Conceptos Fundamentales de Convertidores DC-AC y DC-DC en Electrónica de Potencia

Evaluación de Conceptos Clave en Convertidores de Potencia

A continuación, se presenta la corrección y clarificación de una serie de afirmaciones sobre convertidores de corriente continua (CD) a corriente alterna (CA) y convertidores DC-DC.

Verdadero o Falso (V/F) sobre Convertidores CD-CA (Inversores)

• La función de los convertidores "CD-CA", también llamados inversores, es: Cambiar un voltaje de entrada de "CD" a un voltaje simétrico de salida "CA", con la magnitud y frecuencia deseadas. (V)
• Los convertidores "CD-CA" se utilizan para el control de motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías, trenes, mientras que su propósito es lograr un control uniforme de la aceleración. (V)
• Un convertidor "CD-CA" puede funcionar a una frecuencia fija o a frecuencia variable, pero usualmente se suele operar a frecuencia fija con ciclo de trabajo variable. (F)
  • Corrección: Usualmente se suele operar a frecuencia variable y trabajo variable (o se utiliza modulación por ancho de pulso, PWM, para controlar la magnitud).
• El voltaje de salida de un convertidor "CD-CA", no tiene armónicas y, por tanto, no necesita de filtros para alisar las ondulaciones. (F)
  • Corrección: Sí contiene armónicas y, por tanto, necesita de filtros para mejorar la calidad de la onda de salida.
• Las formas de onda del voltaje de salida de los convertidores CD-CA o inversores son sinusoidales. (F)
  • Corrección: La salida de un inversor es normalmente cuadrada o modulada por ancho de pulso (PWM), no sinusoidal pura, a menos que se apliquen técnicas de filtrado avanzadas.
• El voltaje pico inverso de bloqueo de cada transistor y la calidad del voltaje de salida en los puentes medios y completos son iguales. (F)
  • Corrección: En el puente completo, los transistores soportan menor voltaje pico inverso (Vdc) y se obtiene mejor aprovechamiento del voltaje de salida que en el puente medio (que soporta 2Vdc).
• La potencia de salida y la componente fundamental del voltaje en los puentes inversores medios y completos pueden ser iguales si se ajustan adecuadamente las condiciones de operación. (V)

Verdadero o Falso (V/F) sobre Convertidores DC-DC

• Un convertidor de subida (boost) puede producir un voltaje de salida mayor que el de entrada y transferir energía a un nivel de voltaje superior. (V)
• En un convertidor de bajada (buck) con carga RL, la inductancia puede hacer que la corriente sea continua y el rizado pico a pico es máximo cuando el ciclo de trabajo (K) es distinto de 0.5. (F)
  • Corrección: El rizado pico a pico de la corriente es máximo cuando $K = 0.5$ (para una corriente continua).

Aclaraciones Adicionales

Diferencia entre Convertidores Buck y Boost

¿Cuál es la diferencia fundamental entre los convertidores de bajada (buck) y de subida (boost)?

• El convertidor de bajada (buck) entrega un voltaje de salida menor que el voltaje de entrada.
• El convertidor de subida (boost) entrega un voltaje de salida mayor que el voltaje de entrada.
• La diferencia fundamental está en la relación entre el voltaje de entrada y salida y en la posición del inductor dentro del circuito, lo que define si el convertidor reduce o eleva el nivel de tensión.

Comparación de Puentes Inversores

Respecto a la potencia y componente fundamental en puentes medios y completos:

• La potencia de salida y la componente fundamental en los puentes inversores completos y medios son iguales. (F)
  • Corrección: No son iguales; el puente completo entrega mayor potencia para la misma tensión de alimentación debido a su mayor factor de utilización del voltaje de entrada.

Modulación y Armónicos

Sobre la modulación de frecuencia y los armónicos:

• Se denomina modulación por frecuencia a un convertidor de CD si opera a una frecuencia de conmutación fija. (F)
  • Corrección: La modulación por frecuencia implica variar la frecuencia de conmutación, no mantenerla fija. La operación a frecuencia fija se asocia a la Modulación por Ancho de Pulso (PWM) o Modulación por Espacio Vectorial.
• Las armónicas son tensiones o corrientes que poseen frecuencias que son divisores enteros de la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). (V)
• Los disturbios armónicos que surgen en los sistemas de corriente alterna se deben principalmente a la gran cantidad de equipos y cargas reactivas conectadas en la red eléctrica. (F)
  • Corrección: Los armónicos se deben principalmente a cargas no lineales (rectificadores, variadores de velocidad, fuentes conmutadas), no primariamente a cargas reactivas (que introducen desplazamiento de fase, pero no necesariamente distorsión armónica de corriente).