Electrónica de Potencia: Conceptos Clave

Convertidores Electrónicos de Potencia

• Se utilizan para la integración de energías renovables.
• Transforman la energía de una forma a otra (c.a. a c.c. o viceversa).
• Se utilizan para optimizar el consumo de potencia

Conversión de Energía

• La fuente de energía proporciona energía en una determinada forma (c.a. o c.c.).
• Existen diferentes tipos de fuentes de energía (paneles solares, centrales nucleares, presas hidroeléctricas, etc.).
• La energía se produce de diversas formas (corriente continua o alterna, monofásico-trifásico).
• Las cargas consumen energía de manera no unívoca, unas permiten cambios de corriente, otras cierto rizado, y algunas necesitan la energía totalmente estabilizada.

Consumo de Potencia (Power Consumption)

• La energía recogida se entrega de la manera más eficiente posible.
• Se necesitan convertidores para optimizar el consumo.

Esquema Tradicional

• Comprende un circuito de potencia, un controlador interno y externo, y un sistema electrónico de potencia.
• La energía fluye de la fuente hasta su consumo.

Sistema Electrónico de Potencia (SEP)

• Un convertidor es un circuito electrónico de potencia para recoger y entregar energía.
• Incluye interruptores controlados (semiconductores), inductancias, transformadores y condensadores.
• Se busca minimizar la pérdida de energía, idealmente no tener pérdidas.

Sistema Electrónico de Potencia (SEP) - Convertidor

• El convertidor realiza el proceso de recogida y entrega de la energía.
• Se compone de interruptores controlados (semiconductores), inductancias, transformadores, y condensadores.
• Busca la máxima eficiencia.

Sistema Electrónico de Potencia (SEP) - Circuito de Control

• Este circuito sintetiza la onda de salida.
• Se asegura la calidad de la onda de acuerdo a la carga.

Electrónica de Potencia

• Aplicación de la electrónica de estado sólido para el control y conversión de la potencia eléctrica.
• Se centra en el estudio de circuitos y técnicas que permiten la manipulación de energía eléctrica.
• El objetivo principal es el rendimiento.
• Tiene aplicaciones tradicionales en entornos industriales y transporte.
• Actualmente se usa en aplicaciones cotidianas y en nuevos entornos.

Electrónica de Potencia - Aplicaciones

• Uso tradicional en entornos industriales y transporte (trenes, tranvías, carros de golf).
• Uso actual en aplicaciones cotidianas (electrodomésticos, aires acondicionados, herramientas).
• Uso actual en nuevos entornos (coches eléctricos, sistemas de potencia FACTS, sistemas de energía renovables).

Electrónica de Potencia - Visión Interdisciplinar

• La electrónica de estado sólido incluye dispositivos y circuitos que dependen de diferentes campos tecnológicos.

Dispositivos de Potencia

• Funcionan como interruptores (semiconductores).
• Los estados son ACTIVADO (ON) y DESACTIVADO (OFF).

Interruptor (Semiconductor)

• Mision: controlar el flujo de corriente/tensión hacia un circuito con la mayor eficiencia posible.
• Curva característica ideal: relación entre corriente y caída de tensión.
• Tiempo de conmutación ideal: nulo. En la realidad, el tiempo de conmutación no es nulo.
• Tensión - Corriente, ideal: soporta una tensión e intensidad infinita. Real: soporta tensiones y corrientes máximas elevadas.
• Potencia: interruptores ideales tienen potencia de control nula. Reales la tienen no nula.

Tiempo de Conmutación

• Interruptor ideal: tiempo de conmutación nulo.
• Interruptor real: tiempo de conmutación distinto de cero.

Tensión - Corriente

• Interruptor ideal: soporta una tensión e intensidad infinita.
• Interruptor real: soporta tensiones y corrientes elevadas.

Potencia

• Interruptor ideal: potencia de control nula.
• Interruptor real: potencia de control no nula.

Resistencia

• Interruptor ideal: resistencia infinita en OFF y nula en ON.
• Interruptor real: resistencia no nula en ON, y coeficiente de temperatura positivo.

Semiconductores de Potencia

• Requisitos: dos estados definidos (bloqueo/conducción), rápida conmutación, poco consumo y gestión de grandes potencias.
• Clasificación: no controlados (diodos) y controlados (tiristores, GTOs, TRIACS, SCS).

Semiconductores de Potencia - No Controlados

• Conducción o bloqueo en función del signo de la señal.
• Incluye diodos, DIAC y Shockley.

Semiconductores de Potencia - Controlados

• Conducción o bloqueo en función de una señal de control.
• Tipos: semi-controlables (conducción) y completamente controlables (conducción y bloqueo).
• Incluye: tiristores, GTO, TRIAC, SCS.

Semiconductores de Potencia - Controlados por Pulso

• El dispositivo conduce (ON) en función de un pulso de control de corriente o tensión, y se mantiene en ON hasta que la corriente disminuye a un valor determinado.
• Incluye: tiristores (SCR), GTOs, TRIAC, SCS.

Semiconductores de Potencia - Controlados por Señal

• El dispositivo conduce (ON/OFF) dependiendo de una señal de control permanente
• Incluye: transistores bipolares (BJT), MOSFET, IGBT, UJT.

Factor de Forma

• Los factores de forma en sistemas electrónicos de potencia (SEP) representan la integración de componentes electrónicos, los tamaños relativos de los componente.

Sistemas Electrónicos de Potencia (SEP) - Factores de Forma

• Los factores de forma se refieren a los tamaños relativos de los componentes y su integración en los sistemas electrónicos de potencia.
• Representan la miniaturización de los componentes y su influencia en los sistemas.

Sistemas Electrónicos de Potencia (SEP)

• Necesidad de elementos de conversión (ej: convertir de corriente alterna a corriente continua)
• Cargas que consumen energía de diferentes maneras.
• Características deseadas: eficiencia energética, pocos componentes, subproductos minimos no deseados.
• Problema: generación de subproductos indeseados.

Convertidor Conmutado

• Carecen de partes móviles.
• Se busca maximizar la eficiencia energética, minimizar la perdida de potencia.
• Los factores que definen un convertidor conmutado son el Coste de energía y la disipación de calor.

Tipos de Convertidores

• Conversión alterna-continua: rectificador.
• Conversión continua-alterna: inversor.
• Conversión continua-continua: troceador, chopper, regulador cc.
• Conversión alterna-alterna: reguladores ca, cicloconversores.

Rectificador

• Convierte la señal de corriente alterna (CA) a continua (CC).
• No controlado (diodos) o controlado (tiristores, triacs), semicontrolado.
• El rectificador genera una señal con una media distinta de cero.

Rectificador No Controlado

• El valor de tensión de salida depende de la tensión de entrada y la topología del convertidor.
• No se puede controlar la tensión de salida
• Flujo de potencia unidireccional.
• Se compone de diodos.

Rectificador No Controlado Monofásico

• Circuito de media onda y circuito de onda completa.
• En realidad los dispositivos de rectificación generan una señal con armónicos.

Rectificador No Controlado Trifásico

• Circuito de onda media y circuito de onda completa.

Rectificador Controlado

• Se puede ajustar la tensión de salida independientemente de la tensión de entrada.
• Se pueden obtener tensiones de salida negativas.
• El flujo de potencia puede ser bidireccional.
• Compuesto por tiristores, triacs…
• Permite controlar cuándo se aplica el pulso en la puerta de los tiristores.

Sistema Fotovoltaico Conectado a Red (SFCR)

• Diseñados para verter a la red la energía generada.
• Componentes básicos: generadores FV, inversores, cajas de conexionado y protecciones.
• Tipos de conexión de los inversores. Diseño básico del sistema.

Inversor Fotovoltaico

• Dispositivo que convierte la corriente continua de los paneles fotovoltaicos a corriente alterna a una tensión y frecuencia determinada.
• Permite conectar el sistema de generación a la red.

(All the other sections remain the same)

Este cuestionario está diseñado para evaluar tu conocimiento sobre la electrónica de potencia, incluyendo sus aplicaciones, componentes esenciales y funciones. Cada pregunta te llevará a reflexionar sobre los conceptos fundamentales, como los interruptores ideales y los semiconductores. ¡Pon a prueba tu comprensión y aprende más sobre esta fascinante disciplina!