Fundamentos de Electrónica de Potencia y Calidad de Energía en Sistemas Eléctricos

Componentes Fundamentales de la Electrónica de Potencia

Diodo Rectificador: Fundamentos y Función

Un diodo rectificador es un dispositivo semiconductor que permite el paso de corriente en un solo sentido (de ánodo a cátodo) y la bloquea en el contrario. Su función principal es convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), proceso denominado rectificación. Para conducir, necesita superar una tensión de umbral (0,5 V para germanio o 0,7 V para silicio).

El Tiristor (SCR): Interruptor Controlado de Potencia

El tiristor es un dispositivo semiconductor de potencia que actúa como un interruptor controlado. Conduce cuando el ánodo es positivo respecto al cátodo y recibe una señal en la puerta (gate). Permite regular la tensión de salida y se emplea en aplicaciones donde se necesita control, como inversores o cicloconvertidores. Su ventaja es que puede ser controlado electrónicamente mediante señales de impulso.

Fenómenos de Calidad de la Energía Eléctrica

Flicker: Parpadeo Perceptible y Fluctuaciones de Tensión

El flicker es un parpadeo perceptible en la tensión de la red eléctrica causado por fluctuaciones de tensión que no superan el ±10 % del valor nominal. En los aerogeneradores, aparece principalmente durante arranques y paradas, ya que estas operaciones generan variaciones bruscas de corriente eléctrica.

Armónicos: Distorsión de Onda y Múltiplos de Frecuencia

Los armónicos son ondas senoidales cuya frecuencia es un múltiplo entero de la frecuencia fundamental. Provocan distorsión en la forma de onda de la corriente o tensión, pudiendo causar fallos en protecciones y desconexiones imprevistas. Su presencia se debe al uso de convertidores electrónicos (rectificadores, inversores, etc.) que alteran la forma senoidal ideal.

Definición de Calidad del Suministro Eléctrico

La calidad de la señal hace referencia a que la tensión e intensidad eléctrica suministradas sean puras senoidales, equilibradas y con magnitud y frecuencia constantes. Cualquier desviación (armónicos, flicker, fluctuaciones, huecos, etc.) supone una pérdida de calidad en el suministro eléctrico.

Sistemas de Conversión de Potencia en Aerogeneradores

Convertidores BTB (Back-to-Back): Flujo Bidireccional y DFIG

Los convertidores BTB (Back-to-Back) son equipos formados por un rectificador y un inversor conectados entre sí mediante un bus de corriente continua (CC). Permiten el flujo bidireccional de energía entre generador y red y se usan en aerogeneradores tipo DFIG (doblemente alimentados).

Características clave de los convertidores BTB:

• Incluyen etapas de rectificación, inversión y filtrado.
• Trabajan a baja tensión (aproximadamente 690 V).
• Son esenciales para adaptar la frecuencia variable del generador a los 50 Hz de la red eléctrica.

El Convertidor Tipo Full Converter en Aerogeneradores Síncronos

En los aerogeneradores síncronos con imanes permanentes se utiliza un convertidor tipo Full Converter. Este tipo de convertidor está totalmente desacoplado de la red, ya que toda la potencia del generador pasa por él. Permite control total de la velocidad y la frecuencia, aunque necesita un convertidor de potencia igual a la potencia nominal del generador.