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Antecedentes
La electrónica de potencia puede contribuir al ahorro energético mediante la optimización del consumo tanto en la industria como en servicios y en viviendas. La regulación de la velocidad de los motores eléctricos es una de las aplicaciones más utilizadas de la electrónica de potencia, habiendo superado el estricto marco industrial y habiendo llegado actualmente a los equipos deaire acondicionado, lavadoras y ascensores.
La electrónica de potencia es también la tecnología clave para poder poner en marcha todos los recursos de energías renovables, como son la eólica y la fotovoltaica, junto con los nuevos sistemas de almacenamiento de energía, como pueden ser las pilas de combustible, baterías, súper condensadores, volantes de inercia y bobinas superconductoras. En el campode la movilidad, la electrónica de potencia es la tecnología base del coche eléctrico y está aportando grandes innovaciones a los transportes ferroviarios, que deben experimentar un gran desarrollo futuro. Procesar inteligentemente la energía en los sistemas de potencia constituye una de las aplicaciones que ofrecen mayor posibilidades.
Donde se hace mas patente la gran importancia actual de laelectrónica de potencia es en el ahorro de energía de los equipos eléctricos mediante un uso más eficiente de la electricidad. Se estima que aproximadamente se puede ahorrar entre un 15% y un 20% del consumo eléctrico mediante una aplicación extensiva de la electrónica de potencia. Aproximadamente del 60% al 65% de la electricidad generada es consumida por motores eléctricos y la mayoría de estosaccionan bombas y ventiladores. De nuevo la eficiencia energética de la mayoría de estas bombas y ventiladores puede beneficiarse del control a velocidad variable. Tradicionalmente, la variación de flujo de los flujos impulsados por estos equipos se consigue mediante válvulas obturadoras, mientras que los motores de inducción siguen girando a su velocidad fija nominal. Se puede demostrar que elfuncionamiento de los motores y válvulas totalmente abiertas con velocidad variable puede ahorrar hasta el 30% de energía en condiciones de carga ligera. El funcionamiento de los motores de inducción con poca carga, se puede optimizar haciéndole trabajar a flujo de excitación magnética reducido, con lo que se consiguen ahorros del 20%. Como el precio de la electrónica de potencia sigue disminuyendo,es posible instalar arrancadores de frecuencia variable en la alimentación de motores aunque sea en aplicaciones de velocidad constante, permitiendo programar el control del flujo de excitación del motor, con el consecuente ahorro de energía.
Se estima que el 20% de energía generada se consume en la iluminación. Las lámparas fluorescentes tienen un rendimiento energético tres veces más elevadoque las de incandescencia. La utilización de las reactancias de electrónica de potencia de elevadas frecuencias puede mejorar este rendimiento todavía en un 20% adicional. La comercialización a gran escala de las nuevas fuentes de luz de altísimo rendimiento como son los LED de luz blanca necesitará la incorporación de la electrónica de potencia.
El actual progreso de la electrónica de potencia hasido posible principalmente gracias a los avances en los dispositivos semiconductores de potencia junto con las nuevas propuestas de topologías de convertidores de modulación PWM, modelos analíticos, métodos de simulación, algoritmos de control y estimulación, microcontroladores y DSP, circuitos integrados ASIC, etc. Aunque históricamente la electrónica de potencia empezó en el año 1901 con ladisponibilidad de la válvula rectificadora de arco de mercurio, no fue hasta la aparición del tiristor en los años 50 cuando empezó la era moderna de la electrónica de potencia de estado sólido. Gradualmente fueron apareciendo otros componentes semiconductores de potencia que se beneficiaron de los avances de la microelectrónica. Esta evolución de los componentes, unida a la evolución de los...