Módulo; Mantenimiento y operación de equipos de control electrónico de potencia.Meses de Septiembre, Octubre y las 3 Noviembre (3 semanas)

Métodología de trabajo

• Mes de Septiembre preparación teórica sobre dispositivos de potencia a trabajar en taller.

• Uso de taller Tech-Lab, 4 horas, tarjeta dispositivos electrónicos de potencia.

• Talleres de dispositivos electrónicos, mes de Octubre.

• Taller de equipo de control de potencia més de Noviembre.

Aprendizajes esperados

• Analiza los circuitos y dispositivos electrónicos utilizados en el ámbito de la electrónica de potencia.

• Realiza las operaciones necesarias para detectar fallas en circuitos electrónicos de potencia.

• Arma y prueba y pone en marcha circuitos electrónicos asociados a los semiconductores que controlan potencia.

• Monta equipos trifásicos y monofásicos de potencia.

Contendidos • Introducción a la electrónica de potencia.• Dispositivo electromecánicos de control de

potencia, relés.• Dispositivos semiconductores de control de

potencia, Tiristores o el SRC (rectificador controlado por silicio), TRIAC,

• DIAC, UJT como control de disparo,• Componentes aislantes

OCTOACOPLADORES.• Equipos convertidores de frecuencias, el ATV28

de cómo variador de frecuencia.

Evaluaciones

• Tres talleres.• Taller de tiristor SCR.• Taller de TRIAC.• Taller de Variador de frecuencia.• Examen final a fijar en el mes de Noviembre.

• Contenidos examen final:• Amplificadores operacionales, taller.• El SCR, taller.• El TRIAC, taller.

La electrónica de potencia

Introducción a la electrónica de potencia

• La Electrónica de Potencia es la parte de la electrónica que estudia los dispositivos y los circuitos electrónicos utilizados para modificar las características de la energía eléctrica, principalmente su tensión y frecuencia.

• Su objetivo principal es controlar la transferencia de carga eléctrica

• Sus inicios datan desde 1957, desde la aparición de los semiconductores modernos.

• Siemens, primera empresa en usar diodos en sus rectificadores (de gran potencia).

• La electrónica industrial estudia la adaptación de los sistemas de electrónicos de potencia a los procesos industriales.

Aplicaciones

• Sus aplicaciones son variadas, específicamente donde halla que controlar grandes voltaje, corrientes, convertir corriente alterna a corriente continua o viceversa, variar velocidades a motores eléctricos, etc. Existirá un dispositivo de potencia.

• Los tendremos entonces en fuentes de alimentación, cargadores de baterías, control de temperatura, variadores de velocidad de motores.

Aplicaciones industriales• Aplicaciones de potencia baja, menores a 10

Kwatt.• Aplicaciones domésticas.• Equipos de oficina.• Industriales y comerciales.

Aplicaciones industriales

• Aplicaciones potencia media, entre 10 y 1000 Kwatt, pero de bajo voltaje.

• Industriales.• Telecomunicaciones.• Accionadores.

Aplicaciones industriales

• Aplicaciones de alta potencia, mayores a los 1000 Kwatt y de alto voltaje.

• Tracción.• Transmisión de alto voltaje.

Sus inicios

• El elemento que marcó un antes y un después en la electrónica de potencia, fue el SCR, o más conocido en el ámbito industrial y comercial como tiristor( rectificador controlado por silicio).

• Su funcionamiento se asemeja a un diodo, pero controlado por una puerta o gate.

• De aquí nacen los TBJ (transistor bipolar de juntura,• MOSFET de potencia,• Tiristor bloqueable por puerta (GTO, Gate Turn-off

Thyristor),• IGBT, Transistor Bipolar controlado por puerta insolada.

• Con la aparición de los circuitos digitales (microcontroladores y microprocesadores), ahora estos semiconductores, que conducen gran cantidad de corriente, pueden ser controlados por señales digitales (0 ó 1).

• Esto originó a una nueva tecnología, que mezcla la electrónica digital y la electrónica de potencia, denominada Smart Power.(poder inteligente)

• Aunque posee una desventaja, debido a la miniaturización de estos dispositivos, disipan gran potencia.

Sistemas de Potencia; proceso de Sistemas de Potencia; proceso de conversión conversión

Procedimientos Electromecánicos

Procedimientos Electrónicos

Procedimientos Electrónicos

• Mayor flexibilidad y más posibilidades de control.

• Mayor estabilidad y mayor rapidez de respuesta, • Menor mantenimiento• Mayor vida media y mayor fiabilidad.• No producción del arco eléctrico.

Menor robustez eléctrica, al disponer de menor capacidad para soportar sobretensiones y sobrecorrientes.

Mayor costo para algunas de sus aplicaciones.

Proceso de Conversión• La conversión de la energía eléctrica se puede realizar mediante

métodos electromecánicas y procedimientos electrónicos.• Para este caso, los dispositivos electrónicos cobran mayor

importancia debido a su confiabilidad, etc.

Para los equipos de control electrónico de potencia constan de dos partes:

• Circuito de potencia: compuesto de dispositivos electrónicos de potencia y elementos pasivos, que liga la fuente primaria de energía con la carga.

• Circuito auxiliar de mando: captura la información de los elementos de potencia y genera las señales de control necesarias.

ARQUITECTURA DE ARQUITECTURA DE CONVERTIDORESCONVERTIDORES

Carga1 a V1

Carga2 a V2

Carga3 a V3

Fuente 1

Fuente 2

+

+

-

Bus DC

Convertidor1

(AC/AC)

Convertidor3

(DC/DC

bidirec.)

Convertidor2

(AC/DC)Convertidor4

(DC/DC)

Convertidor 5

(DC/AC)

Bus AC

RECTIFICADORESRECTIFICADORES INVERSORESINVERSORESConvierten CA en CC.•Relación constante Diodos•Relación variable Tiristores•Si son reversibles Inversor no

autónomo

Convierten CC en CA.•Relación de frecuencia fija o variable

CicloconvertidorCicloconvertidorRegulador de ACRegulador de AC

Regulador de CCRegulador de CC

•Convierten CA de voltaje constante en CA de voltaje variable y misma frecuencia

•Convierten CC de voltaje constante en CC de voltaje variable.

•Son Reguladores de AC de distinta frecuencia.

Sistemas de Potencia

Requisitos de un dispositivo electrónico de potencia.

• Tener dos estados bien diferenciados, uno de alta impedancia (idealmente infinita), que caracteriza el estado de bloqueo y otro de baja impedancia (idealmente cero) que caracteriza el estado de conducción.

• Capacidad de soportar grandes intensidades con pequeñas caídas de tensión en estado de conducción y grandes tensiones con pequeñas corrientes de fugas cuando se encuentra en estado de alta impedancia o de bloqueo.

• Controlabilidad de paso de un estado a otro con relativa facilidad y poca disipación de potencia.

• Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro y capacidad para poder trabajar a frecuencias considerables.

• De lo anterior los dispositivos que cumplen con todos los requerimientos, son los transistores de potencia y los tiristores o SCR.

Componentes básicos de la electrónica de potencia

• Tenemos:• Sin control: diodos.• Con control de encendido: tiristores.• Con control total: transistores.• Dispositivos pasivos:

– Bobinas.– Condensadores.– Transformadores.

El diodo

• Elemento semiconductor formado por una sola unión PN.

• Dispositivo unidireccional, no pudiendo circular corriente en sentido contrario.

• El único método de control es invertir la tensión ánodo – cátodo, no disponiendo de ningún terminal de control.

El diodo de potencia

• Tiene tres capas.• Mayor sección.• Problemas de velocidad.• Problemas térmicos.

Tiristores SCR

• Compuesto por una estructura pnpn.• Posee dos estados estables on/off controlables.• Posee terminales ánodo y cátodo, y una puerta auxiliar o de disparo

del dispositivo.• La corriente circula de ánodo a cátodo.• En su estado off, puede bloquear un voltaje directo y no conducir.

Sólo conduce cuando en la puerta aparece una pequeña señal de corriente de disparo, durante un tiempo muy corto.

• La caída de tensión entre el ánodo y el cátodo es de 1 a 3 voltios.

• Una vez conduciendo, ON, aunque la corriente de puerta desaparezca, no deja de conducir. Solo cuando la corriente del ánodo tiende a ser negativa, o inferior a un valor umbral, por la influencia del circuito de potencia, se cortará el tiristor.

TRIAC

• El triac es un semiconductor de tres terminales, dos principales (E1, E2) y otro de control denominado puerta (G). Este dispositivo tiene la capacidad de controlar el paso de corriente en ambas direcciones, por tanto podemos decir que se trata de un dispositivo bidireccional, por lo que es muy utilizado en la regulación de corriente alterna.

• El triac presenta la ventaja de poder pasar al estado de conducción, tanto para tensiones negativas como positivas.

• Se comparar con dos tiristores conectados en antiparalelo como vemos en la figura:

DIAC

• Elemento de potencia que puede permitir la circulación de carga en ambas direcciones.

• No tiene puerta de control.• Soporta grandes corrientes y tensiones.• Básicamente es un dispositivo de acoplo.