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ELECTRONICA DE POTENCIA
UNIVERSISDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAELECTRONICA INDUSTRIAL 2014
Introducción a la Electrónica de Potencia
• Introducción: tipos de electrónica
• Transformación de la energía eléctrica
• Dispositivos de potencia
• Conversión CA/CC: rectificadores
• Conversión CC/CC
• Conversión CC/CA: inversores
• Aplicaciones
Introducción a la Electrónica de Potencia
Electrónica de comunicacionesElectrónica
Analógica
Introducción a la Electrónica de Potencia
Electrónica DigitalInstrumentación
Electrónica,Bioelectrónica...
Introducción a la Electrónica de Potencia
Electrónica de Dispositivos y
Microelectrónica
Electrónica de Potencia
Introducción a la Electrónica de Potencia
• Electrónica de potencia transformación de la energía eléctrica
Fuente Primaria
Fuente Primaria
Circuito de Potencia CargaCarga
Circuito de Control o mando
Circuito de Control o mando
- Resistencia- Baterías- Lámparas- Motores- Etc.
gobierno información
Introducción a la Electrónica de Potencia
• Electrónica de potencia transformación de la energía eléctrica
Antiguamente se empleaban combinaciones motor + generador:
• Gran tamaño y peso
• Reducida vida útil
• Alto mantenimiento
• Difícil regulación• Estos inconvenientes se eliminan empleando convertidores electrónicos
Tipos de conversión de la energía
CA / CC CC / CC
CA / CA CC / CA
Rectificador Regulador de continua
•Cicloconvertidor•Reg. alterna
Inversor
Rangos de potencia según el tipo de aplicación
Media: 100W – 1kW• Cargadores de Baterías• Balastos Electrícos (HID)• Secadores• Reguladores de Velocidad
Baja: <100W• Alarmas• Balastos Electrónicos
(Fluorescentes)• Fuentes de alimentación• Herramientas Eléctricas.
Alta: 1kW – 100kW• Hornos de Inducción• Accionadores para Locomotoras• Secadores• Soldadura automática
Muy Alta: 100kW – 100MW• Reguladores de Tomas (Alta tensión)• Inversores para generadores • Inversores no autónomos para
generadores
Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia
• Funcionamiento en conmutación bajas pérdidas
Potencia de entrada y salida
Rendimiento
12V
U E
U S=5V
1A 1A7V
5
Regulador disipativo
convencional
En zona activa
WPE 12112
WPS 515
42.012
5
E
S
P
P
Muy malo
Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia
Q (Conmutación)
Interruptor
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
Regulador conmutado
Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
L
C R L = 5 U S
U E
12V 5VD
Q
U D
toffton
tonUU ESmed
toffton
tonD
1SE PP
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
Dispositivos Electrónicos Sin control: Diodos Con control de encendido: Tiristores Con control total: Transistores
Transformadores Bobinas Condensadores
Dispositivos Pasivos
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
Diodos de Potencia Diodos de tres capas Mayor sección Problemas de velocidad Problemas térmicos
Ánodo
Cátodon+
p+
n-
Sólo control de encendido Muy robustos Baja frecuencia Tecnología muy madura
CátodoÁnodo
Cátodon+
p+n-
p-
Puerta
Tiristores (SCR)
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
• Tipo transistor GTO (tiristor apagado por puerta) Transistor bipolar de potencia Transistor MOSFET de potencia IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) Otros muchos en evolución
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
GTO Control de encendido y apagado (difícil) Muy robustos Baja frecuencia (mayor que los SCR’s)
CátodoÁnodo
Cátodo
n+
p+ n-p-
Puerta
Transistor bipolar Control de encendido y apagado
(dificultad media) Robustos Media frecuencia (mayor que los
SCR’s y los GTO’s)
n+n-p-
Colector
EmisorBase
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
MOSFET de potencia Fácil control de encendido y
apagado Alta frecuencia (mayor que los
otros) Resistivo en conducción
Puerta
Drenador
Fuente
n+
n- p
IGBT Fácil control de encendido y apagado Frecuencia entre BJT y MOSFET Casi como un BJT en conducción
n+
n- p-
p+
PuertaEmisor
Colector
Dispositivos empleados en los convertidores de potencia
102
107
105
104
103
106
MAR
GEN
DE
PO
TEN
CIA
(V·A
)
IGBTMOSFET
10 102 103 104 105 106 107 108
GTO
SCR
BJT
FRECUENCIA (Hz)
Montaje de los semiconductores de potencia
• Tuerca
Montaje 1 Montaje 2
Radiador
Tuerca
Transistor
Radiador
Tuerca
Tiristor
Montaje 1
Montaje de los semiconductores de potencia
Montaje 3
RadiadorPress-package
Convertidores CA/CC: rectificadores
• RECTIFICADORES NO CONTROLADOS
Rectificador monofásico
de onda completaV O
VE
V O
V E
+
U R
V O
+
+
U S
U T
D R
D S
D T
U R U S U T
VO
Convertidores CA/CC: rectificadores
• RECTIFICADORES CONTROLADOS
Principio de funcionamiento
Rectificador controlado trifásico de media onda
U R U S U T
VO
P U L S O S D E D IS PA R O D E T R
+
U R
V O
+
+
U S
U T
TR
TS
TT
F ILTR O
Contro l de l ángulo de d isparo
ACCC de tensiónvariab le
Convertidores CC/CC: reguladores
• ALTA FECUENCIA TAMAÑO REDUCIDO
Convertidores CC/CC sin transformador
VE VS
VEVS
Reductor
Elevador
7,03,0 E
S
V
V
35,1 E
S
V
V
Convertidores CC/CC: reguladores
Convertidores CC/CC con transformador
Directo(Forward)
De retroceso(Flyback)
Convertidores CC/CA: inversores
Inversor de onda cuadrada en medio puente
V O
Q 1
Q 2
V E
2
V E
2
Q 1
Q 2
ON
ON
ON
OFF OFF
OFF
V E
2
V E
2
Alterna
Convertidores CC/CA: inversores
Inversor de onda cuadrada en puente completo
V OQ 1
Q 2
VE Q 3
Q 4
Q 1
Q 2
ON
ON
ON
OFF OFF
OFFQ 4
Q 3
V E
V E
Alterna
Convertidores de potencia: aplicacionesSistemas de alimentación ininterrumpible
SAI on-line
SAI off-line
IN V E R S O RAC Cargacrítica
Batería
CA/CC
IN V E R S O RCA/C C
Batería
AC
Fallo dered
Cargacrítica
Convertidores de potencia: aplicaciones
• Sistemas de alimentación de motores
Motor trifásico de inducción
InversorAC
Tensión y frecuencia
variab le
CC MR ectificador
Variador
AC
Z on a de fu nc ion am ie nto
n orm a lM otor
Carga
Par
Frecuencia g iro
f1f2
f2<f1
Control de velocidad y par del motor
Permite arranque suave Se puede conseguir frenado
regenerativo del motor
Convidores de potencia: aplicacionesert
La energía se produce y almacena en continua. Se convierte en alterna para inyectarla a la red de suministro.
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