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ELECTRONICA DE POTENCIA IIng. Deivis Jess Arias AlvarezCAPITULO I: DIODOS DE POTENCIA Y CIRCUITOS

TEMAS:

Aplicaciones de la Serie De Fourier y ecuaciones de Laplace.

Valores medio, rms, CA, PF, CF, TUF, PIV, THD, potencia instantnea, potencia media.

INTRODUCCION

La revolucin en la electrnica de potencia ha ido generando impulso desde principios de 1990. La electrnica de potencia ha revolucionado el concepto de control de la potencia de conversin de energa y del control de accionamientos de motores elctricos.En la electrnica de potencia se combinan la potencia, la electrnica y el control:

El control tiene que ver con las caractersticas de estado estable y dinmicas de sistemas de lazo cerrado.La potencia tiene que ver con el equipo esttico y rotatorio para la generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica. La electrnica tiene que ver con los dispositivos y circuitos de estado slido para el procesamiento de seales que cumplan con los objetivos deseados en el control.

Electrnica de potencia se puede definir como las aplicaciones de la electrnica de estado slido para el control y la conversin de la energa elctrica. Un equipo moderno de electrnica de potencia emplea: 1) Semiconductores de potencia que se pueden considerar como el msculo.2) La microelectrnica, que tiene el poder y la inteligencia de un cerebro.

La tecnologa de semiconductores de potencia est desarrollando con rapidez los dispositivos, cada vez con lmites mayores de voltaje y corriente.

Los dispositivos de conmutacin de potencia, como por ejemplo:

BJT MOSFET SIT IGBT MCTSITH SCR TRIAC GTO MTO ETO IGCTLos circuitos electrnicos de potencia se pueden clasificar en seis tipos:1. Rectificadores de diodo2. Convertidores de ca-cd (rectificadores controlados)3. Convertidores de ca-ca (controladores de voltaje de ca)4. Convertidores de cd-cd (convertidores de cd)5. Convertidores de cd-ca (inversores)6. Interruptores estticos

EJEMPLO DE APLICACIN

SERIE DE FOURIEREn general, bajo condiciones de estado permanente, el voltaje de salida de los convertidores de potencia es una funcin peridica del tiempo, definida por

donde T es el periodo o tiempo peridico. Si f es la frecuencia del voltaje de salida, en Hertz, la frecuencia angular es

La primera ecuacin se puede reformular como sigue:

SERIE DE FOURIER

SERIE DE FOURIER

OTRA MANERA DE EXPRESAR LA SERIE DE FOURIER

SERIE DE FOURIERDonde:La serie de Fourier toma la Forma:

CLCULO DE LOS COEFICIENTES DE FOURIER DE ONDAS SIMTRICASCuando la funcin peridica g(t) presenta ciertas simetras, se simplica enormemente el clculode los coecientes de Fourier. Las simetras ms importantes a considerar sonFuncin ParSe dice que la funcin g(t) es una funcin par, cuando se cumple la igualdad:g(-t) = g(t)

Funcin Imparg(-t) = - g(t) CLCULO DE LOS COECIENTES DE FOURIER DE ONDAS SIMTRICAS

Simetra de media onda

CLCULO DE LOS COECIENTES DE FOURIER DE ONDAS SIMTRICASLa serie de Fourier slo contiene armnicos impares

EJEMPLO DE ANALISIS DE UN CIRCUITO ELETRICO CON ARMONICOS

Si el voltaje de alimentacin Vf (t) es peridico pero no es sinusoidal, se descompone la seal de voltaje en serie de Fourier.

Calcular la expresin de la Serie de Fourier de la Corrienteen la carga a travs del conocimiento de la serie de la tensin

La expresin de la corriente en serie de Fourier se puede obtener en funcin de la serie de tensin.

POTENCIA INSTANTNEA

POTENCIA MEDIA

El valor promedio del voltaje de salida (o de carga), VcdEl valor promedio de la corriente de salida (o de carga), IcdPOTENCIA EFICAZ O RMS

Valor INSTANTANEO del voltaje de salida (o de carga), Valor INSTANTANEO de la corriente de salida (o de carga), El valor de raz cuadrada media (rms) del voltaje de salida, Vrms.El valor rms de la corriente de salida, Irms

TRANSFORMADA DE LAPLACEDenicin

Tabla de Transformada de Laplace

VALORES MEDIOEl valor medio de una seal peridica g(t) corresponde al valor de corriente continua de la seal yes el promedio ponderado en un periodo de los valores de esta. Se calcula como:

En caso de una seal de voltaje:

Valor medio o promedio de una seal de voltaje

POTENCIA MEDIALos circuitos de electrnica de potencia tienen, normalmente tensiones y/o corrientes que son simtricas pero no sinusoidales por lo que el clculo de potencia media se efecta

Potencia de Distorsin

En el caso particular que la tensin slo contenga la armnica fundamental y alimente una carga no lineal se obtiene:

Observe que para el caso sinusoidal permanente con armnica fundamental (n = 1) y carga lineal se obtiene:

VALOR EFECTIVO O EFICAZ O MEDIO CUADRTICO O RMS DE UNA SEALEl valor ecaz de una seal peridica se basa en el concepto de potencia media o promedio entregada.En el caso de circuitos elctricos, con una tensin continua aplicada sobre los terminales de una resistencia, la potencia media se calcula como:

VALOR EFECTIVO O EFICAZ O MEDIO CUADRTICO O RMS DE UNA SEALPara el caso de una tensin peridica aplicada sobre los terminales de la resistencia, la tensin ecaz o el valor ecaz de la seal se dene como la tensin constante que proporciona la misma potencia media que la tensin de continua.

La tensin ecaz se puede calcular utilizando la siguiente expresin.

Si calculamos la potencia media en una resistencia a partir de la expresin de potencia instantnea y potencia media, se obtiene:

VALOR EFECTIVO O EFICAZ O MEDIO CUADRTICO O RMS DE UNA SEALIgualando las expresiones de potencia media de las expresiones de potencia eficaz y la expresin anterior.

La tensin ecaz o rms es:

El valor efectivo o ecaz de una seal es la raz cuadrada del valor medio del cuadrado de la seal, expresin que en ingls da lugar a rms (root mean square)

G rmsn: corresponde al valor efectivo de la seal para la armnica n.

FACTOR DE DESPLAZAMIENTO (DF)Si es el ngulo entre los componentes fundamentales de la corriente y el voltaje de entrada, a se le llama ngulo de desplazamiento. El factor de desplazamiento (DF de displacement factor) se define como:

Si la corriente de entrada is es puramente sinusoidal, Is1 = Is y el factor de potencia FP es igual al factor de desplazamiento DF. El ngulo de desplazamiento viene a ser el ngulo de impedancia para una carga RL:

Al factor de desplazamiento DF se le llama con frecuencia: factor de potencia de desplazamiento (DPF, de displacement power factor).

FACTOR ARMNICO (HF)El factor armnico (HF de harmonic factor) se define como:HF es una medida de la distorsin de una forma de onda, y tambin se llama distorsin armnica total (THD), de total harmonic distortion).

HF =FACTOR ARMNICO DE LA ENSIMA COMPONENTE, HFNEl factor armnico (correspondiente a la ensima armnica), es una medida de la contribucin armnica individual y se define como:

FACTOR DE POTENCIA (PF)El factor de potencia (PF) se define como:

El factor de potencia ( f p) se calcula a partir de su denicin como:

FACTOR DE CRESTA El factor de cresta (CF, de crest factor), es una medida de la corriente pico de entrada Is(pico) en comparacin con Is, su valor rms, interesa con frecuencia para especificar las capacidades de corriente pico de los dispositivos y los componentes.

El CF de la corriente de entrada se define por

El factor de utilizacin de transformador se define comoFACTOR DE UTILIZACIN DEL TRANSFORMADOR (TUF)

donde Vs e Is, son el voltaje rms y la corriente rms del secundario del transformador, respectivamente.

VOLTAJE DE PICO INVERSOSe le denomina al voltaje que existe entre los terminales de un diodo en su operacin de no conduccin:

BIBLIOGRAFABIBLIOGRAFA BASE

[1] E. Ballester; R. Piqu, "Electrnica de Potencia: Principios Fundamentales y Estructuras Bsicas", Mxico, Alfaomega, 2012.

BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA

[2] A.M. Trzynadlowski, Introduction to modern Power Electronics, John Wiley & Sons, 2010. [3] H. Yoshihide, Handbook of Power Systems Engineering with Power Electronics Applications, Wiley, 2013.[4] G. Enriquez Harper, Electrnica de Potencia Bsica, Limusa, 2010[5] MUHAMMAD H. RASHID, Electrnica de Potencia, Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones, Tercera Edicin, Editorial Prentice Hall, Mxico, 2004.