Electrónica de Potencia 2014

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ELECTRONICA DE POTENCIA UNIVERSISDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ELECTRONICA INDUSTRIAL 2014

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Page 1: Electrónica de Potencia 2014

ELECTRONICA DE POTENCIA

UNIVERSISDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAELECTRONICA INDUSTRIAL 2014

Page 2: Electrónica de Potencia 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

Page 3: Electrónica de Potencia 2014

Introducción a la Electrónica de Potencia

Electrónica de comunicacionesElectrónica

Analógica

Page 4: Electrónica de Potencia 2014

Introducción a la Electrónica de Potencia

Electrónica DigitalInstrumentación

Electrónica,Bioelectrónica...

Page 5: Electrónica de Potencia 2014

Introducción a la Electrónica de Potencia

Electrónica de Dispositivos y

Microelectrónica

Electrónica de Potencia

Page 6: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 7: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 8: Electrónica de Potencia 2014

Tipos de conversión de la energía

CA / CC CC / CC

CA / CA CC / CA

Rectificador Regulador de continua

•Cicloconvertidor•Reg. alterna

Inversor

Page 9: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 10: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 11: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 12: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 13: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 14: Electrónica de Potencia 2014

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)

Page 15: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 16: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 17: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 18: Electrónica de Potencia 2014

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)

Page 19: Electrónica de Potencia 2014

Montaje de los semiconductores de potencia

• Tuerca

Montaje 1 Montaje 2

Radiador

Tuerca

Transistor

Radiador

Tuerca

Tiristor

Montaje 1

Page 20: Electrónica de Potencia 2014

Montaje de los semiconductores de potencia

Montaje 3

RadiadorPress-package

Page 21: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 22: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 23: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 24: Electrónica de Potencia 2014

Convertidores CC/CC: reguladores

Convertidores CC/CC con transformador

Directo(Forward)

De retroceso(Flyback)

Page 25: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 26: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 27: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 28: Electrónica de Potencia 2014

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

Page 29: Electrónica de Potencia 2014

Convidores de potencia: aplicacionesert

La energía se produce y almacena en continua. Se convierte en alterna para inyectarla a la red de suministro.

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