LOS CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE PÓTENCIA

 

Simón Choquechambi  Martínez

 

 

Resumen- El presente articulo tiene la finalidad de dar a conocer en forma general, la aplicación y avance de los convertidote electrónicos que a medida del transcurso del tiempo sufren adelantos importantes en  la aplicación industrial.

 

1.      Generalidades.

 

El avance vertiginoso de las investigaciones en electrónica, tanto a nivel de semiconductores como de sus aplicaciones figura 1, a dado como resultado una extensa variedad de equipos de estado sólido aplicables en el campo de la electrotecnia desplazando a los equipos tradicionales del tipo electromecánico.

 

 

 

Fig.1 Aplicaciones y uso de las semiconductores

 

La energía eléctrica disponible a niveles elevados de potencia se genera básicamente en dos formas:

 

a)      En corriente continua: por bancos de acumuladores, celdas fotoeléctricas y ocasionalmente por generadores electromecánicos.

b)      En corriente alterna: mediante generadores sincronos o alternadores en las centrales eléctricas trabajando a frecuencia fija ( 50 Hz en nuestro país).

 

Sin embargo, una gran cantidad de aplicaciones requieren de la energía eléctrica con características muy diferentes a como se produce: tensión variable en continua y en alterna, frecuencia variable en alterna. De ahí la necesidad de equipos convertidores de energía eléctrica.

La conversión de energía eléctrica no es un problema novedoso, su solución se ha realizado mediante equipos electromecánicos, transformadores, grupos motogeneradores y conmutatrices principalmente. Aunque estos equipos son confiables y robustos, también son bromosos y pesados. En la actualidad estos dispositivos están siendo desplazados por los convertidores estáticos de potencia debido a los grandes avances en el campo de los componentes y su utilización, tanto a nivel de baja potencia (para control) como a elevadas potencia (interruptores electrónicos).

 

Como ejemplo de aplicación de los convertidores estáticos y potencias alcanzadas se mencionan los siguientes:

 

Ø      Conversión de energía a partir de la red eléctrica de C.A.

Ø      Cargadores de Batería

Ø      Excitadores de máquinas eléctricas

Ø      Reguladores de velocidad de motores de C.C. hasta 1 MW

Ø      Rectificadores para procesos electroquímicos de hasta 1MW.

Ø      Subestaciones de interconexión de redes de alta tensión de C.A. mediante líneas de C.C.

Ø      Reguladores de velocidad de motores de C.A: a frecuencia y tensión variable de hasta 6 MVA

Ø      Conversión de energía a partir de fuentes de C.C.

Ø      Alimentación regulables de C.C. variable

Ø      Reguladores de máquinas de C.C. en tracción ferroviaria de hasta 4MW

Ø      Alimentaciones de emergencia en C.A. en hospitales, aeropuertos, etc. hasta 100KW.

Ø      Alimentaciones ininterrumpidas para computadoras y centros de cálculo de hasta 1MW.

Ø      Alimentaciones en alta frecuencia para hornos de inducción, equipos de ozono, trampas de polvos.

Ø      Alimentaciones de frecuencia y tensión variables para máquinas de C.A., de hasta 500KW para máquinas de inducción y hasta 50MW para máquinas sincronas.

 

2.- Características generales de un convertidor.

 

El funcionamiento de los convertidores estáticos de potencia esta basado en la conmutación de corrientes entre mallas adyacentes de circuitos eléctricos.

 

En general, la función del convertidor es la de adaptar la energía eléctrica de la fuente a los requerimientos demandados por la carga. En esta función, las ventajas generales de los convertidores estáticos son:

 

Ø      Mejores características eléctricas (rapidez de respuesta)

Ø      Mayor rendimiento de operación o eficiencia.

Ø      Mayor fiabilidad y tiempo de vida.

Ø      Carencia de práctica de mantenimiento.

Ø      Ausencia de vibraciones.

Ø      Ausencia de arcos eléctricos.

 

Con objeto de mejorar aun más estas características, los esfuerzos se encaminan a obtener:

 

Ø      Aumento de la frecuencia de conmutación.

Ø      Mayor densidad de integración.

 

Sin embargo, la naturaleza propia de los convertidores estáticos produce problemas adicionales tales como: menor robustez y producción de ruido electromagnético. Para disminuir estos inconvenientes, el diseño de los convertidores estáticos deberá sujetarse a las normas técnicas.

 

3.- Clasificación general de los convertidores.

 

Los ejemplos enunciados anteriormente muestran que el problema de la conversión de energía es básicamente la transferencia de potencia entre una fuente de energía de corriente continua o alterna y un receptor o carga que requiere una modificación de la forma de dicha energía (de continua a alterna o inversamente) o de sus características (valores de tensión o de frecuencia).

 

A nivel de las estructuras o tecnologías empleadas en los convertidores existen una gran variedad. Sin embargo, según el tipo de conversión que realizan es posible clasificarlos en alguno de los siguientes tipos.

 

Ø      Rectificador

Ø      Troceador  (Chopper)

Ø      Ondulador o Inversor

Ø      Cicloconvertidor

Ø      Convertidor indirecto de frecuencia

Ø      Convertidor indirecto de tensión

Entre los principales dispositivos electrónicos de potencia se puede mencionar:

 

ASCR	Tiristor rápido asimétrico
FET	Transistor de efecto de campo
GTO	Tiristor Bloqueable
MOS MOST MOSFET	Transistor de efecto de campo con gatillo aislado
SCR	Rectificador controlado de silicio
BJT	Transistor bipolar de juntura
IGBT	Transistor bipolar de gatillo aislado
MCT	Tiristor de gatillo aislado
SIT	Transistor de efecto de campo con juntura
LASCR	Tiristor activado por luz
RCT	Tiristor con conducción inversa
GCT IGCT	Tiristor de apagado por gatillo
EST	Tiristor conmutable por el emisor
SITH	Tiristor con gatillo de efecto de campo
GATT	Tiristor de apagado asistido

 

Bibliografía

 

[1]  S.B. Dewan A. Straughen  “Power Semiconductor Circuits” John Wiley Sons, 1980.

[2]  Siemens “Controle e Regulacao de Acionamentos Eletricos em Corrente Alternada, 1986.

[3]  John G. Kassakian “Principles of Power Electronics” Addison Wesley, 1992.

 

Biografía

 

Simón Choquechambi Martínez, Ingeniero Eléctrico, UTO, 1992. Docente tiempo horario de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

 

Áreas de interés: electrónica de potencia y telecomunicaciones.