Electrónica de potencia

Ingeniería Electrónica

Electrónica de Potencia
   

5.

Electrónica de potencia

5.1. Introducción
La electrónica de potencia es una disciplina que combina la energía, la electrónica y el control. De hecho, la electrónica de potencia se puede definir como la aplicación de la electrónica de estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica [Rashid, 95]. Laconmutación de dispositivos de estado sólido es la base de la electrónica de potencia. Las aplicaciones de la electrónica de potencia son muchas, entre ellas se encuentran las alarmas, cargadores de baterías, computadores, vehículos eléctricos, balastros, etc. Entre la gran variedad de aplicaciones se encuentra el control de motores, que es la aplicación de interés en este tema de tesis. Dependiendo del tipode motor a controlar existen diversos convertidores electrónicos de potencia, estos son [Sen, 89]: • Controlador de voltaje de CA (CA a CA). Este circuito convierte un voltaje fijo de CA a un voltaje variable de CA. Se ocupa en control de velocidad de motores de inducción y en inicios suaves de motores de inducción. Rectificador controlado (CA a CD). Este circuito convierte un voltaje fijo de CAa un voltaje variable de CD. Se ocupa en el control de velocidad de motores de CD. Trozador (CD a CD). Convierte un voltaje fijo de CD a un voltaje variable de CD. Se ocupa en control de velocidad de motores de CD. Inversor (CD a CA). Convierte un voltaje fijo de CD a un voltaje fijo (o variable) de CA con frecuencia variable. Se ocupa en el control de velocidad de motores de CA. Cicloconvertidor(CA a CA). Convierte un voltaje fijo (con frecuencia fija) de CA a un voltaje variable (con frecuencia variable) de CA.

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El MIJA, como se explicó en el reporte anterior, necesita una señal de CA para alimentarse. Al variar las características (amplitud, frecuencia, etc) de la señal de CA la velocidad también varía. Por esto es necesario colocar un convertidor de potencia que tenga asu salida CA. Este convertidor debe poder suministrar la alimentación necesaria al motor para que éste a su vez presente la velocidad deseada. En este tema de tesis se eligió usar un inversor de potencia. Para una compresión adecuada del funcionamiento de un inversor de potencia es necesario primero estudiar algunos dispositivos semiconductores de potencia, los convertidores de CA a CD(rectificadores) y los convertidores de CD a CA (inversores). Esto es lo que se explica en las siguientes secciones.

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5.2. Dispositivos semiconductores de potencia
Un convertidor de electrónica de potencia es un sistema que toma la energía de una fuente, la transforma y la entrega a una carga. En la etapa de transformación de energía se necesitauna alta eficiencia. Con esto se asegura que las pérdidas en la etapa de transformación sean mínimas. Por esto, los convertidores de electrónica de potencia se componen de dispositivos de electrónica de potencia, que son dispositivos que “casi” funcionan como interruptores ideales. El término “casi” significa que dichos dispositivos tienen una caída de potencial muy baja cuando operan comocortocircuitos (cerrados, encendidos) y una corriente muy baja cuando operan como circuitos abiertos (abiertos, apagados). A continuación se presentan algunos de los dispositivos más utilizados en convertidores electrónicos de potencia. También se presentan algunas de sus características más importantes.

5.2.1 El diodo
El diodo, cuyo símbolo se muestra en la figura 5.1a, es un interruptor semiconductorincontrolable. Es incontrolable porque su encendido o apagado se determina por los voltajes y corrientes en la red que se encuentre, y no por una acción que se pueda aplicar. Cuando está encendido la corriente de ánodo es positiva. Cuando está apagado su voltaje de ánodo es negativo. De aquí que el diodo sea un dispositivo cuya región de operación se muestra en la figura 5.1b.

Figura 5.1....