Introducción Convertidores Electrónicos

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2 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA BIBLIOGRAFÍA o FISHER, M. J.: Power Electronics Ed. PWS - KENT Publishing Company. o RASHID, M. H.: Electrónica de Potencia Ed. Prentice Hall International Editions. o ALDANA y otros: Electrónica de Potencia Ed. Universidad Politécnica de Madrid o DANIEL W. HART: Electrónica de Potencia Ed. Prentice Hall. o SAMIR K. DATA: Power Electronic Ed. Prentice Hall International Editions. o RAMHAW R. S.: Power Electronic Semiconductor Switches Ed. Chapman & Hall. o VELASCO Y OTROS: Sistemas electrónicos de Potencia Ed. Paraninfo 2

3 a) Bibliografía básica ELECTRÓNICA DE POTENCIA Daniel W. Hart. Prentice-Hall, 2001 POWER ELECTRONICS: CONVERTERS, APPLICATIONS AND DESIGN (2nd. Edition) N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins. John WiIey & Sons, ELECTRÓNICA DE POTENCIA: TEORÍA Y APLICACIONES J.M. Benavent, A. Abellan y E. Figueres. S.P.U.P.V., 1999 b) Bibliografía complementaria POWER ELECTRONICS. CIRCUITS, DEVICES AND APPLICATIONS 2nd Edition. M.H. Rashid. Prentice-Hall International, ELECTRÓNICA DE POTENCIA G. Seguier. Gustavo Gili, 1979 POWER ELECTRONICS M.J. Fisher. PWS-KENT Publishing Company ELECTRÓNICA INDUSTRIAL. ELECTRÓNICA DE POTENCIA Hansruedi Buhler. Gustavo GiIi, CONVERSORES CONMUTADOS: CIRCUITOS DE POTENCIA Y CONTROL A. Abellán y otros. S.P.U.P.V., 1998 ELECTRÓNICA DE POTENCIA: LOS CONVERTIDORES ESTÁTICOS DE ENERGÍA. CONVERSIÓN ALTERNACONTINUA Guy Segier. Gustavo Giíi, ELECTRÓNICA DE POTENCIA: LOS CONVERTIDORES ESTÁTICOS DE ENERGÍA. CONVERSIÓN ALTERNAALTERNA C.Rombaut, G. Seguiery R. Bausiere. Gustavo GiIi, 1987.

4 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Introducción Electrónica de Potencia: Parte de la Electrónica que estudia los dispositivos y circuitos electrónicos usados para modificar características de la energía eléctrica (tensión, frecuencia, forma de onda...) o Disciplina entre electrotecnia y electrónica. o Objetivo: Control de transferencia de energía eléctrica con máximo rendimiento posible. Líneas de estudio: o De componentes. o De estructuras. 4

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7 Requisitos de los dispositivos electrónicos de potencia o Tener dos estados: 1. alta impedancia (bloqueo) 2. Baja impedancia (conducción). o Capacidad de soportar: 1. intensidades altas con caídas de tensión bajísimas en estado de conducción y 2. tensiones altas con corrientes de fugas bajísimas en estado de bloqueo. o Controlabilidad de paso de un estado (on off) a otro con facilidad y poca potencia. o Rapidez de funcionamiento: Capacidad de trabajo a frecuencias altas. 7

8 De los dispositivos electrónicos que cumplen los requisitos anteriores, los más importantes son los: -Transistores de potencia y los -Tiristores. Estas familias de dispositivos tienen dos electrodos principales y un tercer electrodo de control. Proceso tecnológico de los dispositivos semiconductores de Potencia 8

9 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Evolución de la Electrónica de Potencia. o Hasta 1950: Aplicaciones limitadas. o A partir de 1950, empieza a introducirse en la Industria. Al aumentar la fiabilidad se desarrollan nuevas aplicaciones. Nace la Electrónica Industrial. o A partir de 1960: Introducción de los semiconductores en la Electrónica Industria (Automatización de procesos Industriales). o Década de los 70: Circuitos Integrados (CI). Miniaturización. Menor tamaño y peso. Menor coste. Menor consumo. Más fiabilidad. o 1975 Nacen los Microprocesadores (µp) 9

10 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Electrónica Industrial Electrónica de Regulación y Control Electrónica de Potencia Analógicos Módulos estándar Lógicos Elementos de Potencia Elementos de Rectificadores NO controlables Elementos de Rectificadores controlables Analógicos Híbridos Digitales Rectificadores Convertidores de Corriente Convertidores de Frecuencia Órganos y equipos de Regulación y Control Equipos de Potencia Calculadores de procesos mini y microprocesadores Máquinas Eléctricas, Hidráulicas y Térmicas Instalaciones Completas 10

11 APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Inducción Comunicaciones Fuentes de Alimentación Electrónica de Potencia Tracción y Automoción Electrónica de Consumo Generación Máquinas Eléctricas Rotativas 11

12 APLICACIONES Entorno DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Refrigeración y congelación de alimentos. Calefacción y aire acondicionado. Cocinas, lavadoras, aspiradoras, µondas Iluminación. Electrónica de consumo (ordenadores, TV, video Comercial Industrial Calefacción, ventilación, aire acondicionado Iluminación. Equipos informáticos. Sistemas de alimentación ininterrumpidas (SAIs). Ascensores. Bombas, compresores, ventiladores Motores, máquinas herramientas, robots Hornos (inducción ) Laser industrial. Soldadura. Iluminación Transporte Energía Control de tracción de vehículos eléctricos. Cargadores de baterías. Locomoción eléctrica (automóviles, metro, ferrocarril) Electrónica del automóvil Transporte de energía de CC en alta tensión. Compensación de energía reactiva. Energías alternativas. Telecomunicaciones Cargadores de baterías. SAIs. Aeroespacial Sistemas de potencia en aviones. Sistemas de potencia en transbordadores. 12

13 Las aplicaciones de la Electrónica de Potencia pueden ser : LINEALES: En ellas los dispositivos activos trabajan en modo lineal, tienen un terminal de control (Base, Puerta) y dos terminales de potencia (Emisor- Colector, Surtidor - Drenador) CONMUTADAS: Se lleva al dispositivo desde una resistencia teóricamente infinita entre los terminales de potencia (interruptor abierto) a una resistencia cero (interruptor cerrado) 13

14 TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Convertidores electrónicos. Clasificaciones: - Según el modo de conmutación - Según el tipo de conversión - Según la conmutación / conversión Clasificaciones según n el modo de conmutación: n: Sin conmutación: La corriente por la carga se anula a la misma vez que la corriente por el elemento activo. Con conmutación natural: Paso de corriente de un elemento rectificador a otro provocado por tensiones alternas. Con conmutación forzada: Paso de corriente de un elemento rectificador a otro provocado por la carga de un condensador. 14

15 Clasificación n según n el tipo de conversión. n. 1 - Contactor de corriente: Señal de Control Ve / fe POTENCIA Vs / fs Dispositivo estático que permite conectar y desconectar la carga mediante una señal de control lógico. fe = fs 2 - Variador de corriente: Señal de Control Ie / fe POTENCIA Is / fs Dispositivo estático que permite conectar y desconectar la carga mediante una señal de control analógico, troceando la tensión de entrada 15

16 3 Rectificador : Señal de Control Ve / fe C.A. Vs / fs = 0 C-C. POTENCIA Dispositivo estático conversor de tensión alterna de entrada en continua de salida 4 - Ondulador o Inversor : Señal de Control Ve / fe = 0 C.C. Vs / fs C.A. POTENCIA Dispositivo estático conversor de tensión continua de entrada en alterna de salida. 16

17 TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA E.- Convertidor de corriente: Dispositivo capaz de funcionar como rectificador controlado o como ondulador. F.- Convertidor de corriente bidireccional: Doble convertidor de corriente. 17

18 5 - Convertidor de frecuencia directo: Suministra señal alterna de salida de frecuencia distinta a la señal alterna de entrada. 6- Convertidor de frecuencia con circuito intermedio: Rectificador Ondulador 18

19 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Clasificación n según n el tipo de la conversión. n. C.A. Rectificador C.C C.A. Inversor C.C 19

20 Diagrama Bloques de un sistema electrónico de potencia 20

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22 Ejemplo de circuito: Rectificador controlado 22

23 Ejemplo de diagrama bloque : Control de velocidad de un motor de continua 23

24 Ejemplo de circuitos: Control de carga en alterna, monofásica y trifásica 24

25 Ejemplo de diagrama bloques : Control de velocidad de un motor trifásico de inducción 25

26 Ejemplo de diagrama bloques: Sistema de alimentación ininterrumpida de potencia 26

27 Ejemplo de diagrama bloques : Chopper controlador de un motor de DC 27

28 TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Ejemplo de diagrama bloques: Sistema cambiador de frecuencia 28

29 Ejemplo de diagrama bloques: Sistema HVDC (alta tensión en corriente continua) 29

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