DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES BASADO EN FIBRA ÓPTICA PARA CONVERTIDORES DE POTENCIA

Abstract

Power converters require communication between the power and control circuits, on the one hand for providing trigger and enabling signals to the semiconductors and the other for receiving fault signals and measurements from the converter. Due to the high currents that these devices manage and to electromagnetic interference that this generates, usually the transmission of this information is carried through optical fiber. Until now systems for communication of the trigger pulses of power semiconductors and acquisition of signals through optical fiber have been developed, using dedicated channels to each signal. However, the disadvantages of this communication model is that underused the capabilities of optical fiber transmission and is not suitable when multicell converters are used with many subunits that must be controlled, due the large number of fiber optic links required. For this reason, it is required to design and implement a system that use more effectively the communication potential of fiber optic in data transmission and that allow to reduce the complexity when it is used in multicell converters. In response to this need, it works on the design of a communication system based on optical fiber that in addition of the switching states allows the sending and receiving additional signals between the power converter and control platform at high speed, such as state of the power supply, the temperature, enabling and disabling signals, and others, using for this the bidirectional optic fiber link with a transmission and reception signals. Furthermore it is considered the selection of an appropriate communications protocol that adjust to the required speed for a real-time control of a converter and also the design and construction of hardware and its respective needed software. All this considering that the importance of the communications system is flexible enough for use in a variety of power converters and meets certain of size, power and cost requirements. For the realization of the above, evaluation and selection of communication protocols in a hardware level and data level, the communications circuit design, the economical evaluation and management of the components, manufacturing and assembly and testing of prototypes, are considered. Finally, the system of the communication interface is built. Then the software is develop, which is tested in simulations before being installed and finally the complete communication system is tested in operation checking that the obtained answers are the expected one.Los convertidores de potencia requieren de la comunicación entre el circuito de potencia y el de control, para por una parte entregar las señales de disparo y habilitación a los semiconductores y por otra para recibir señales de falla y mediciones desde el convertidor. Debido a las altas corrientes que estos dispositivos manejan y a la interferencia electromagnética que esto genera, es usual que la transmisión de esta información se realice mediante fibra óptica. Hasta el momento se han desarrollado sistemas para realizar la comunicación de los pulsos de disparo de los semiconductores de potencia y la adquisición de señales a través de fibra óptica, utilizando canales dedicados a cada señal. Sin embargo, las desventajas de este modelo de comunicación es que subutiliza las capacidades de transmisión propias de la fibra óptica y que no es adecuado cuando se utilizan convertidores multicelda con muchas subunidades que deben ser controladas, dada la gran cantidad de enlaces de fibra óptica requeridos. Por esta razón, se requiere diseñar e implementar un sistema que utilice con mayor efectividad el potencial de comunicación que entrega la fibra óptica en la transmisión de datos y permita reducir la complejidad cuando se utilice en convertidores multicelda. Como respuesta a ésta necesidad se trabaja en el diseño de un sistema de comunicaciones basado en fibra óptica que además de los estados de conmutación permita el envío y recepción de señales adicionales entre el convertidor y la plataforma de control, como por ejemplo estado de la fuente de alimentación, temperatura, señales de habilitación y deshabilitación, etc., utilizando para esto enlace de fibra bidireccional con una señal de transmisión y una de recepción. Se contempla la selección de un protocolo de comunicaciones adecuado que se ajuste a la velocidad requerida para el control en tiempo real de un convertidor y el diseño y construcción del hardware y software necesarios. Esto último contemplando que el sistema de comunicaciones sea lo suficientemente flexible para su utilización en una gran variedad de convertidores de potencia y que cumpla con ciertos requerimientos de tamaño, potencia y costo. Para la realización de lo anterior se consideran, la evaluación y selección de protocolos de comunicación a nivel de hardware y de datos, diseño del circuito de comunicaciones, cotización de componentes y gestión de compras, fabricación y montaje y pruebas de prototipos. Finalmente se construye el sistema de la interfaz de comunicación. Luego se desarrolla el software, el que es probado en simulaciones antes de ser instalado y por último se prueba el sistema completo en funcionamiento comprobando que las respuestas obtenidas son las esperadas.