Fundamentos y Componentes Esenciales de la Electrónica de Potencia

Introducción a la Electrónica de Potencia

Función Principal de la Electrónica

Su principal función es convertir la potencia eléctrica mediante distintas etapas con la mayor eficiencia posible y adaptar la energía eléctrica a la forma que necesita la carga.

Características y Componentes Clave

Características de un Dispositivo Electrónico de Potencia

Un dispositivo de potencia opera en dos estados principales:

• Alta impedancia (Estado de bloqueo).
• Baja impedancia (Estado de conducción).

Estos dispositivos deben cumplir con los siguientes requisitos:

• Capacidad de soportar intensidades altas con caídas de tensión muy bajas en estado de conducción.
• Capacidad de soportar tensiones altas con corrientes de fuga bajas en estado de bloqueo.
• Controlar el paso de un estado a otro con facilidad y poca potencia.
• Rapidez de funcionamiento y capacidad de trabajo a frecuencias altas.

Los dispositivos más importantes en este campo son los transistores y los tiristores.

Semiconductores de Potencia (Enumeración)

1. Diodos
2. Tiristores (SCR, GTO y TRIAC)
3. Transistores (BJT, MOSFET, IGBT)

Aplicaciones y Tipos de Operación

Síntesis de las Aplicaciones

La electrónica de potencia se utiliza ampliamente en diversos entornos, incluyendo el residencial, comercial, industrial, aeroespacial y de transportes.

Tipos de Aplicaciones

1. Aplicaciones Lineales

   Los dispositivos activos trabajan en modo lineal. La operación es lineal desde el dispositivo de control, variando la impedancia. Vistos desde los terminales de potencia, suelen tener un terminal de control y dos de potencia.

2. Aplicaciones Conmutadas

   Se lleva el dispositivo desde el estado abierto al estado cerrado, funcionando como un interruptor.

Clasificación de Convertidores según el Tipo de Conversión

Por orden de utilidad, los convertidores son:

1. Rectificador (CA a CC)
2. Convertidor CA/CA (Cicloconvertidor)
3. Inversor (CC a CA)
4. Convertidor CC/CC (Chopper)

Conceptos Fundamentales

Definición de Eficacia y Eficiencia

• Eficacia: Capacidad para resolver una tarea.
• Eficiencia: Capacidad de resolver una tarea de la mejor manera posible (optimizando recursos).

Sistemas de Control (Lazo Abierto y Cerrado)

En un lazo cerrado, el sistema tiene en cuenta los valores de las variables en la salida y, mediante retroalimentación, intenta mantenerlas en el nivel adecuado. En contraste, en el lazo abierto no se realiza esta corrección basada en la salida.

Diferencias entre Diodo y Tiristor

• Un diodo es un dispositivo no controlado.
• Un tiristor es un dispositivo semicontrolado.
• La corriente y la tensión en un diodo son unipolares.
• En los tiristores, la tensión es bipolar y la corriente puede ser unidireccional o bidireccional, dependiendo del tipo de tiristor.

Filtros en Electrónica de Potencia

¿Qué es un Filtro?

Es un elemento cuya misión es hacer que la tensión sea “más continua”.

Tipos de Filtros

Existen diferentes clasificaciones:

• Según la frecuencia: Filtros de tipo paso alto y paso bajo.
• Según la composición: Filtros activos y pasivos (ejemplos de pasivos: condensadores, resistencias).

Diagramas de Bloques de Sistemas de Potencia

¿Qué es un SAI? (Sistema de Alimentación Ininterrumpida)

El SAI garantiza el suministro eléctrico continuo. Su diagrama de bloques básico es:

1. Entrada (60 Hz)
2. [Rectificador y Cargador]
3. [Filtro de C.C.]
4. [Inversor]
5. Salida (400 Hz)

Nota: Una conexión adicional debe llevar la señal desde la entrada al motor y al cargador. Una batería debe estar conectada al inversor para garantizar la continuidad.

Diagrama de Bloques de una Fuente de Alimentación CC Completa

El flujo de conversión de una fuente de alimentación de corriente continua (CC) es:

C.A. → [Transformador] → [Rectificador] → [Filtro Pasivo] → [Estabilizador de Tensión] → [Limitador de Intensidad] → Salida (+/- VCC)