Este documento introduce los conceptos básicos de la electrónica de potencia. Explica que la electrónica de potencia procesa y controla el flujo de energía eléctrica a grandes cantidades de una manera óptima para los usuarios. Describe que la entrada es usualmente una señal de 50-60 Hz y la salida puede ser corriente/voltaje DC o AC de frecuencia y magnitud variables, dependiendo de la carga. También cubre las aplicaciones más comunes de la electrónica de potencia en residencial, comercial, industrial y otros sectores.

1. INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

2. INTRODUCCIÓN
De manera general, la Electrónica de Potencia tiene la función de
procesar y controlar el flujo de la energía eléctrica en grandes
cantidades, por medio de fuentes de voltajes y corrientes en una
forma que sea óptima para los usuarios.
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3. ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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4. INTRODUCCIÓN
La fuente de entrada al procesador de potencia es usualmente
( pero no siempre ) una señal monofásica o trifásica de 50 ó 60
Hz.
El ángulo de fase entre el voltaje de entrada y la corriente
depende de la topología y del control del procesador de
potencia.
La salida procesada ( voltaje, corriente, frecuencia, y el número
de fases ) es la requerida por la carga.
Si la salida del procesador de potencia es una fuente de
voltaje, la corriente de salida y la relación del ángulo de fase con
el voltaje y corriente de salida depende de las características de
la carga.
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5. INTRODUCCIÓN
Normalmente, un controlador realimentado compara la salida del
procesador de potencia con un valor deseado
( referencia), y el
error entre los dos es minimizado por el controlador.
El flujo de potencia en tales sistemas puede ser reversible, de tal
manera que los roles de entrada y salida pueden ser
intercambiados..
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6. INTRODUCCION
En años recientes, el campo de la Electrónica de Potencia ha
experimentado un gran crecimiento debido a la confluencia de
muchos factores:
– Avances revolucionarios en la microelectónica.
– Avances en la fabricación de interruptores de estado sólido de
potencia.
– Demanda de aplicaciones en Electrónica de Potencia.
Las empresas de suministro de energía eléctrica de los Estados
Unidos esperan que para el año 2000 sobre el 50% de las cargas
sean alimentadas por estos sistemas electrónicos de potencia.
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7. APLICACIONES
La demanda en las aplicaciones de la Electrónica de Potencia
se debe a muchos factores y entre las principales aplicaciones
podemos indicar:
–
–
–
–
–
–
Fuentes de potencia en el modo de conmutación (AC y DC).
Fuentes de Alimentación ininterrumpibles.
Automatización de fábricas y control de procesos.
Transporte.
Aplicaciones electro-técnicas.
Aplicaciones relacionadas a las empresas suministradoras
de energía y a las redes de potencia.
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8. APLICACIONES
• Residencial
Refrigeration and freezers.
Space Heating.
Air Conditioning.
Cooking.
Lighting.
Electronics ( personal computers, other entertainmente equipment).
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9. APLICACIONES
• Commercial
Heating, Ventilating, and Air Conditioning.
Central Refrigeration.
Lighting.
Computers and Office Equipment.
Uninterruptible Power Supplies (UPSs).
Elevators.
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10. APLICACIONES
• Industrial
Pumps.
Compressors.
Blowers and Fans.
Machine Tools ( Robots ).
Arc Furnaces, Induction Furnaces.
Lighting.
Industrial Lasers.
Induction Heating.
Welding.
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11. APLICACIONES
• Transportation
Traction Control of Electric Vehicles.
Battery Charger for Electric Vehicles.
Electric Locomotives.
Street Cars, Trolley Buses.
Subways.
Automotive Electronics including Engine Control.
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12. APLICACIONES
• Utility Systems
High-Voltage dc Transmission ( HVDC ).
Static Var Compensation ( SVC ).
Supplemental Energy Sources ( Win, Photovoltaic ), Fuel Cell.
Energy Storage Systems.
Induced-Draft Fans and Boiler feedwater Pumps.
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13. APLICACIONES
• Aerospace
Space Shuttle Power Supply Systems.
Satellite Power Systems.
Aircraft Power Systems.
• Telecommunications
Battery Chargers.
Power Supplies ( dc and UPS ).
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14. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES ESTÁTICOS DE POTENCIA
• PROCESADORES DE POTENCIA
Para un estudio sistemático de la Electrónica de Potencia, es muy
útil categorizar los procesadores de potencia, en términos de las
formas de onda de entrada y de salida y de su frecuencia. En la
mayoría de los sistemas electrónicos de potencia, la entrada es la
suministrada por las empresas de energía eléctrica.
Dependiendo de la aplicación, la salida a la carga puede tener
cualquiera de las siguientes formas:
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15. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES ESTÁTICOS DE POTENCIA
• DC
a)
b)
• AC
a)
b)
Magnitud Regulada ( Constante ).
Magnitud Variable.
Frecuencia Constante, Magnitud Variable.
Frecuencia y Magnitud Variables.
La línea y la carga de ac, indepedientemente una de
otra, puede ser monofásica o trifásica.
En algunos sistemas la dirección del flujo de potencia es
reversible, dependiendo de las condiciones de operación.
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16. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES ESTÁTICOS DE POTENCIA
• Conversores de Potencia
Los procesadores de potencia usualmente están constituidos por
uno ó más conversores estáticos de potencia, en donde la
operación de estos están desacoplados en una base instantánea
por medio de elementos almacenadores de energía como son los
inductores y capacitores.
Además, la potencia instantánea de entrada no es igual a la
potencia instantánea de salida. Un conversor es un módulo básico
de un sistema procesador de potencia.
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17. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES
Y CONVERSORES DE POTENCIA
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18. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES ESTÁTICOS DE POTENCIA
Un conversor utiliza interruptores de estado sólido de potencia
controlados por señales electrónicas ( circuitos integrados ) y
posiblemente por elementos almacenadores de energía tales como
inductores y capacitores. Los conversores pueden dividirse en las
siguientes categorías:
– AC a DC.
– DC a AC.
– DC a DC.
– AC a AC.
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19. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES DE POTENCIA
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20. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES Y
CONVERSORES DE POTENCIA
Además los conversores de potencia se clasifican de acuerdo a
como los interruptores de estado sólido conmutan. Hay tres
posibilidades:
– Conversores conmutados a la frecuencia de la línea
( conmutación natural ).
En donde los voltajes de la línea de alimentación presentes en
un lado del conversor facilitan el apagado de los
semiconductores
de
potencia.
Similarmente,
los
semiconductores son activados, phase locked a las formas de
onda de voltaje. Además, los semiconductores son activados y
apagados a la frecuencia de alimentación de 50 ó 60 Hz.
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21. CLASIFICACION DE LOS PROCESADORES
Y CONVERSORES DE POTENCIA
– Conversores conmutados ( conmutación forzada )
En donde los interruptores controlados de un conversor son
activados ó apagados a frecuencias altas comparadas con la
frecuencia de alimentación. La frecuencia interna del conversor
puede ser muy alta, y la frecuencia de salida puede ser de dc ó
frecuencias comparables a la de la entrada. Si la entrada es
vista como una fuente de voltaje la salida se comporta como una
fuente de corriente o viceversa.
– Conversores resonantes o quasi-resonantes
En donde los interruptores controlados son activados o
desactivados en los cruce por cero del voltaje o de la corriente.
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22. PROCESADOR DE POTENCIA COMO MATRIZ
DE CONVERSORES
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23. NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA
ELECTRONICA DE POTENCIA
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24. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
• CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA AC/AC.
• CONVERSORES ESTATICOS
( RECTIFICADORES ).
DE
ENERGIA
AC/DC.
• CONVERSORES ESTATICOS DE
( TROCEADORES - CHOPPERS ).
ENERGIA
DC/DC
• CONVERSORES
( INVERSORES ).
ENERGIA
DC/AC
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ESTATICOS
DE
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25. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
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26. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
AC/AC
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27. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
AC/DC
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28. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
DC/DC
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29. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
DC/AC
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30. CONVERSORES ESTATICOS DE ENERGIA
• Las señales de voltaje que ingresan a los conversores estáticos de
energía se asumen ser señales ideales tanto de AC como de DC.
• Las señales que entregan los conversores estáticos de energía no
son señales ideales tanto de AC como de DC.
• Las señales de voltaje que no son ideales tanto de AC como de DC
tienen un cierto contenido armónico.
• Los armónicos producen serios problemas a los sistemas de
energía eléctrica y a las cargas que son alimentadas con estas
señales.
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