electrónica de potencia 2014

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.