Convertidores electrónicos de potencia

CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA
Alonso de Jesús Chica Leal

Índice
CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA 1
1.1 Introducción 1
1.2 Convertidores DC-DC 2
1.2.1 Convertidor buck 3
1.2.2 Convertidor boost 3
1.2.3 Convertidor buck-boost 3
1.2.4 Convertidores Buck Cuadráticos 5
1.2.5 Convertidor Boost-Boost 5
1.2.6 Convertidor Boost Doble 6
1.2.7 Convertidor Buck-Boost doble 6
1.3Convertidores electrónicos con aislamiento 7
1.3.1 Convertidor Flyback 7
1.3.2 Convertidor Zeta 8
1.3.3 Convertidor de puente completo 9
1.3.4 Convertidor Cuk 10
1.3.5 Convertidor Sepic DC-DC 10
1.3.6 Convertidor DC-DC Push-pull 11
1.3.7 Interleaved Boost Converter 12
1.4 Convertidores DC-AC 13
1.4.1 Inversores por PWM 16
1.4.2 Inversores multinivel 22
1.5 Referencias 28

1.1 Introducción
Los convertidores depotencia son procesadores de potencia, los cuales han sido desarrollados y utilizados desde los años 60’s, pero con gran desarrollo tecnológico desde los años 80’s principalmente por los procesadores digitales de señales y las tecnologías de dispositivos semiconductores de potencia y con un acelerado impacto en nuevas aplicaciones desde la última década debido a la incursión de fuentes deenergías renovables y de los vehículos eléctricos, entre otras aplicaciones. Para las microrredes (MRs), los convertidores son una interface entre recursos energéticos como FER, ESS y cargas tanto para corriente directa (DC) y corriente alterna (AC).
Los convertidores electrónicos se componen principalmente inductores y capacitores no consumidores de potencia e interruptores [9]. Los interruptores, quepueden ser pasivos (diodos) y activos (BJT, MOSFET, IGBT, y MCT GTO) son implementados por transistores y tiristores y según la tecnología de éstos pueden lograr diferentes frecuencias de conmutación, inmunidad al ruido, rangos de corriente y de tensión, así como también disposiciones de tamaños.
Los elementos almacenadores de energía en estos convertidores, permiten participar como componente decarga y descarga de corriente y tensión dependiendo del estado de conducción y no conducción de los interruptores. Estos elementos se disponen topológicamente dependiendo de la aplicación de conversión de potencia. Esta conversión, generalmente se presenta para aplicaciones de convertir potencias: DC a DC (reguladores de DC), DC a AC (inversores), AC a DC (rectificadores) y AC a AC(cicloconvertidores o reguladores de AC). Los interruptores presentan dos estados ante las polaridades de tensión y corriente, conocidos como estados de conducción para la corriente y de bloqueo para la tensión. Es decir, la polaridad puede ser positiva o negativa, y se puede presentar por cuadrantes. En la tabla 1 se pueden encontrar las aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia. Otroscircuitos electrónicos para el control de flujo de potencia en sistemas de transmisión son los FACTS y pueden ser entre otros: Statcom (Static Compensator), TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator) y UPFC (Unified Power Flow Controller).
Tabla 1. Aplicaciones de los convertidores electrónicos.
Convertidores
Descripción
DC-DC
Convertidor Buck
Convertidor de tipo reductor de tensión DC, la tensión desalida es menor a que la tensión de entrada, trabaja en el primer cuadrante, por lo tanto considera a la salida valores de tensión y corriente positivos. Tiene como desventaja ondulaciones de la tensión y corriente muy largas [9]


Convertidor Boost
Convertidor de tipo elevador de tensión DC, la tensión a la salida es mayor que la tensión de entrada, trabaja en el segundo cuadrante, con ello, latensión a la salida es positiva y el valor de la corriente a la salida es negativa [9]. Recurre a dispositivos como interruptores, inductores y capacitores, a diferencia del convertidor Buck, la posición del inductor e interruptor están intercambiados. El diodo se polariza en directo cuando el interruptor está cerrado, y se polariza en inverso cuando el interruptor está abierto [7][9]...