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Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS.

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Presentación del tema: "Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS."— Transcripción de la presentación:

1 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS 2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras Tema 3: Electrónica de Potencia Introducción a la Electrónica de Potencia Profesor: Javier Ribas Bueno Nota: las animaciones contenidas en esta presentación requieren Powerpoint de Office XP o posterior

2 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 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

3 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica de comunicacione s Tipos de electrónica (I) Electrónica Analógica

4 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Tipos de electrónica (II) Electrónica Digital Instrumentación Electrónica, Bioelectrónica...

5 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Tipos de electrónica (III) Electrónica de Dispositivos y Microelectrónica A B Electrónica de Potencia

6 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Electrónica de potencia transformación de la energía eléctrica Fuente Primaria Fuente Primaria - Red - Baterías - Panelas solares - Generadores Eólicos - Etc. Circuito de Potencia Carga Circuito de Control o mando Circuito de Control o mando - Resistencia - Baterías - Lámparas - Motores - Etc. gobiernoinformación

7 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 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

8 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Tipos de conversión de la energía CA / CC CC / CC CA / CA CC / CA Rectificador Regulador de continua Cicloconvertidor Reg. alterna Inversor

9 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres 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 Rangos de potencia según el tipo de aplicación

10 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (I) Funcionamiento en conmutación bajas pérdidas Potencia de entrada y salida Rendimiento Regulador disipativo convencional En zona activa Muy malo

11 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (II) Funcionamiento en conmutación bajas pérdidas Q (Conmutación) Interruptor Regulador conmutado

12 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (III)

13 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Dispositivos Electrónicos u Sin control: Diodos u Con control de encendido: Tiristores u Con control total: Transistores u Transformadores u Bobinas u Condensadores Dispositivos Pasivos Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (I)

14 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (II) Diodos de Potencia uDiodos de tres capas uMayor sección uProblemas de velocidad uProblemas térmicos Ánodo Cátodo n+n+ p+p+ n-n- uSólo control de encendido uMuy robustos uBaja frecuencia uTecnología muy madura Cátodo Ánodo Cátodo n+n+ p+p+ n-n- p-p- Puerta Tiristores (SCR)

15 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Tipo transistor uGTO (tiristor apagado por puerta) uTransistor bipolar de potencia uTransistor MOSFET de potencia uIGBT (transistor bipolar de puerta aislada) uOtros muchos en evolución Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (III)

16 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (IV) GTO uControl de encendido y apagado (difícil) uMuy robustos uBaja frecuencia (mayor que los SCRs) Cátodo Ánodo Cátodo n+n+ p+p+ n-n- p-p- Puerta Transistor bipolar uControl de encendido y apagado (dificultad media) u Robustos uMedia frecuencia (mayor que los SCRs y los GTOs) n+n+ n-n- p-p- Colector EmisorBase

17 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (V) MOSFET de potencia uFácil control de encendido y apagado uAlta frecuencia (mayor que los otros) uResistivo en conducción Puerta Drenador Fuente n+n+ n-n- p IGBT uFácil control de encendido y apagado uFrecuencia entre BJT y MOSFET uCasi como un BJT en conducción n+n+ n-n- p-p- p+p+ Puerta Emisor Colector

18 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (VI) MARGEN DE POTENCIA (V·A) IGBT MOSFET GTO SCR BJT FRECUENCIA (Hz)

19 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Montaje de los semiconductores de potencia (I) Radiador Tuerca Tiristor Montaje 1Montaje 2 Radiador Tuerca Transistor

20 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Montaje de los semiconductores de potencia (II) Montaje 3 Radiador Press-package

21 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CA/CC: rectificadores (I) Rectificadores no controlados Rectificador monofásico de onda completa Rectificador trifásico de media onda

22 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CA/CC: rectificadores (II) Rectificadores controlados Principio de funcionamiento Rectificador controlado trifásico de media onda

23 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CC/CC: reguladores (I) Convertidores CC/CC sin transformador VEVE VSVS VEVE VSVS Reductor Elevador ALTA FRECUENCIA TAMAÑO REDUCIDO

24 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CC/CC: reguladores (II) Convertidores CC/CC con transformador Directo (Forward) De retroceso (Flyback)

25 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CC/CA: inversores (I) Inversor de onda cuadrada en medio puente Alterna

26 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores CC/CA: inversores (II) Inversor de onda cuadrada en puente completo Alterna

27 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores de potencia: aplicaciones (I) SAI on-line Sistemas de alimentación ininterrumpible SAI off-line

28 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores de potencia: aplicaciones (II) Motor trifásico de inducción Sistemas de alimentación de motores uControl de velocidad y par del motor uPermite arranque suave uSe puede conseguir frenado regenerativo del motor

29 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores de potencia: aplicaciones (III) Sistemas fotovoltaicos La energía se produce y almacena en continua. Se convierte en alterna para inyectarla a la red de suministro.

30 Área de Tecnología Electrónica Universidad de Oviedo Electrónica y Automatismos Escuela Universitaria de Ingenierías Técnicas de Mieres Convertidores de potencia: aplicaciones (IV) Precipitadores electrostáticos Se hace pasar los humos a través de un campo eléctrico intenso. Las partículas en suspensión se ionizan. La carga eléctrica que adquieren se emplea para separarlas de la corriente principal. Rectificador 100kV


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