Conversores electrónicos de Potencia


Conversión CA-CC – Diodos y SCR

Los convertidores de CA a CC son llamados circuitos rectificadores y pueden clasificarse según el tipo de fuente de CA y el tipo de interruptor semiconductor utilizado. Generalmente se utilizan en aplicaciones monofásicas o trifásicas pero las configuraciones multifásicas o topologías también son posibles para aplicaciones de alta potencia. Los interruptores que se utilizan en los diseños del rectificador pueden ser dispositivos no controlados (diodo) o dispositivos controlados (tiristor o SCR). Los rectificadores suelen usarse como circuitos frontales en muchas aplicaciones de los sistemas de potencia y si no se aplican correctamente, pueden provocar armónicos y un bajo factor de potencia cuando están conectados a la red eléctrica. 

En la mayoría de las aplicaciones de electrónica de potencia, la potencia de entrada es en forma de onda sinusoidal procedente de la red eléctrica que luego se convierte en corriente continua. En muchos casos, la conversión es de tipo no controlado, con el uso de rectificadores de diodo. Sin embargo, en algunas aplicaciones, como, por ejemplo, algunos tipos de accionamientos de motores de CA y CC, es necesario que la tensión de salida CC sea controlable. En este caso, se utilizan convertidores de tiristor para el control de fase de frecuencia de red. Se utilizan en particular en transmisión de CC de alto voltaje o en todas aquellas aplicaciones donde es necesario controlar el flujo de potencia en ambas direcciones entre el lado de CC y el lado CA.

Conversión CA-CA – TRIAC y control de fase

Los convertidores de CA a CA son más complicados que los convertidores de CA a CC porque la conversión de CA requiere un cambio de tensión, frecuencia y capacidades de bloqueo de tensión bipolar, lo cual generalmente requiere tipologías de dispositivos complejas. Los convertidores que tienen fundamentalmente las mismas frecuencias de entrada y salida se llaman “Controladores de CA” y la conversión es de tensión fija frecuencia fija a tensión variable frecuencia fija (como aplicaciones de atenuadores de luz y control de motores de CA monofásicos que son típicamente usados en los electrodomésticos). Los convertidores que convierten una tensión fija frecuencia fija a tensión variable frecuencia variable se les llama “cicloconvertidores”. Estos se utilizan en aplicaciones de alta potencia que accionan motores de inducción y síncronos, generalmente controlados por fase y tradicionalmente utilizan tiristores debido a su facilidad de conmutación de fase. Otra forma de lograr la conversión CA/CA es utilizando CA/CC y CC/CA a través de un enlace CC intermedio. 

La potencia eléctrica en corriente alterna se controla mediante tiristores. Los principales campos de aplicación del control de corriente alterna están en el control de temperatura, iluminación y motores de inducción. Los principales tipos de control son: control de fase, control de encendido y apagado y control de tiempo proporcional. 

Conversión CC-CC – Chopper y fuentes de alimentación con conmutador

Conversión CC-CC – Chopper y fuentes de alimentación con conmutador Los convertidores CC/CC también se conocen como reguladores de conmutación. Los circuitos cambiarán el nivel de tensión disponible de la fuente de CC como una batería, celda solar, o pila de combustible a otro nivel de CC, ya sea para suministrar una carga de CC o para ser utilizada como una tensión intermedia para una conversión electrónica de potencia adyacente tal como un convertidor CC/CA. Junto con los convertidores CA/CC, permiten el uso de la transmisión de CC de alta tensión (HVDC) que ha sido adoptada en las líneas de transmisión en todo el mundo. El chopper es básicamente un dispositivo electrónico de potencia estático que convierte la tensión o la potencia de CC fija a tensión o potencia variable de CC. Puede aumentar o disminuir la tensión de CC a su lado opuesto y también se conoce como transformador de CC. Los dispositivos utilizados en los choppers son IGBT, Power MOSFET, etc., (para aplicaciones de baja potencia) y SCR o tiristor (para aplicaciones de alta potencia). Existen dos tipos: chopper reductor o convertidor Buck y chopper elevador o convertidor Boost. La fuente de alimentación con conmutador es una fuente de alimentación que utiliza un regulador de conmutación para controlar la conversión de la potencia eléctrica de una manera muy eficiente (por lo tanto, disipa menos calor). En resumen, los reguladores de conmutación se utilizan como reemplazos de los reguladores lineales cuando se requiere una mayor eficiencia, un tamaño más pequeño o un peso más ligero. 

Los convertidores CC-CC son ampliamente utilizados en fuentes de alimentación de CC y en algunas aplicaciones de convertidores de frecuencia de motor de CC. A menudo, la entrada a este tipo de convertidores es una tensión no regulada de CC, que se obtiene al rectificar la tensión de la red y, en consecuencia, fluctúa debido a cambios en la amplitud de la tensión de línea. El resultado de la conversión es una salida controlada de CC en el nivel de voltaje deseado. 

Conversión CC-CA – Inversor y convertidores de frecuencia

El convertidor de CC/CA también conocido como inversor, es un circuito que convierte una fuente de CC en tensión de CA sinusoidal para suministrar cargas de CA, controlar motores de CA o incluso conectar dispositivos de CC conectados a la red. Al igual que un convertidor CC/CC, la entrada de un inversor puede ser una fuente directa como una batería, una celda solar, o una pila de combustible o puede provenir de un enlace de CC intermedio que puede suministrarse desde una fuente de CA. Generalmente, los inversores se pueden clasificar según su salida de CA como monofásicos o trifásicos y también como convertidores de puente medio o completo. Respecto al convertidor de frecuencia y porque es difícil cambiar la frecuencia de una onda sinusoidal de CA en modo CA, la primera tarea de un convertidor de frecuencia es convertir la onda a CC ya que es relativamente fácil manipular la CC para hacerla parecer como CA. Los tres componentes principales de todos los convertidores de frecuencia son: rectificador, bus de CC e inversor

Este tipo de convertidores se utilizan en accionamientos de motor CA y en fuentes de alimentación ininterrumpida CA (SAI o UPS), donde el objetivo es suministrar una salida de CA sinusoidal con amplitud y frecuencia controladas. 

 

 

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