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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
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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

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Tipos de electrónica (I)
4
Tipos de electrónica (II)
5
Tipos de electrónica (III)
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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
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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
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Tipos de conversión de la energía
Rectificador
Regulador de continua

• Cicloconvertidor
• Reg. alterna

Inversor
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Rangos de potencia según el tipo de aplicación

• Media 100W 1kW
• Cargadores de Baterías
• Balastos Electrícos (HID)
• Secadores
• Reguladores de Velocidad

• Baja lt100W
• Alarmas
• Balastos Electrónicos
• (Fluorescentes)
• Fuentes de alimentación
• Herramientas Eléctricas.

• 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

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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
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Principios básicos de funcionamiento de los
convertidores de potencia (II)
Funcionamiento en conmutación ? bajas pérdidas
Q (Conmutación)
Regulador conmutado
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Principios básicos de funcionamiento de los
convertidores de potencia (III)
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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

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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
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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

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Dispositivos empleados en los convertidores de
potencia (IV)
GTO
Transistor bipolar

• Control de encendido y apagado (difícil)
• Muy robustos
• Baja frecuencia (mayor que los SCRs)

• Control de encendido y apagado (dificultad media)
• Robustos
• Media frecuencia (mayor que los SCRs y los GTOs)

Cátodo
Puerta
Emisor
Base
n
p-
p-
n-
n-
p
n
Cátodo
Colector
Ánodo
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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
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Dispositivos empleados en los convertidores de
potencia (VI)
SCR
107
106
105
GTO
MARGEN DE POTENCIA (VA)
104
BJT
MOSFET
103
IGBT
102
10 102 103 104 105 106 107 108
FRECUENCIA (Hz)
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Montaje de los semiconductores de potencia (I)
Montaje 1
Montaje 2
Radiador
Transistor
Tuerca
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Montaje de los semiconductores de potencia (II)
Montaje 3
Radiador
Press-package
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Convertidores CA/CC rectificadores (I)
Rectificadores no controlados
Rectificador monofásico de onda completa
Rectificador trifásico de media onda
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Convertidores CA/CC rectificadores (II)
Rectificadores controlados
Principio de funcionamiento
Rectificador controlado trifásico de media onda
23
Convertidores CC/CC reguladores (I)
Convertidores CC/CC sin transformador
Reductor
Elevador
ALTA FRECUENCIA ? TAMAÑO REDUCIDO
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Convertidores CC/CC reguladores (II)
Convertidores CC/CC con transformador
Directo (Forward)
De retroceso (Flyback)
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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
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Convertidores de potencia aplicaciones (I)
Sistemas de alimentación ininterrumpible
SAI on-line
SAI off-line
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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

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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.
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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.