High-Power Density DC-DC Converter for More Electric Aircraft

Zusammenfassung

Gaur egun, gizarteak energia ez berriztagarrien kontsumoarekiko duen mendekotasun handiak lagunduta, klima aldaketa bizkortzen ari da, ekosisteman gero eta inpaktu handiagoa edukita. Horren ondorioz, energia berriztagarrien kontsumoa bultzatzen ari da (fotovoltaikoa, eolikoa, mareen energia, etab.). Gertaera horrek energia elektrikoa sortzeko modu nagusiei eragiteaz gain, energia ez berriztagarrien erabiltzaile nagusiei eragiten die. Testuinguru horretan, automobilgintza sektorea da kaltetu nagusietako bat, non erregai fosiletan oinarritutako propultsio metodo tradizionala energia elektrikoaren bidez erabat edo partzialki bultzatutako ibilgailuekin ordezten ari den. H2020aren hasieratik, garraio aeronautikoaren bi kontzeptu berri kaleratu ziren: hegazkinik elektrikoena (ingelesetik More Electric Aircraft, MEA) eta hegazkin elektriko hutsa (ingelesetik, All Electric Aircraft). Aireontzi mota horietan, potentzia elektrikoa banatzeko sistema AC/DC eta DC/DC energia bihurtzean banatzen da. Lan honetan, hegazkin elektrikorako integratutako eta/edo proposatutako DC/DC banaketa sareak aztertzen dira, normalean enplegatzen diren potentzia bihurgailu elektronikoen topologien ezagutzan sakontzeko. Banaketa sare horien barruan, DAB da (ingelesetik Dual-Active-Bridge) literaturaren proposamenen arabera gehien erabiltzen den potentzia bihurgailu elektronikoa. Bihurgailu hori bi zubi osok osatzen dute, potentzia transformadore batek interkonektatuta. Zubi horiek, berriz, artezle eta/edo inbertsore gisa jardun dezakete, energia elektrikoaren fluxua noranzko bikoa izatea ahalbidetuta. ABAC da (ingelesetik: Active-Bridge-ActiveClamp) DC/DC banaketa sareetan ere erabiltzen den bihurgailuaren beste alternatiba bat. Bihurgailu horren goi tentsioko aldea DABren berdina da. Hala ere, behe tentsioko aldean zubi osoa bi zubi erditan banatzen da, tarteko bus batean bi kondentsadore eta irteera iragazkiko bi DC induktore sartzeko. Topologia baten edo bestearen erabilera errazten duten agertokiak ebaluatu ahal izateko, lan honetan bihurgailu horietan sartzen diren osagaien korronteko eta tentsioko portaera deskribatzen duten ekuazio analitikoak garatzen dira, bai eta modulazio metodo nagusiekin lan egiten denean horiek dituzten funtzionatzeko moduak ere. Tentsio eta korronteen ekuazio analitikoak topologia bakoitzean integratzen diren elementuetan lortu ondoren, optimizazio algoritmo bat egiten da, indar gordinean oinarrituta. Algoritmo horrekin, erdieroalearen, disipadorearen, elementu magnetikoen eta/edo kondentsadoreen hainbat teknologiaren erabilera aztertu daiteke, bihurgailuaren efizientzian nahiz haren potentzia bolumetrikoaren dentsitatean duten eragina ebaluatzeko.