ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS Introducción a la Electrónica de Potencia 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

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

Electrónica de comunicaciones Electrónica Analógica Tipos de electrónica (I) Electrónica de comunicaciones Electrónica Analógica

Instrumentación Electrónica, Bioelectrónica... Tipos de electrónica (II) Electrónica Digital Instrumentación Electrónica, Bioelectrónica...

Electrónica de Potencia Electrónica de Dispositivos y Microelectrónica Tipos de electrónica (III) A B Electrónica de Potencia Electrónica de Dispositivos y Microelectrónica

Electrónica de potencia  transformación de la energía eléctrica Circuito de Potencia Carga Fuente Primaria - Red - Baterías - Panelas solares - Generadores Eólicos - Etc. - Resistencia - Baterías - Lámparas - Motores - Etc. gobierno información Circuito de Control o mando

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

Tipos de conversión de la energía CA / CC CC / CC Rectificador Regulador de continua CA / CA CC / CA Cicloconvertidor Reg. alterna Inversor

Rangos de potencia según el tipo de aplicación Baja: <100W Alarmas Balastos Electrónicos (Fluorescentes) Fuentes de alimentación Herramientas Eléctricas. Media: 100W – 1kW Cargadores de Baterías Balastos Electrícos (HID) Secadores Reguladores de Velocidad 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

Regulador disipativo convencional Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (I) Funcionamiento en conmutación  bajas pérdidas Regulador disipativo convencional En zona activa Rendimiento Potencia de entrada y salida Muy malo

Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (II) Funcionamiento en conmutación  bajas pérdidas Q (Conmutación) Interruptor Regulador conmutado

Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (III)

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (I) Dispositivos Electrónicos Sin control: Diodos Con control de encendido: Tiristores Con control total: Transistores Dispositivos Pasivos Transformadores Bobinas Condensadores

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (II) Diodos de Potencia Tiristores (SCR) Diodos de tres capas Mayor sección Problemas de velocidad Problemas térmicos Sólo control de encendido Muy robustos Baja frecuencia Tecnología muy madura Ánodo Puerta p+ Cátodo n- p- n+ n- n+ p+ Cátodo Cátodo Ánodo

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (III) 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

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (IV) GTO Transistor bipolar Control de encendido y apagado (difícil) Muy robustos Baja frecuencia (mayor que los SCR’s) Control de encendido y apagado (dificultad media) Robustos Media frecuencia (mayor que los SCR’s y los GTO’s) Puerta Cátodo Base Emisor n+ p- p- n- n- p+ n+ Cátodo Colector Ánodo

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (V) MOSFET de potencia IGBT Fácil control de encendido y apagado Alta frecuencia (mayor que los otros) Resistivo en conducción Fácil control de encendido y apagado Frecuencia entre BJT y MOSFET Casi como un BJT en conducción Puerta Fuente Emisor Puerta p n- n- p- n+ n+ p+ Drenador Colector

Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (VI) SCR 107 106 105 MARGEN DE POTENCIA (V·A) GTO 104 BJT MOSFET 103 IGBT 102 10 102 103 104 105 106 107 108 FRECUENCIA (Hz)

Montaje de los semiconductores de potencia (I) Radiador Radiador Tuerca Tiristor Transistor Tuerca

Montaje de los semiconductores de potencia (II) Radiador Press-package

Rectificadores no controlados Convertidores CA/CC: rectificadores (I) Rectificadores no controlados Rectificador monofásico de onda completa Rectificador trifásico de media onda

Rectificadores controlados Convertidores CA/CC: rectificadores (II) Rectificadores controlados Principio de funcionamiento Rectificador controlado trifásico de media onda

Convertidores CC/CC: reguladores (I) Convertidores CC/CC sin transformador VE VS Reductor VE VS Elevador ALTA FRECUENCIA  TAMAÑO REDUCIDO

Convertidores CC/CC: reguladores (II) Convertidores CC/CC con transformador Directo (Forward) De retroceso (Flyback)

Convertidores CC/CA: inversores (I) Inversor de onda cuadrada en medio puente Alterna

Convertidores CC/CA: inversores (II) Inversor de onda cuadrada en puente completo Alterna

Sistemas de alimentación ininterrumpible Convertidores de potencia: aplicaciones (I) Sistemas de alimentación ininterrumpible SAI on-line SAI off-line

Sistemas de alimentación de motores Convertidores de potencia: aplicaciones (II) Sistemas de alimentación de motores Motor trifásico de inducción Control de velocidad y par del motor Permite arranque suave Se puede conseguir frenado regenerativo del motor

Sistemas fotovoltaicos 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.

Precipitadores electrostáticos 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