La
electrónica de potencia es
uno de los temas contemporáneos de la ingeniería eléctrica que ha visto muchos
avances en los últimos tiempos y ha impactado la vida humana en casi todas las
esferas. Nosotros mismos usamos tantas aplicaciones
electrónicas de potencia en nuestra vida diaria, sin siquiera darnos
cuenta. Ahora la pregunta es, "¿qué es la electrónica de potencia?"
Podemos definir la electrónica de potencia como un tema que es un híbrido de ingeniería de potencia, electrónica analógica, dispositivos semiconductores y sistemas de control. Derivamos los fundamentos de cada materia y la aplicamos de forma amalgamada para obtener una forma regulada de energía eléctrica. La energía eléctrica en sí misma no es utilizable hasta que se convierte en una forma tangible de energía, como el movimiento, la luz., sonido, calor, etc. Para regular estas formas de energía, una forma efectiva es regular la energía eléctrica en sí misma y esto forma el contenido de la electrónica de potencia en cuestión.
Podemos definir la electrónica de potencia como un tema que es un híbrido de ingeniería de potencia, electrónica analógica, dispositivos semiconductores y sistemas de control. Derivamos los fundamentos de cada materia y la aplicamos de forma amalgamada para obtener una forma regulada de energía eléctrica. La energía eléctrica en sí misma no es utilizable hasta que se convierte en una forma tangible de energía, como el movimiento, la luz., sonido, calor, etc. Para regular estas formas de energía, una forma efectiva es regular la energía eléctrica en sí misma y esto forma el contenido de la electrónica de potencia en cuestión.
Podemos
rastrear el avance abrumador en el tema hasta el desarrollo de tiristores comerciales o rectificadores controlados
de silicio (SCR) por General Electric Co. en 1958. Antes de esto, el control de
la energía eléctrica se realizaba principalmente utilizando tirtrones y
rectificadores de arco de mercurio que funcionan en El principio de los
fenómenos físicos en gases y vapores. Después de SCR, han surgido muchos
dispositivos electrónicos de potencia como GTO, IGBT
, SIT, MCT, TRIAC , DIAC , IEGT, IGCT, etc. Estos dispositivos
están clasificados para varios cientos de voltios y amperios a diferencia de
los dispositivos de nivel de señal que funcionan a pocos voltios y amperios de
molino.
Para
lograr el propósito de la electrónica de potencia, los dispositivos están
hechos para funcionar como nada más que un interruptor. Todos los dispositivos electrónicos
de potencia actúan como un interruptor y tienen dos modos, es decir,
ENCENDIDO y APAGADO. Por ejemplo, un BJT ( Transistor
de unión bipolar ) tiene tres regiones de operación en sus
características de salida de corte, activo y saturación. En la electrónica
analógica donde se supone que el BJT funciona como un amplificador, el circuito
está diseñado para polarizarlo en la región activa de operación. Sin embargo,
en electrónica de potencia, BJT funcionará en la región de corte cuando esté
APAGADO y en la región de saturación cuando esté ENCENDIDO.
Ahora que se requiere que
los dispositivos funcionen como un interruptor, deben seguir la característica
básica de un interruptor, es decir, cuando el interruptor está ENCENDIDO, tiene
una caída de voltaje cero a través de
él y lleva corriente completa a
través de él, y cuando está en condición APAGADO , tiene una caída de voltaje
total a través de él y corriente cero que lo atraviesa. La siguiente figura
muestra la declaración anterior:
Ahora,
ya que en ambos modos, la cantidad V o I es cero, la potencia del interruptor
también resulta ser siempre cero. Esta característica es fácil de visualizar en
un interruptor mecánico y lo mismo debe seguirse también en el interruptor
electrónico de potencia.
Sin embargo, prácticamente
siempre existe una corriente de fuga a través de los dispositivos cuando está
en condición OFF, es decir, I fuga I 0 y siempre hay una
caída de tensión directa en condición ON, es decir, V on ≠ 0. Sin embargo, la
magnitud de V on o I fugaes muy inferior y, por lo
tanto, la potencia en el dispositivo también es muy inferior, en orden de pocos
milvatios. Esta potencia se disipa en el dispositivo y, por lo tanto, la
evacuación de calor adecuada del dispositivo es un aspecto importante. Además
de estas pérdidas de estado ON y OFF, también hay pérdidas de conmutación en
dispositivos electrónicos de potencia. Esto es principalmente mientras el
interruptor cambia de un modo a otro y V e I a través del dispositivo cambian.
En electrónica de potencia, ambas pérdidas son parámetros importantes de
cualquier dispositivo y esenciales para determinar sus clasificaciones de voltaje y corriente.Los dispositivos electrónicos de potencia por sí solos no son tan útiles en aplicaciones prácticas y, por lo tanto, deben diseñarse con un circuito junto con otros componentes de soporte. Estos componentes de soporte son como la parte de toma de decisiones que controla los interruptores electrónicos de potencia para lograr la salida deseada. Esto incluye el circuito de disparo y el circuito de retroalimentación. El siguiente diagrama de bloques muestra un sistema electrónico de potencia simple.
La
unidad de control toma la retroalimentación de salida de los sensores y la compara con referencias y, en
consecuencia, da entrada al circuito de disparo. El circuito de disparo es
básicamente un circuito generador de impulsos que proporciona la salida de
impulsos de manera tal que controla los interruptores electrónicos de potencia
en el bloque del circuito principal. El resultado neto es que la carga recibe
la potencia eléctrica deseada y, por lo tanto, entrega el resultado deseado. Un
ejemplo típico del sistema anterior sería el control de velocidad de motores.
Puede obtener más información sobre la electrónica de potencia al estudiar
nuestras preguntas básicas sobre electrónica.
Principalmente
hay cinco tipos de circuitos electrónicos de potencia , cada uno
con un propósito diferente:
- Rectificadores: convierte CA
fija en CC variable
- Choppers: convierte CC fija
en CC variable
- Inversores: convierte CC a CA
con amplitud variable y frecuencia variable
- Controladores de voltaje de CA: convierte
CA fija en CA variable a la misma frecuencia de entrada
- Cicloconvertidores: convierte
CA fija en CA con frecuencia variable
Hay
un error común sobre el convertidor de términos. El convertidor es básicamente
cualquier circuito que convierte la energía eléctrica de una forma a otra. Por
lo tanto, los cinco anteriores son tipos de convertidores.
