinusoidal en la salida del convertidor DC-AC con filtro paso bajo. Los resultados alcanzados son: a) Se obtuvo una señal sinusoidal de 60 Hz a partir de una fuente de alimentación continua (batería), b) La tasa de distorsión armónica total (THD) de la señal generada por el modulador SPWM es del 3.29%, valor que representa a una mínima distorsión de una sinusoide pura, c) Las componentes armónicas múltiplos de la frecuencia fundamental de 60 Hz, tienen una amplitud inferior al 3.29% de la señal fundamental, d) La tasa de distorsión armónica total THD de la señal sinusoidal obtenida es inferior en 41.94% a la THD de la señal alterna del convertidor DC-AC sin modulador SPWM. En conclusión, un modulador SPWM genera tensiones sinusoidales desde fuentes de voltaje DC.xiii