ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS

1. ELECTRÓNICA Y AUTOMATISMOS 2º Curso de Instalaciones Electromecánicas Mineras Tema 3: Electrónica de Potencia Introducción a la Electrónica de Potencia Profesor: Javier Ribas Bueno Nota: las animaciones contenidas en esta presentación requieren Powerpoint de Office XP o posterior

2. Electrónica de potencia: • Introducción: tipos de electrónica • Transformación de la energía eléctrica • Dispositivos de potencia • Conversión CA/CC: rectificadores • Conversión CC/CC • Conversión CC/CA: inversores • Aplicaciones

3. Electrónica de comunicaciones Electrónica Analógica Tipos de electrónica (I)

4. Electrónica Digital Instrumentación Electrónica,Bioelectrónica... Tipos de electrónica (II)

5. Electrónica de Dispositivos y Microelectrónica Electrónica de Potencia A B Tipos de electrónica (III)

6. Electrónica de potencia  transformación de la energía eléctrica Circuito de Potencia Carga Fuente Primaria - Red - Baterías - Panelas solares - Generadores Eólicos - Etc. - Resistencia - Baterías - Lámparas - Motores - Etc. gobierno información Circuito de Control o mando

7. Electrónica de potencia  transformación de la energía eléctrica • Antiguamente se empleaban combinaciones motor + generador: • Gran tamaño y peso • Reducida vida útil • Alto mantenimiento • Difícil regulación Estos inconvenientes se eliminan empleando convertidores electrónicos

8. CA / CC CC / CC CA / CA CC / CA Tipos de conversión de la energía Rectificador Regulador de continua • Cicloconvertidor • Reg. alterna Inversor

9. Rangos de potencia según el tipo de aplicación • Baja: <100W • Alarmas • Balastos Electrónicos • (Fluorescentes) • Fuentes de alimentación • Herramientas Eléctricas. • Media: 100W – 1kW • Cargadores de Baterías • Balastos Electrícos (HID) • Secadores • Reguladores de Velocidad • Alta: 1kW – 100kW • Hornos de Inducción • Accionadores para Locomotoras • Secadores • Soldadura automática • Muy Alta: 100kW – 100MW • Reguladores de Tomas (Alta tensión) • Inversores para generadores • Inversores no autónomos para • generadores

10. Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (I) Funcionamiento en conmutación  bajas pérdidas Regulador disipativo convencional En zona activa Rendimiento Potencia de entrada y salida Muy malo

11. Interruptor Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (II) Funcionamiento en conmutación  bajas pérdidas Q (Conmutación) Regulador conmutado

12. Principios básicos de funcionamiento de los convertidores de potencia (III)

13. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (I) Dispositivos Electrónicos • Sin control: Diodos • Con control de encendido: Tiristores • Con control total: Transistores Dispositivos Pasivos • Transformadores • Bobinas • Condensadores

14. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (II) Diodos de Potencia Tiristores (SCR) • Diodos de tres capas • Mayor sección • Problemas de velocidad • Problemas térmicos • Sólo control de encendido • Muy robustos • Baja frecuencia • Tecnología muy madura Ánodo Puerta p+ Cátodo n+ p- n- n- p+ n+ Cátodo Ánodo Cátodo

15. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (III) Tipo transistor • GTO (tiristor apagado por puerta) • Transistor bipolar de potencia • Transistor MOSFET de potencia • IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) • Otros muchos en evolución

16. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (IV) GTO Transistor bipolar • Control de encendido y apagado (difícil) • Muy robustos • Baja frecuencia (mayor que los SCR’s) • Control de encendido y apagado (dificultad media) • Robustos • Media frecuencia (mayor que los SCR’s y los GTO’s) Cátodo Puerta Base Emisor n+ p- p- n- n- p+ n+ Cátodo Colector Ánodo

17. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (V) MOSFET de potencia IGBT • Fácil control de encendido y apagado • Alta frecuencia (mayor que los otros) • Resistivo en conducción • Fácil control de encendido y apagado • Frecuencia entre BJT y MOSFET • Casi como un BJT en conducción Puerta Fuente Emisor Puerta p n- n- p- n+ n+ p+ Drenador Colector

18. Dispositivos empleados en los convertidores de potencia (VI) SCR 107 106 105 GTO MARGEN DE POTENCIA (V·A) 104 BJT MOSFET 103 IGBT 102 10 102 103 104 105 106 107 108 FRECUENCIA (Hz)

19. Radiador Tiristor Tuerca Montaje de los semiconductores de potencia (I) Montaje 1 Montaje 2 Radiador Transistor Tuerca

20. Montaje de los semiconductores de potencia (II) Montaje 3 Radiador Press-package

21. Convertidores CA/CC: rectificadores (I) Rectificadores no controlados Rectificador monofásico de onda completa Rectificador trifásico de media onda

22. Convertidores CA/CC: rectificadores (II) Rectificadores controlados Principio de funcionamiento Rectificador controlado trifásico de media onda

23. VE VS VS VE Convertidores CC/CC: reguladores (I) Convertidores CC/CC sin transformador Reductor Elevador ALTA FRECUENCIA  TAMAÑO REDUCIDO

24. Convertidores CC/CC: reguladores (II) Convertidores CC/CC con transformador Directo (Forward) De retroceso (Flyback)

25. Convertidores CC/CA: inversores (I) Inversor de onda cuadrada en medio puente Alterna

26. Convertidores CC/CA: inversores (II) Inversor de onda cuadrada en puente completo Alterna

27. Convertidores de potencia: aplicaciones (I) Sistemas de alimentación ininterrumpible SAI on-line SAI off-line

28. Convertidores de potencia: aplicaciones (II) Sistemas de alimentación de motores Motor trifásico de inducción • Control de velocidad y par del motor • Permite arranque suave • Se puede conseguir frenado regenerativo del motor

29. Convertidores de potencia: aplicaciones (III) Sistemas fotovoltaicos La energía se produce y almacena en continua. Se convierte en alterna para inyectarla a la red de suministro.

30. Rectificador 100kV Convertidores de potencia: aplicaciones (IV) Precipitadores electrostáticos Se hace pasar los humos a través de un campo eléctrico intenso. Las partículas en suspensión se ionizan. La carga eléctrica que adquieren se emplea para separarlas de la corriente principal.