INFORME DEL MES DE MARZO
Titulo: ELECTRONICA DE POTENCIA
Nombre: Martínez Hernández Alejandro
Enrique
Grupo A
NC. 828147
Nl. 9
MK 5
Electrónica de Potencia
1.Objetivo
Hacer conocer a los
lectores el funcionamiento y definición de los componentes aquí mencionados así
mismo dar a entender conceptos sobre temas aun no vistos y que no sirven tanto
como a la vida laboral como cotidiana.
2.Significado
La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar
el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso
para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos.
Se diferencia así este tipo de aplicación de otras de la electrónica
denominadas de baja potencia o también de corrientes débiles.
En este tipo de aplicación se reencuentran la electricidad y la
electrónica, pues se utiliza el control que permiten los circuitos electrónicos
para controlar la conducción (encendido y apagado) de semiconductores de
potencia para el manejo de corrientes y voltajes en aplicaciones de potencia.
Esto al conformar equipos denominados convertidores estáticos de potencia.
De esta manera, la electrónica de potencia permite adaptar y
transformar la energía eléctrica para distintos fines tales como alimentar
controladamente otros equipos, transformar la energía eléctrica de continua a
alterna o viceversa, y controlar la velocidad y el funcionamiento de máquinas
eléctricas, etc. mediante el empleo de dispositivos electrónicos,
principalmente semiconductores. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control,
sistemas de compensación de factor de potencia y de armónicos como para suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión de
sistemas eléctricos de potencia de distinta frecuencia.
El principal objetivo de esta disciplina es el manejo y
transformación de la energía de una forma eficiente, por lo que se evitan utilizar
elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así
como semiconductores trabajando en modo corte y
saturación o llamados también encendido y apagado.
3.Partes de un equipo electronico de Potencia
Para tener una mayor comprensión del estudio de la electrónica de potencia, se deben
conocer sus particularidades y su campo de aplicación.
En la Electrónica de Potencia, el concepto principal es el rendimiento. El elemento de base
no puede trabajar en régimen de amplificación pues las pérdidas serían elevadas, es
necesario trabajar en régimen de conmutación, siendo el componente de base el
semiconductor quien trabaja como interruptor. Este componente trabajando en conmutación
deberá cumplir las siguientes características:
• Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia (conducción). •
Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y con pequeña potencia de control.
•
Ser capaz de soportar altas tensiones cuando está bloqueado y grandes intensidades, con pequeñas caídas de tensión entre sus extremos, cuando está en conducción. •
Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro. La Electrónica de Potencia se ha introducido de lleno en la industria en aplicaciones tales como las fuentes de alimentación, cargadores de baterías, control de temperatura, variadores de velocidad de motores, etc. Es la Electrónica Industrial quien estudia la adaptación de sistemas electrónicos de potencia a procesos industriales.
4. Aplicaciones de la Electronica de Potencia
Las principales aplicaciones de
los convertidores electrónicos de potencia son las
siguientes:
·
Fuentes de alimentación: En la
actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación
electrónicas, denominadas fuentes de alimentación conmutadas. Estas fuentes se
caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El
ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de
los ordenadores.
·
Control de motores eléctricos: La
utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales
como la posición, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control
se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta
técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el
antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite
ahorrar energía. Asimismo, se ha utilizado ampliamente en tracción ferroviaria,
principalmente en vehículos aptos para corriente continua (C.C.)durante las
décadas de los años 70 y 80, ya que permite ajustar el consumo de energía a las
necesidades reales del motor de tracción, en contraposición con el consumo que
tenían los vehículos controlados por resistencias de arranque y frenado.
Actualmente el sistema chopper sigue siendo válido, pero ya no se emplea en la
fabricación de nuevos vehículos, puesto que actualmente se utilizan equipos
basados en el motor trifásico, mucho más potente y fiable que el motor de
colector.
·
Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las
aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas
destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de
control del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta
frecuencia, interface entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica,
etc.
Las líneas de investigación actuales
buscan la integración de dispositivos de potencia y control en un único chip,
reduciendo costes y multiplicando sus potenciales aplicaciones. No obstante
existen dificultades a salvar como el aislamiento entre zonas trabajando a altas tensiones y
circuitería de control, así como la disipacion de la potencia perdida.
5.Dispositivos de la electronica de potencia
Dentro de los dispositivos electrónicos de potencia, podemos
citar: los diodos y transistores de potencia, el tiristor, así como otros
derivados de éstos, tales como los triac, diac, conmutador unilateral o SUS,
transistor un unión o UJT, el transistor un unión programable o PUT y el diodo
Shockley.
Existen tiristores de características especiales como los foto
tiristores, los tiristores de doble puerta y el tiristor bloqueable por puerta
(GTO) de los cuales hablaremos mas adelante..
Lo más importante a considerar de estos dispositivos, es la curva
característica que nos relaciona la intensidad que los atraviesa con
la caída de tensión entre los electrodos principales.
El componente básico del circuito de potencia debe cumplir los
siguientes requisitos :
- Tener dos estados claramente
definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja impedancia
(conducción).
- Poder controlar el paso de
un estado a otro con facilidad y pequeña potencia.
- Ser capaces de soportar
grandes intensidades y altas tensiones cuando está en estado de bloqueo,
con pequeñas caídas de tensión entre sus electrodos, cuando está en estado
de conducción. Ambas condiciones lo capacitan para controlar grandes
potencias.
- Rapidez de funcionamiento
para pasar de un estado a otro.
El último requisito se traduce en que a mayor frecuencia de
funcionamiento habrá una mayor disipación de potencia. Por tanto, la potencia
disipada depende de la frecuencia.
Ahora veremos los tres bloques básicos de semiconductores de potencia y sus aplicaciones fundamentales:
Semiconductores de alta potencia
Dispositivo
|
Intensidad
máxima
|
Rectificadores
estándar o rápidos
|
50 a
4800 Amperios
|
Transistores
de potencia
|
5 a 400
Amperios
|
Tiristores
estándar o rápidos
|
40 a
2300 Amperios
|
GTO
|
300 a
3000 Amperios
|
Aplicaciones :
- Tracción eléctrica: troceadores
y convertidores.
- Industria:
- Control de motores
asíncronos.
- Inversores.
- Caldeo inductivo.
- Rectificadores.
- Etc.
Dispositivo
|
Intensidad
máxima
|
Módulos
de transistores
|
5 a 600
A. 1600 V.
|
SCR /
módulos rectificadores
|
20 a
300 A. 2400 V.
|
Módulos
GTO
|
100 a
200 A. 1200 V.
|
IGBT
|
50 a
300A. 1400V.
|
Aplicaciones :
- Soldadura al arco.
- Sistema de alimentación
ininterrumpida (SAI).
- Control de motores.
- Tracción eléctrica.
Dispositivo
|
Intensidad
máxima
|
SCR
|
0'8 a
40 A. 1200 V.
|
Triac
|
0'8 a
40 A. 800 V
|
Mosfet
|
2 a 40
A. 900 V.
|
Aplicaciones :
- Control de motores.
- aplicaciones domésticas.
- Cargadores de baterías.
- Control de iluminación.
- Control numérico.
- Ordenadores, etc.
6. DiodosUn diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.
Schottky
El diodo Schottky están construidos de un metal a un
contacto de semiconductor. Tiene una tensión de ruptura mucho menor que los
diodos pn. Su tensión de ruptura en corrientes de 1mA está en el rango de 0.15V
a 0.45V, lo cual los hace útiles en aplicaciones de fijación y prevención de
saturación en un transistor. También se pueden usar como rectificadores con
bajas pérdidas aunque su corriente de fuga es mucho más alta que la de otros
diodos. Los diodos Schottky son portadores de carga mayoritarios por lo que no
sufren de problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios
que ralentizan la mayoría de los demás diodos (por lo que este tipo de diodos
tiene una recuperación inversa más rápida que los diodos de unión pn. Tienden a
tener una capacitancia de unión mucho más baja que los diodos pn que funcionan
como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad como fuentes
conmutadas, mezclador de frecuencias y detectores.*Rectificadores
En electrónica, un rectificador es el elemento o
circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se
realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado
sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de
vapor de mercurio (actualmente en desuso).
Un transistor es un dispositivo semiconductor usado para amplificar e
interrumpir señales electrónicas o potencia eléctrica. Está compuesto de
materiales semiconductores con por lo menos tres terminales para conexión
externa al circuito. Gracias a que la potencia de salida puede ser más grande
que la potencia de control un transistor puede amplificar una señal. Algunos
transistores aun son construidos en encapsulados individuales, pero la mayoría
son construidos como parte de circuitos integrados.*SCR
Es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn
con la disposición pnpn Está formado por tres terminales, llamados Ánodo,
Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por
el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la
corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la
vez.
*TRIAC
Un TRIAC o Triodo
para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La
diferencia con un tiristorconvencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es
bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente
alterna.*GTO
Un Tiristor GTO o
simplemente GTO (del inglés Gate Turn-Off Thyristor) es
un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un
solo pulso de corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que
el tiristor normal; pero en cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de
corriente negativa en el mismo terminal. Ambos estados, tanto el estado de
encendido como el estado de apagado, son controlados por la corriente en la
puerta (G).
8. Transistores
.jpg)
*BJT
Significa transistor bipolar de unión (del ingles,
Bipolar Junction Transistor).
El término bipolar refleja el hecho de que los huecos y los electrones
participan en el proceso de
inyección hacia el material polarizado de forma opuesta.
*MOSFET
ransistores de efecto de
campo de metal-oxido semiconductor. En estos componentes, cada transistor es
formado por dos islas de silicio, una dopada para ser positiva, y la otra para
ser negativa, y en el medio, actuando como una puerta, un electrodo de metal.
*IGBT
*IGBT
Este dispositivo posee la
características de las señales de puerta de los transistores
de efecto campo con
la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un
transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo.
9. Cuestionario
¿Que es un diodo?
es un componente eléctrico que permite el paso de la corriente en un sentido
¿Que es un transistor?
Dispositivo semiconductor activo que tiene tres o más electrodos.
¿ Que es la electrónica de potencia?
La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos
Nombra un ejemplo en donde se utilice la electrónica de potencia
Se utiliza en la industria, generalmente para hacer mover motores en los cuales se necesita una gran potencia
¿Que es un triac?
es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna
¿Que es un tristor?
es un dispositivo semiconductor usado para amplificar e interrumpir señales electrónicas o potencia eléctrica
¿Que es un rectificador?
un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.
¿Que es un diodo?
es un componente eléctrico que permite el paso de la corriente en un sentido
¿Que es un transistor?
Dispositivo semiconductor activo que tiene tres o más electrodos.
¿ Que es la electrónica de potencia?
La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos
Nombra un ejemplo en donde se utilice la electrónica de potencia
Se utiliza en la industria, generalmente para hacer mover motores en los cuales se necesita una gran potencia
¿Que es un triac?
es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna
¿Que es un tristor?
es un dispositivo semiconductor usado para amplificar e interrumpir señales electrónicas o potencia eléctrica
¿Que es un rectificador?
un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua.
10. Bibliografia
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