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IK4 Doctorados

 

TEKNIKER

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DOCTORADOS

TEKNIKER

Estudio de la viabilidad de convertidores basados en tecnología de banda ancha en accionamientos de alta velocidad y baja potencia

TEKNIKER

INICIO: 10/2017

ABIERTO

OBTENCIÓN GRADO DOCTOR/A: 09/2020

Descripción

La demanda de un mercado cada vez más exigente en las aplicaciones de potencia actuales han llevado a la necesidad de convertidores de potencia cada vez más sofisticados desde el punto de vista de eficiencia, compactibilidad y calidad de señal. La base de los convertidores actuales, el semiconductor de silicio, está cerca de los límites teóricos de la tecnología, por lo que las posibilidades de mejora son reducidas. En las últimas décadas, se han investigado materiales con características adecuadas para sustituir al silicio, llegando a los semiconductores de banda ancha. En esta tecnología, destacan el nitruro de galio (GaN) y el silicio de carburo (SiC).

Los semiconductores de banda ancha producen menos pérdidas y pueden operar a mayor temperatura que los semiconductores convencionales, lo que permite obtener convertidores más compactos y eficientes. Además, pueden operar a frecuencias de conmutación muy superiores, dando lugar a señales de mejor calidad con filtros más pequeños.

La aparición de esta tecnología ha abierto un abanico de posibilidades en campos como el del vehículo eléctrico/híbrido, los accionamientos, la fotovoltaica y las fuentes de alimentación en general. A pesar de las expectativas, es necesario realizar un estudio detallado para conocer el grado de viabilidad de la tecnología, ya que su alta velocidad de conmutación la convierte en un foco de ruido electromagnético, su fiabilidad no está probada y su coste es alto debido a la juventud de la tecnología.

El objetivo de la tesis consiste en estudiar la aportación y viabilidad de los semiconductores de banda ancha en los convertidores utilizados en accionamientos eléctricos de alta velocidad, orientándose a aplicaciones de máquina herramienta (electromandrinos) y sistemas de almacenamiento basados en volante de inercia. La nueva tecnología, además de las ventajas citadas previamente, permitirá mejorar la dinámica de control y mejorar las prestaciones del sistema.

Los puntos a desarrollar a lo largo de la tesis son:

  1. Dimensionado y diseño de convertidor basado en semiconductores de banda ancha. Se tendrán en cuenta tanto los aspectos térmicos como efectos de componentes parásitos (modo común, sobretensiones, …). Se analizarán distintas soluciones para atenuarlos.

  2. Estudio y desarrollo de algoritmo de control óptimo para máquina de alta velocidad, atendiendo a criterios como el tiempo de ejecución, rizado de par y dependencia de parámetros de la máquina, …

  3. Análisis de límites de frecuencia de conmutación y dinámica del control, tanto desde el punto de vista de eficiencia como desde la frecuencia del algoritmo de control. Comparativa con convertidor de silicio convencional.

Departamento o Unidad del Centro Tecnológico Asociado

Unidad de Automatización y Control

Línea de investigación

TICS-Actuadores y máquinas electromagnéticos

Fecha inicio prevista

10/2017

Fecha obtención grado doctor/a

09/2020

Requisitos necesarios

- Se exige nivel máster (completado antes de iniciar el doctorado), vocación investigadora e inglés.
- Es especialmente interesante el Máster Universitario en Energía y Electrónica de Potencia de Mondragon Unibertsitatea, pero no se descartan otros estudios.
- Es fundamental la iniciativa y la capacidad de resolver problemas.

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