Electrónica de Potencia

Introducción Convertidores
Electrónicos
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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
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Electrónicos
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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, 1995.
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,
1993.
ELECTRÓNICA DE POTENCIA
G. Seguier. Gustavo Gili, 1979
POWER ELECTRONICS
M.J. Fisher. PWS-KENT Publishing Company.1991.
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL. ELECTRÓNICA DE
POTENCIA
Hansruedi Buhler. Gustavo GiIi, 1985.
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, 1987.
ELECTRÓNICA DE POTENCIA: LOS
CONVERTIDORES ESTÁTICOS DE ENERGÍA.
CONVERSIÓN ALTERNAALTERNA
C.Rombaut, G. Seguiery R. Bausiere. Gustavo GiIi,
1987.
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
electrónica.
entre
electrotecnia
y
o Objetivo: Control de transferencia de
energía eléctrica con máximo rendimiento
posible.
• Líneas de estudio:
o De componentes.
o De estructuras.
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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
tensión bajísimas en estado
conducción y
2. tensiones altas con corrientes
fugas bajísimas en estado
bloqueo.
de
de
de
de
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.
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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
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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.
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Menor tamaño y peso.
Menor coste.
Menor consumo.
Más fiabilidad.
o 1975 Nacen los Microprocesadores (µp)
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TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Electrónica Industrial
Electrónica de
Regulación y Control
Electrónica de Potencia
Módulos estándar
Analógicos
Analógicos
Elementos de Potencia
Lógicos
Híbridos
Digitales
Órganos y equipos de Regulación y Control
Elementos de
Rectificadores
NO controlables
Rectificadores
Elementos de
Rectificadores
controlables
Convertidores de
Corriente
Convertidores
de Frecuencia
Equipos de Potencia
Calculadores de
procesos mini y
microprocesadores
Máquinas Eléctricas,
Hidráulicas y
Térmicas
Instalaciones Completas
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA
DE POTENCIA
Comunicaciones
Inducción
Fuentes de
Alimentación
Electrónica
de Consumo
Electrónica de
Potencia
Generación
Tracción y
Automoción
Máquinas Eléctricas
Rotativas
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
APLICACIONES
DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Entorno
• Refrigeración y congelación de alimentos.
• Calefacción y aire acondicionado.
• Cocinas, lavadoras, aspiradoras, µondas …
• Iluminación.
• Electrónica de consumo (ordenadores, TV, video…
Comercial
Industrial
Transporte
• 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
• Control de tracción de vehículos eléctricos.
• Cargadores de baterías.
• Locomoción eléctrica (automóviles, metro, ferrocarril)
• Electrónica del automóvil
Energía
Tele-
•Transporte de energía de CC en alta tensión.
• Compensación de energía reactiva.
• Energías alternativas.
comunicaciones
• Cargadores de baterías.
• SAIs.
Aeroespacial
•Sistemas de potencia en aviones.
• Sistemas de potencia en transbordadores.
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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 (EmisorColector, 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)
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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 el modo de
conmutación:
‰ 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.
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Clasificación según el tipo de
conversión.
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
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
3 – Rectificador :
Señal de Control
Ve / fe
Vs / fs = 0
C.A.
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
Vs / fs
C.C.
C.A.
POTENCIA
Dispositivo estático conversor de
continua de entrada en alterna de salida.
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tensión
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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.
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
5 - Convertidor de frecuencia directo:
Suministra señal alterna de salida de frecuencia
distinta a la señal alterna de entrada.
6- Convertidor de
circuito intermedio:
Rectificador
frecuencia
con
Ondulador
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TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA.
Clasificación según el tipo de la conversión.
C.A.
C.A.
Rectificador
Inversor
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C.C
C.C
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Diagrama Bloques de un sistema electrónico de potencia
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de circuito: Rectificador controlado
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloque : Control de
velocidad de un motor de continua
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de circuitos: Control de carga en
alterna, monofásica y trifásica
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloques : Control de
velocidad de un motor trifásico de inducción
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloques: Sistema de alimentación
ininterrumpida de potencia
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloques : Chopper
controlador de un motor de DC
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TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloques: Sistema
cambiador de frecuencia
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TEMA 0 : INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
Ejemplo de diagrama bloques: Sistema HVDC
(alta tensión en corriente continua)
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