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DIAPOSITIVAS ELECTRÓNICA DE POTENCIA 5911 UNIDAD I.pptx (1).pdf
- 1. TECNOLOGÍA SUPERIOR ELECTROMECÁNICA ELECTRÓNICA DE POTENCIA PERÍODO ACADÉMICO: 202250 NRC 5911
- 2. UNIDAD I • INTRODUCCIÓN • SIMULACIÓN COMPUTACIONAL • ANÁLISIS EN EL DOMINIO DEL TIEMPO • ANÁLISIS EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA
- 3. ELECTRÓNICA DE POTENCIA • La tarea de la electrónica de potencia es procesar y controlar el flujo de energía eléctrica mediante el suministro de voltajes y corrientes en una forma óptima para las cargas de los usuarios
- 4. CONTROLADOR • El controlador en el diagrama de bloques de la figura 1-1 consiste en circuitos lineales integrados y/o procesadores de señales digitales. Dichos controladores fueron posibles gracias a avances revolucionarios en el campo de la microelectrónica. Además, los avances en la tecnología de la manufactura de semiconductores hicieron posible la mejora significativa de las capacidades de manejo de voltajes y corrientes así como de las velocidades de conmutación de dispositivos de semiconductores de potencia, que constituyen la unidad del procesador de potencia de la figura 1-1. A
- 5. ELECTRÓNICA DE POTENCIA La electrónica de potencia está situada en la frontera o unión entre la electrónica y la electricidad y mediante los semiconductores de potencia que permitió su desarrollo
- 6. Dispositivos de Electrónica de potencia • Diodos • Tiristores • Transistores de potencia
- 7. Derivación de tiristores y transistores • TRIAC • DIAC • UJT • PUT • DIODO SHOCKLEY • FOTORESISTORES • GTO • OTROS
- 10. ELECTRÓNICA DE POTENCIA La electrónica de potencia es aquella que se encarga del estudio de dispositivos, circuitos, sistemas y procedimientos para el procesamiento y control de la energía eléctrica.
- 11. REQUISITOS
- 13. ALCANCE Y APLICACIONES • Fuentes de alimentación conmutadas • Conservación de la energía (lámparas fluorescentes) • Control de procesos automatizados • Transporte • Inversores • Electrotecnia
- 14. Tipos de circuitos electrónicos de Potencia • Para un control el acondicionamiento de la potencia eléctrica es necesaria la conversión de potencia eléctrica de una a otra forma, las características de conmutación de los dispositivos de potencia permuten esas conversiones. Los conversores estáticos de potencia hacen esas funciones. • Se puede considerar que un convertidor es una matriz de conmutación. • Los circuitos de electrónicos de potencia se pueden clasificar en seis tipos:
- 15. Tipos de circuitos electrónicos de potencia • Rectificadores con diodos • Convertidores ca-cd (rectificadores controlados) • Convertidores ca-ca (controladores de voltaje ca) • Convertidores cd-cd (controladores de voltaje cd) • Convertidores cd-ca (inversores) • Interruptores estáticos.
- 16. Tipos de circuitos electrónicos de Potencia
- 17. AC-AC
- 18. AC-DC
- 19. DC-DC
- 20. DC-AC
- 21. SEÑALES • El objetivo de estudiar análisis de señales es aprender a caracterizar una señal, es decir, conocer los parámetros que la definen. • Una señal es todo aquello que porta información y puede viajar por algún medio, ya se un material o el vacío. • En las comunicaciones, por ejemplo, existen varias formas de enviar información, antiguamente la información se enviaba a través de sonido que viajaban en el aire, tales como los sonidos emitidos por tambores, gritos, etc.
- 22. Aplicación del análisis de señales • Seguridad: Control no invasivo de estructuras(nuclear), pruebas de control de calidad. • Sismología: análisis de señales sísmicas (potencia del sismo, forma, origen, etcétera) • Geofísica: Investigación de zonas petroleras. • Biomédica: análisis de señales cardiacas, fetales, procesamiento digital de imágenes • Telecomunicaciones: codificación, transmisión, análisis. • Eléctrica: análisis de armónicos
- 23. CLASIFICACIÓN DE SEÑALES • Existen diferentes clasificaciones de señales, entre las destacadas son: • Señales de energía • Señales de potencia • Señales continuas y analógicas • Señales digitales • Señales no periódicas • Señales determinísticas • Señales aleatorias
- 32. Ortogonalidad y Series de Fourier En el espacio euclídeo convencional el término ortogonal y el término perpendicular son sinónimos. Sin embargo, en espacios de dimensión finita y en geometrías no euclídeas el concepto de ortogonalidad generaliza al de perpendicularidad.
- 35. ARMÓNICOS Las cargas no lineales tales como: rectificadores, inversores, variadores de velocidad, hornos, etc; absorben de la red corrientes periódicas no senoidales. Estas corrientes están formadas por un componente fundamental de frecuencia 50 ó 60 Hz, más una serie de corrientes superpuestas de frecuencias, múltiplos de la fundamental denominamos ARMÓNICOS ELÉCTRICOS, que generan costes técnicos y económicos importantes.
- 36. Origen de los armónicos Se suele pensar que los problemas que pueden ser causados por los armónicos eléctricos vienen de la red eléctrica o que son culpa de la compañía eléctrica. La verdad, es que la gran mayoría de perturbaciones debidas a los armónicos son generadas por las cargas de nuestra propia instalación.
- 37. Tipos de receptores 1. Cargas lineales. • Son aquellas cuya corriente es senoidal. • Pudiendo estar desfasada o no respecto a la tensión. • Aquí podemos encontrar las cargas resistivas, los condensadores o las cargas inductivas no saturadas como reactancias, motores o transformadores de potencia.
- 38. Tipos de receptores 2. Cargas no lineales. • Son aquellas cuya corriente no es senoidal debido a un rectificador o conversor. • Aquí podemos encontrar los variadores de velocidad, ordenadores, servidores, SAIs, vehículos eléctricos, etc.
- 41. Espectro y forma de onda • Cuando hacemos un análisis de perturbaciones armónicas utilizamos: – la forma de onda (dominio de tiempo) – o el espectro de armónico (dominio de frecuencia). • El espectro es la forma más sencilla y rápida para analizar la cantidad de armónicos presentes en la instalación en un momento dado. • El espectro armónico se representa con el porcentaje de la componente de cada armónico respecto al valor que corresponde a la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). Vamos a poner un ejemplo para que acabe de quedar claro:
- 45. DB • El decibelio o decibel, con símbolo dB, es una unidad que se utiliza para expresar la relación entre dos valores de presión sonora, o tensión y potencia eléctrica (no es una unidad de medida). La unidad básica es el belio (o bel) de símbolo B, pero dada la amplitud de los campos que se miden en la práctica, se utiliza su submúltiplo, el decibelio.
- 46. Espectro Cada carga no lineal tiene una forma de onda y su respectivo espectro que lo caracteriza.
- 47. Espectros más típicos: • Las cargas monofásicas • Ordenadores, alumbrado de descarga, coches eléctricos, etc) • Presentan una forma de onda puntiaguda, y su espectro predomina los armónicos de orden 3º, 5º, 7º y 9º, de más a menos amplitud.
- 48. Espectros más típicos: • Las cargas trifásicas • Variadores, convertidores, etc. • presentan una forma de onda con dos montículos, como las jorobas de un camello, aunque popularmente se le suele nombrar como “M”. • Su espectro en predomina los armónicos de orden 5º, 7º, 11º y 13º, de más a menos amplitud.
- 59. Las mediciones están en pleno funcionamiento (día)
- 60. Momentos de mayor consumo
- 64. EJEMPLO
- 65. SOLUCIÓN
- 66. Parámetros básicos de los armónicos eléctricos Valor eficaz • El valor eficaz o RMS (Root Mean Square en ingles) podemos decir que es el “valor del tensión o corriente alterna que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de tensión o corriente en corriente continua sobre una misma resistencia“.
- 67. Parámetros básicos de los armónicos eléctricos • Cuando tratamos de armónicos el valor eficaz es igual a la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de cada componente armónica. • Normalmente se toma en cuenta hasta el armónico de orden 40 o 50 según norma, pero 30 es mas que suficiente para la gran mayoría de los análisis.
- 68. Parámetros básicos de los armónicos eléctricos Distorsión armónica individual • La distorsión individual es simplemente la representación en porcentaje que hay de una cantidad de armónico, ya se en tensión o en corriente, respecto al valor fundamental. • Cuando trabajamos con el espectro de armónicos, el porcentaje de cada componente armónica que se representa es precisamente la distorsión armónica individual.
- 69. Parámetros básicos de los armónicos eléctricos La tasa de distorsión armónica • Tanto en corriente como en tensión, es la representación en porcentaje que hay de componente eficaz armónica o residual armónica respecto a la fundamental. Dicho en otras palabras, es la relación entre la parte “no deseada” de la onda respeto a la parte limpia.
- 70. Ejercicio Tenemos la descomposición de una forma de onda distorsionada, con el valor de cada una de los armónicos. Calcular: • El valor eficaz, y el porcentaje que representa. • La distorsión individual del tercer armónico. • El THD. F. Fundamental 3° 5° 7° 11° 50A 12A 35A 28A 7A
- 71. Cómo calcular la corriente residual armónica •
- 72. Cómo calcular la corriente residual armónica •
- 73. Cómo medir armónicos eléctricos Solución Análisis Definitivo Análisis temporal Detectar posibles efectos armónicos • Sobrecarga • Calentamiento • Derrateo máquinas (reducción controlada de la potencia) • Mayor distorsión en tensión Información de la instalación •Esquema •Tipo de cargas •Baterías con condensadores •Nivel de trabajo Inspección visual •Calor •Suciedad •Desgastes mecánicos Mediciones eléctricas •Escoger equipos (T RMS) •Pinzas amperimétricas •Analizador de redes •Analizador de calidad eléctrica
- 75. SERIES DE FOURIER Las series de Fourier consisten en una sumatoria de infinitos términos, los cuales constan de funciones armónicas, seno y coseno, cuyo argumento es múltiplo entero de una frecuencia fundamental. Las funciones seno y coseno están multiplicadas por coeficientes de valores, tales que la sumatoria es idéntica a una función con periodo T igual a dos veces pi (2π) dividido entre la frecuencia angular fundamental ω. Las funciones seno y coseno están multiplicadas por coeficientes de valores, tales que la sumatoria es idéntica a una función con periodo T igual a dos veces pi (2π) dividido entre la frecuencia angular fundamental ω.
- 76. • Los coeficientes de Fourier de una función periódica, también llamada señal, son el espectro de la misma. • Por lo tanto, el espectro es el conjunto de frecuencias que conforman una señal caracterizado por la amplitud de cada frecuencia, lo cual se corresponde con los valores de los coeficientes de Fourier. • Los sistemas de compresión de señales o formas de onda de audio y video, en el fondo lo que hacen es guardar en una memoria los coeficientes de Fourier, ya que el conocimiento de los mismos permite reconstruir la señal original, con la ventaja que ocupan un número significativamente menor de bits que la señal original digitalizada. • La serie de Fourier de una señal es como su huella digital, en el sentido que, conocidos los coeficientes que la conforman, siempre se puede saber a qué señal pertenecen.
- 78. ARMÓNICOS
- 79. ARMÓNICOS
- 80. ARMÓNICOS Si la función es impar: Entonces :
- 81. ARMÓNICOS Si la función es par: Entonces :
- 82. EJEMPLO
- 83. EJEMPLO
- 84. EJEMPLO
- 86. EJEMPLO
- 87. EJEMPLO n Bn 1 4E/Π 2 0 3 4E/3Π 4 0 5 4E/5Π 6 0 7 4E/7Π 8 0 9 4E/9Π