Suitability analysis, design and protection of an active modular rectifier architecture for a more electric aircraft

Resumen

Con el objetivo de reducir la emisiones causadas por el avión convencional, se están realizando investigaciones en la electrificación del avión para reducir su uso de combustible. De este modo, se pretende que el futuro Avión Más Eléctrico (MEA) se caracterice por una alta eficiencia, una alta densidad de potencia y una alta fiabilidad. Bajo este contexto, el desarrollo de un sistema eléctrico basado en distribución HVDC se propone como una alternativa capaz de mejorar la eficiencia en la distribución, reducir el peso total y proporcionar cualidades adicionales como un flujo de potencia bidireccional. Esta tesis doctoral se centra en el reemplazo del convertidor AC/DC tradicional por una arquitectura de convertidores modulares activos que permita implementar un red de distribución HVDC y que ofrece una alta eficiencia, alta densidad de potencia y son capaces de soportar faltas. Para ello, se han revisado las diferentes topologías de convertidores AC/DC activos y se ha estudiado su viabilidad en el contexto de aplicaciones MEA. Después se ha realizado un estudio comparativo para encontrar la topología AC/DC que mejor se adapta. Partiendo de los resultados de la comparativa, se han propuesto tres configuraciones de convertidor distintas con las cuales se diseñan tres respectivas arquitecturas modulares que se acogen a la normativa del MEA. Una vez diseñadas, estas tres arquitecturas se comparan para tratar de encontrar la solución más apuesta a la aplicación. Finalmente, la arquitectura de convertidores activos se integra en el sistema eléctrico HVDC del MEA con el objetivo de estudiar su capacidad de tolerar faltas. Así, se ha propuesto el estudio comparativo sobre dos sistemas eléctricos diferentes considerando que ambos tienen integrado la arquitectura modular activa. La metodología propuesta en la comparativa, se centra finalmente en comparar los resultados de eficiencia, peso, capacidad de supervivencia y velocidad de evacuación de falta.