que es la electronica de potencia
En este artículo hablaremos de la electrónica de potencia. ¿Qué es la electrónica de potencia, en qué se basa, cuáles son las ventajas y cuáles son sus perspectivas? Detengámonos en los componentes de la electrónica de potencia, consideremos brevemente qué son, en qué se diferencian entre sí y para qué aplicaciones son adecuados estos o esos tipos de interruptores de semiconductores. Estos son ejemplos de dispositivos electrónicos de potencia utilizados en la vida cotidiana, en la fabricación y en la vida cotidiana.
En los últimos años, los dispositivos de electrónica de potencia han logrado un gran avance tecnológico en la conservación de energía. Los dispositivos semiconductores de potencia, debido a su capacidad de control flexible, permiten una conversión eficiente de la electricidad. Las métricas actuales de peso, tamaño y eficiencia ya han llevado a los convertidores a un nivel cualitativamente nuevo.
Muchas industrias utilizan arrancadores suaves, controladores de velocidad, fuentes de alimentación ininterrumpida, que funcionan con semiconductores modernos y muestran una alta eficiencia. Todo es electronica de potencia.
El control del flujo de energía eléctrica en la electrónica de potencia se lleva a cabo con la ayuda de interruptores semiconductores, que reemplazan a los interruptores mecánicos y que pueden controlarse de acuerdo con el algoritmo necesario para obtener la potencia promedio requerida y la acción precisa del cuerpo de trabajo de tal o cual. equipo.
Por lo tanto, la electrónica de potencia se utiliza en el transporte, en la industria minera, en el campo de las comunicaciones, en muchas industrias, y hoy en día ningún electrodoméstico potente puede prescindir de las unidades electrónicas de potencia incluidas en su diseño.
Los componentes básicos de la electrónica de potencia son precisamente los componentes clave de semiconductores que pueden abrir y cerrar un circuito a varias velocidades, hasta megahercios. En estado encendido, la resistencia del interruptor es unidades y fracciones de ohmios, y en estado apagado, megaohmios.
La gestión de claves no requiere mucha energía, y las pérdidas en la clave que se producen durante el proceso de conmutación, con un controlador bien diseñado, no superan el uno por ciento. Por esta razón, la eficiencia de la electrónica de potencia es alta en comparación con las posiciones con pérdidas de los transformadores de hierro y los interruptores mecánicos como los relés convencionales.
Los dispositivos electrónicos de potencia son dispositivos donde la corriente efectiva es mayor o igual a 10 amperios. En este caso, los elementos semiconductores clave pueden ser: transistores bipolares, transistores de efecto de campo, transistores IGBT, tiristores, triacs, tiristores lock-in y tiristores lock-in con control integrado.
La baja potencia de control también le permite crear microcircuitos de potencia en los que se combinan varios bloques a la vez: el interruptor en sí, el circuito de control y el circuito de control, estos son los llamados circuitos inteligentes.
Estos componentes electrónicos se utilizan tanto en instalaciones industriales de alta potencia como en electrodomésticos. Un horno de inducción para unos pocos megavatios o un vaporizador doméstico para unos pocos kilovatios, ambos tienen interruptores de potencia de estado sólido que simplemente funcionan con diferentes vatajes.
Por lo tanto, los tiristores de potencia funcionan en convertidores con una capacidad de más de 1 MVA, en circuitos de accionamientos eléctricos con corriente continua y corriente alterna con alto voltaje, se utilizan en instalaciones para compensación de potencia reactiva, en instalaciones para fusión por inducción.
Los tiristores de bloqueo se controlan de manera más flexible, se utilizan para controlar compresores, ventiladores, bombas con una capacidad de cientos de kVA y la potencia de conmutación potencial supera los 3 MVA. Transistores IGBT permitir el despliegue de convertidores con una capacidad de hasta unidades MVA para diversos propósitos, tanto para el control de motores como para proporcionar alimentación continua y conmutación de altas corrientes en muchas instalaciones estáticas.
Los MOSFET tienen una capacidad de control excelente a frecuencias de cientos de kilohercios, lo que amplía enormemente su rango de aplicabilidad en comparación con los IGBT.
Los triac son óptimos para arrancar y controlar motores de CA, pueden operar a frecuencias de hasta 50 kHz y requieren menos energía para controlar que los transistores IGBT.
Hoy en día, los IGBT tienen un voltaje de conmutación máximo de 3500 voltios y potencialmente de 7000 voltios.Estos componentes pueden reemplazar a los transistores bipolares en los próximos años y se utilizarán en equipos de hasta unidades MVA. Para los convertidores de baja potencia, los MOSFET seguirán siendo más aceptables y, para más de 3 MVA, los tiristores de bloqueo.
Según las previsiones de los analistas, la mayoría de los semiconductores del futuro tendrán un diseño modular, en el que se ubicarán de dos a seis elementos clave en un paquete. El uso de módulos le permite reducir el peso, el tamaño y el costo de los equipos en los que se utilizarán.
Para los transistores IGBT, el progreso será un aumento en las corrientes de hasta 2 kA a voltajes de hasta 3,5 kV y un aumento en las frecuencias de operación de hasta 70 kHz con esquemas de control simplificados. Un módulo puede contener no solo interruptores y un rectificador, sino también un controlador y circuitos de protección activa.
Los transistores, diodos, tiristores fabricados en los últimos años ya han mejorado significativamente sus parámetros, como corriente, voltaje, velocidad y el progreso no se detiene.
Para una mejor conversión de corriente alterna en corriente continua, se utilizan rectificadores controlados, que permiten un cambio suave del voltaje rectificado en el rango de cero a nominal.
Hoy en día, en los sistemas de excitación de accionamiento eléctrico de CC, los tiristores se utilizan principalmente en motores síncronos. Los tiristores dobles (triacs) tienen solo un electrodo de puerta para dos tiristores antiparalelos conectados, lo que facilita aún más el control.
Para realizar el proceso inverso se utiliza la conversión de tensión continua a tensión alterna inversores… Los inversores interruptores de semiconductores independientes dan una frecuencia de salida, una forma y una amplitud determinadas por el circuito electrónico, no por la red. Los inversores se fabrican en base a diferentes tipos de elementos clave, pero para potencias grandes, superiores a 1 MVA, de nuevo, los inversores de transistores IGBT destacan.
A diferencia de los tiristores, los IGBT proporcionan una forma más amplia y precisa de la corriente y el voltaje de salida. Los inversores de automóviles de baja potencia utilizan transistores de efecto de campo en su trabajo, que a potencias de hasta 3 kW hacen un excelente trabajo al convertir la corriente continua de una batería de 12 voltios, primero en corriente continua, a través de un convertidor de pulso de alta frecuencia que funciona a una frecuencia de 50 kHz a cientos de kilohercios, luego alternando 50 o 60 Hz.
Para convertir una corriente de una frecuencia a una corriente de otra frecuencia, utilice convertidores de frecuencia de semiconductores… Anteriormente, esto se hacía únicamente sobre la base de tiristores, que no tenían control total; fue necesario desarrollar esquemas complejos para el bloqueo forzado de los tiristores.
El uso de interruptores como MOSFET de efecto de campo e IGBT facilita el diseño y la implementación de convertidores de frecuencia, y se puede predecir que los tiristores, especialmente en dispositivos de baja potencia, se abandonarán en favor de los transistores en el futuro.
Los tiristores todavía se utilizan para invertir los accionamientos eléctricos; es suficiente tener dos conjuntos de convertidores de tiristores para proporcionar dos direcciones de corriente diferentes sin necesidad de conmutación. Así funcionan los modernos arrancadores reversibles sin contacto.
Esperamos que nuestro breve artículo le haya resultado útil y que ahora sepa qué es la electrónica de potencia, qué elementos de la electrónica de potencia se utilizan en los dispositivos electrónicos de potencia y qué potencial tiene la electrónica de potencia para nuestro futuro.